【摘要】：低溫共燒陶瓷技術(shù)具有高集成度、高性能的特性,經(jīng)過幾十年的研究、發(fā)展,已經(jīng)在射頻、通信及醫(yī)療電子等領(lǐng)域廣泛使用。由于低溫共燒陶瓷電路板在封裝時很難與封裝金屬的熱膨脹系數(shù)相匹配,封裝退火后會使電路板產(chǎn)生較大變形與熱應(yīng)力;同時,部分電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理,在熱環(huán)境中也會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,從而影響電路板的正常使用。因此,對低溫共燒陶瓷電路板進行熱故障排查、結(jié)構(gòu)優(yōu)化及熱試驗分析已成為迫在眉睫的工作。本文采用有限元軟件對低溫共燒陶瓷電路板在熱環(huán)境下的熱響應(yīng)進行分析,通過與試驗測量結(jié)果對比,保證熱仿真分析有效性的同時,研究了不同安裝條件對電路板表面變形與應(yīng)力應(yīng)變的影響,進而總結(jié)出電路板及相關(guān)電子產(chǎn)品的安裝底板選取原則,為相關(guān)電子產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中如何減小應(yīng)力提供參考。本文所做研究工作主要有:(1)闡述了熱力學(xué)的相關(guān)理論,研究了基于有限元方法的熱力學(xué)仿真分析技術(shù)。通過不同材料層合板結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力算例進行了理論解析解與仿真結(jié)果的對比,驗證了仿真方法的正確性與結(jié)果的可靠性,為后續(xù)電路板組件表面熱變形與應(yīng)力應(yīng)變的分析提供相關(guān)的技術(shù)基礎(chǔ)。(2)研究了低溫共燒陶瓷電路板組件的有限元建模方法,并對該模型進行有熱仿真分析,得到三種安裝條件下的電路板表面位移與應(yīng)變仿真結(jié)果。以低溫共燒陶瓷工藝為基礎(chǔ),結(jié)合模型簡化原則,建立了符合實際工程應(yīng)用情況的三種不同安裝條件下的組件幾何模型。研究了低溫共燒陶瓷電路板組件有限元仿真前處理方法,建立出低溫共燒陶瓷電路板組件的有限元模型。通過仿真計算得到了三種安裝條件下電路板表面位移與應(yīng)變結(jié)果,為仿真與試驗測量結(jié)果對比奠定基礎(chǔ)。(3)完成了基于數(shù)字圖像測量的低溫共燒陶瓷電路板組件熱試驗。闡述數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)的組成,研究其測量原理與使用方法。說明了試驗測量工況和試驗步驟,最終測量得到三種安裝條件在高、低溫環(huán)境下的低溫共燒陶瓷電路板表面熱變形及應(yīng)變結(jié)果。提出了一種對電路板表面位移與應(yīng)變測量數(shù)據(jù)的計算處理方法,得到排除干擾因素后的電路板表面實際測量位移與應(yīng)變。(4)研究了不同安裝條件對低溫共燒陶瓷電路板組件表面的位移、應(yīng)變與應(yīng)力的影響規(guī)律。通過對比同一安裝條件下的仿真與試驗測量結(jié)果,得出了仿真過程有效與仿真結(jié)果可靠的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上,對不同安裝條件下的電路板仿真結(jié)果進行對比,總結(jié)出電路板表面位移與應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律。提出了包括選擇有底板安裝與盡量選擇與研究對象的熱膨脹系數(shù)更為接近的材料作為安裝底板兩條安裝條件的選取原則。
【圖文】：

路基板技術(shù)應(yīng)運而生。（a）集成電路 （b）低溫共燒陶瓷基板圖1.1 集成電路與低溫共燒陶瓷基板低溫共燒陶瓷技術(shù)與集成電路相比較，具有以下明顯特點[14]：（1）低溫共燒陶瓷材料集中高頻率、快速傳輸速度、寬通帶等優(yōu)點，能夠在集成電路無法勝任的領(lǐng)域取得進展；（2）熱傳導(dǎo)性能較集成電路更好，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的可靠性；（3）將較多的無源元件植入到多層電路板內(nèi)部，進一步減小了電源電路體積[15]。1981 年秋，低溫共燒陶瓷技術(shù)出現(xiàn)于美國。美國休斯航空器公司組織了內(nèi)部的一個研發(fā)項目，提出使用基于厚膜材料的帶式陶瓷介質(zhì)進行共燒來開發(fā)一個新系統(tǒng)，而不是依賴在陶瓷基板上印刷介質(zhì)來形成多層結(jié)構(gòu)[16]。同年，，日立公司的生產(chǎn)工程實

5（a）應(yīng)變片電測法 （b）光測法中的數(shù)字圖像相關(guān)方法圖1.2 熱分析方法中的試驗法光測法包含諸多方法，數(shù)字圖像相關(guān)測量方法是其中之一。數(shù)字圖像相關(guān)測量方法具有非接觸、高精度以及無損傷動態(tài)捕捉等特點[36][37]，故本文在測量低溫共燒陶瓷電路板表面熱變形及應(yīng)變時，選擇數(shù)字圖像相關(guān)方法進行試驗。已有許多學(xué)者對數(shù)字圖像相關(guān)測量方法進行了研究并應(yīng)用于實際測量。亢一瀾、雷振坤選擇數(shù)字圖像相關(guān)測量技術(shù)來測試單絲纖維的力學(xué)特性[38]；丁鍵、羅文波等利用數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)測量了不同溫度梯度下航天器局部結(jié)構(gòu)的變形情況[39]；徐忠營、王偉等通過數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)分別測量了紫銅在 600~800℃、石墨在 600~1200℃范圍內(nèi)的熱膨脹系數(shù)，并與文獻值進行對比，結(jié)果顯示二者吻合較好[40]。三維數(shù)字圖像相關(guān)測量方法優(yōu)勢明顯[41][42]，已被廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域[43][44]，但在高集成化小型電子元件及低溫共燒陶瓷電路板領(lǐng)域的測量應(yīng)用并不多見。本文選擇數(shù)字圖像相關(guān)測量系統(tǒng)，創(chuàng)新性的針對低溫共燒陶瓷電路板在極端熱環(huán)境中的變形與應(yīng)變進行測量。同時
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ174.1;TP391.9;TN41

【相似文獻】

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1 徐忠華,馬莒生,耿志挺,韓振宇,唐祥云;低溫共燒陶瓷發(fā)展進程及研究熱點[J];材料導(dǎo)報;2000年04期

2 胡興軍;低溫共燒陶瓷[J];佛山陶瓷;2005年08期

3 周琪;;低溫共燒陶瓷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J];科技經(jīng)濟市場;2009年04期

4 虞成城;宋U

本文編號：2643153