【摘要】：低溫共燒陶瓷電路板具有高頻、高速及高可靠性等優(yōu)點,經(jīng)過幾十年的研究、發(fā)展,其已大量應用于射頻、微波、通信、醫(yī)療電子及MEMS等領域。在熱環(huán)境作用下,低溫共燒陶瓷電路板會產(chǎn)生較大形變及熱應力,導致電路板表面產(chǎn)生裂紋,影響電路板的正常使用。本文對焊接完成后電路板組件的表面平面度進行了仿真分析及相關的試驗測量;并對電路板進行了結構優(yōu)化,以提高電路板在熱環(huán)境下的力學性能;利用數(shù)字圖像測量系統(tǒng)對電路板組件進行熱試驗測量,并將試驗測量結果與仿真分析結果進行對比驗證。闡述了熱環(huán)境對電子設備的影響,概述了低溫共燒陶瓷電路板的制作、功能及其特點;對傳熱學的相關理論進行了闡述,同時利用傳熱學理論及有限元仿真分析軟件對板件結構進行了熱對流方面的理論及仿真分析,并將兩者結果進行對比。建立電路板組件的有限元模型,通過仿真軟件對電路板組件進行了平面度仿真分析,并將該平面度分析結果與通過接觸式三維坐標測量儀測得的電路板表面的平面度結果進行對比、驗證。為改善電路板在熱環(huán)境中的力學特性,對電路板進行了結構優(yōu)化,優(yōu)化中采取了以電路板最大熱應力為目標函數(shù)的單目標遺傳優(yōu)化和以電路板上三個局部圓角的最大熱應力為目標函數(shù)的多目標遺傳優(yōu)化,并將兩種優(yōu)化方案進行了對比、分析。為探究電路板組件在熱環(huán)境下的形變,本文對電路板組件進行熱試驗。熱試驗采用數(shù)字圖像測量系統(tǒng)進行形變測量,試驗測量結果驗證了有限元仿真分析的有效性。
【圖文】：

h W m ℃，板的其它面為絕熱面(即圖 2.1 中陰影部分包裹的面，陰影部分主要為突出絕熱面，無其它意義)，板無內部熱源。圖2.1 板件結構受熱對流載荷圖 板件結構瞬態(tài)溫度的理論解析由于板件結構材料各向同性，故在傳熱過程中，同一厚度面的溫度是相同的，只有板的厚度方向存在溫度梯度，故這里沿板件的厚度方向將板件劃分為 10 個等厚度的單元，從上到下分別為單元 1、單元 2……單元 10，，由熱平衡原理可得單元1 的控制方程：220T Tcx t （2-24）由伽遼金殘數(shù)法可得220jixixT TW c Adt （2-25）式中，iW 是伽遼金權函數(shù)； 為 x 方向的變量。建立插值函數(shù)，使單元內任一點溫度都可由某些單元節(jié)點溫度值進行線性插

設置其 Divisions 為 10，板件結構長度和寬度方向采用自由劃分的網(wǎng)格劃分方式，網(wǎng)格尺寸為默認尺寸。圖2.3 板件結構的載荷加載分別取板件上表面、中間面和下表面上的點，如圖 2.4 所示：圖2.4 板件三個面上取點示意圖獲得上表面、中間面、下表面上點的仿真溫度曲線如圖所示：由圖 2.5（a）可以看出，在仿真過程中，同一時刻，板件上表面的溫度較中間面和下表面的溫度要高，并且隨著時間的推移，三條溫度曲線斜率越來越小，三個面上的溫度差越來越小，最終都趨于穩(wěn)定，達到 120℃。這與板件三個面上溫度變化的理論結果在趨勢上是一致的。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN41

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本文編號：2670715