本文關(guān)鍵詞：焊點聯(lián)接中間相中與溫度和電流場相關(guān)問題的計算

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【摘要】：隨著電子產(chǎn)品的微型化發(fā)展及性能要求的大幅提高,焊點的體積不斷減小,其可靠性也受到了越來越多的關(guān)注。而焊點最主要的失效原因之一在于導(dǎo)線焊點界面中間相中空洞的生長和合并,因此研究空洞的遷移和演化對于提高焊點的可靠性、延長電子產(chǎn)品的使用壽命具有重要意義。本文考慮到焊點中溫度梯度的作用,利用有限差分法模擬在界面能和溫度梯度的作用下,焊點界面中間相中空洞的生長和遷移狀況。此外,本文還考慮到了焊點內(nèi)由于電流作用而產(chǎn)生焦耳熱情形下焊點的穩(wěn)態(tài)溫度場有限元方程,并討論了焊點尺寸、焊點缺陷、電流密度對焊點穩(wěn)態(tài)溫度場分布的影響。模擬結(jié)果證明:(1)對于單一空洞的情況,當(dāng)空洞的大小與生長速率一定時,溫度梯度會加速空洞的遷移作用,但此時溫度梯度對空洞生長的速率影響不大;當(dāng)空洞的大小與溫度梯度一定時,若空洞生長速率過小,則空洞會被被熱流“吹散”,當(dāng)空洞生長速率達(dá)到不會被熱流“吹散”的前提下,空洞生長速率越大,空洞增大的速度也會越快;當(dāng)空洞的生長速率與溫度梯度一定時,若空洞初始半徑較小,空洞很容易被熱流作用“吹散”,所以在一定程度上講,熱流作用可以愈合焊點內(nèi)的空洞,但當(dāng)空洞的面積過大時,空洞不會被熱流作用“吹散”。(2)對于多個空洞的情況,當(dāng)空洞的大小與間距一定時,溫度梯度不會加快空洞的合并速度,只會加快空洞的遷移速率;當(dāng)溫度梯度與空洞的間距一定時,空洞越大,則空洞合并的速度也比較快,但空洞大小與其遷移速度沒有關(guān)系;當(dāng)溫度梯度與空洞的大小一定時,若空洞的初始距離較小,則空洞在遷移的同時會相互合并,當(dāng)空洞的初始距離較大時,空洞來不及合并,較小的空洞就已經(jīng)被熱流“吹散”。(3)焊點的溫度場分布是由焊點尺寸、焊點內(nèi)的電流密度和焊點缺陷共同決定的。當(dāng)焊點尺寸比較小時,邊界溫度對焊點溫度場分布起主要作用;當(dāng)焊點尺寸較大時,焦耳熱對焊點的溫度場分布不可忽視。焊點尺寸較小時,焊點缺陷對焊點內(nèi)的溫度分布有較大影響;當(dāng)焊點尺寸較大時,焊點缺陷不但對焊點內(nèi)的溫度分布有很大影響,還對焊點最高溫度有著重要的作用。對于焊點缺陷一定的情形,焊點內(nèi)最高溫度隨著電流密度的增大而增大。
【關(guān)鍵詞】：擴(kuò)散界面模型 熱致遷移 溫度場 空洞生長
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG40
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-22
• 1.1 課題研究的背景與意義9-11
• 1.2 電子產(chǎn)品的無鉛化趨勢11-12
• 1.3 焊點可靠性問題的研究12-16
• 1.3.1 焊點的可靠性問題的產(chǎn)生12-14
• 1.3.2 焊點的可靠性問題的研究14
• 1.3.3 焊點的可靠性研究方法14-16
• 1.4 有限單元法概述16-17
• 1.4.1 有限元法要點和特性16
• 1.4.2 有限元法計算流程16
• 1.4.3 有限元法特性16-17
• 1.4.4 FreeFem++簡介17
• 1.5 相關(guān)領(lǐng)域研究現(xiàn)狀17-20
• 1.5.1 熱致遷移研究現(xiàn)狀17-20
• 1.5.2 焊點溫度場研究現(xiàn)狀20
• 1.6 本文主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 模擬空洞生長和遷移的分析模型22-28
• 2.1 研究模型22-23
• 2.2 模型的控制方程23-24
• 2.2.1 溫度場23
• 2.2.2 成分場23-24
• 2.3 模型的邊界條件24-25
• 2.3.1 溫度場對應(yīng)的邊界條件24-25
• 2.3.2 成分場對應(yīng)的邊界條件25
• 2.4 方程及變量的無量綱化處理25-28
• 2.4.1 溫度場方程的無量綱化26
• 2.4.2 成分場方程的無量綱化26-28
• 第3章 數(shù)值方法28-32
• 3.1 溫度場的數(shù)值計算方法28-30
• 3.1.1 溫度場方程離散28-29
• 3.1.3 溫度場邊界條件離散29-30
• 3.2 成分場控制方程離散化30-32
• 第4章 相場模擬結(jié)果32-45
• 4.1 分析模型32
• 4.2 單個空洞情況下的數(shù)值模擬結(jié)果32-38
• 4.2.1 溫度梯度對于空洞遷移與演化的影響32-34
• 4.2.2 空洞生長速率對于空洞遷移與演化的影響34-37
• 4.2.3 初始空洞大小對于空洞遷移與演化的影響37-38
• 4.3 兩個空洞情況下的數(shù)值模擬結(jié)果38-45
• 4.3.1 溫度梯度對于空洞演化的影響38-41
• 4.3.2 初始空洞大小對于空洞演化的影響41-43
• 4.3.3 初始空洞位置對于空洞演化的影響43-45
• 第5章 焊點連接的有限元模型45-70
• 5.1 平面電場有限元法推導(dǎo)45-50
• 5.1.1 基本方程推導(dǎo)45-46
• 5.1.2 單元劃分與電場離散46-47
• 5.1.3 電勢插值函數(shù)47-48
• 5.1.4 內(nèi)部單元的積分計算48-49
• 5.1.5 邊界單元的積分計算49-50
• 5.1.6 電場方程的整體合成50
• 5.2 平面溫度場有限元法推導(dǎo)50-53
• 5.2.1 基本方程推導(dǎo)50-51
• 5.2.2 單元的積分計算51-52
• 5.2.3 溫度場方程的整體合成52-53
• 5.3 分析模型53-54
• 5.3.1 計算模型的建立53-54
• 5.3.2 研究模型的邊界條件54
• 5.4 數(shù)值模擬結(jié)果54-70
• 5.4.1 焊點尺寸對焊點溫度場分布的影響54-62
• 5.4.2 電流密度對焊點溫度場分布的影響62-65
• 5.4.3 缺陷對焊點溫度場分布的影響65-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76

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本文編號：1117967