【摘要】：隨著電子封裝技術(shù)的迅速發(fā)展,新的封裝材料不斷涌現(xiàn),以復合材料、多孔介質(zhì)和疊層材料為代表的非均質(zhì)材料憑借其優(yōu)良的綜合性能在電子封裝領域獲得了廣泛的運用。非均質(zhì)材料在宏觀層次可以等效為均勻連續(xù)的物質(zhì),而在微觀尺度又展現(xiàn)出非均質(zhì)的特征。非均質(zhì)材料研究的重要課題就是建立材料宏微觀尺度之間的聯(lián)系、探索材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀等效特性的關(guān)聯(lián)、分析宏微觀特性之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。對非均質(zhì)材料的多尺度問題進行深入研究可以讓研究者了解材料宏觀特性的微觀本質(zhì),可以根據(jù)材料微觀結(jié)構(gòu)特征預測宏觀等效特性,更為重要的是,研究者能夠?qū)Σ牧系奈⒂^結(jié)構(gòu)進行設計和優(yōu)化以獲取理想的材料特性。這對于提高封裝結(jié)構(gòu)可靠性、改進生產(chǎn)工藝、促進產(chǎn)品性能的提升具有重要的指導意義。 本文基于漸進均勻化的思想,采用多尺度的研究方法對電子封裝中典型非均質(zhì)材料的力學特性進行了研究。建立了典型非均質(zhì)材料的幾何模型,分析了非均質(zhì)材料宏觀等效特性和局部應力場的主要表達形式,探討了材料微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀等效力學特性之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)合電子封裝中非均質(zhì)材料的特點,構(gòu)建了非均質(zhì)材料多尺度問題的分析框架,并運用多尺度漸進均勻化方法研究了三類典型非均質(zhì)材料的力學特性。 首先,將多尺度漸進均勻化方法應用于顆粒復合材料中,采用隨機次序填充算法建立了顆粒復合材料的代表性體積元模型,利用多尺度漸進均勻化方法研究了大功率LED封裝中硅膠熒光粉顆粒復合材料微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀等效力學特性的關(guān)聯(lián)。采用實驗測試、理論預測和計算仿真的方法綜合分析了熒光粉顆粒含量、顆粒尺寸大小和顆�？臻g分布等特征對硅膠熒光粉復合材料宏觀等效特性的影響。結(jié)合界面內(nèi)聚力模型,探索了顆粒復合材料損傷失效的機理。分析結(jié)果表明,熒光粉顆粒含量的增加會導致復合材料等效彈性模量的上升,熒光粉顆粒密集處會產(chǎn)生局部的應力集中,顆粒復合材料的損傷失效將在高應力區(qū)域萌生和擴展。 其次,將多尺度漸進均勻化方法應用于多孔介質(zhì)中,采用數(shù)字圖像處理的方法建立了多孔介質(zhì)的代表性體積元模型,利用多尺度漸進均勻化方法研究了功率電子封裝中多孔銀介質(zhì)微觀形貌與宏觀等效力學特性的關(guān)聯(lián)。采用實驗測試、理論預測和計算仿真的方法綜合分析了多孔介質(zhì)相對密度、微觀形貌與載荷路徑對材料宏觀等效特性的影響。結(jié)合銀材料的彈塑性本構(gòu)關(guān)系,初步分析了多孔銀介質(zhì)在大變形條件下的響應特征。分析結(jié)果表明,多孔介質(zhì)相對密度的增加會導致材料等效彈性模量的提高,同時會使得材料整體的剪切強度上升。 最后,將多尺度漸進均勻化方法應用于疊層材料中,根據(jù)材料微觀結(jié)構(gòu)尺寸和空間排布特點建立了柔性太陽能電池封裝中疊層材料的代表性體積元模型,利用多尺度漸進均勻化方法研究了疊層材料的微觀結(jié)構(gòu)特征與宏觀等效力學特性之間的關(guān)聯(lián)。采用實驗測試、理論預測和計算仿真的方法綜合分析了疊層材料微觀結(jié)構(gòu)尺寸和組分材料特性對等效力學特性的影響。結(jié)合不同溫度下的材料特性數(shù)據(jù),研究了常溫、75℃和125℃的環(huán)境溫度下疊層材料的等效力學特性和失效機理。分析結(jié)果表明,電極材料和層間的界面是柔性太陽能電池封裝中的薄弱環(huán)節(jié),在高溫條件下疊層材料承受機械載荷的能力大大降低。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN04

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本文編號：2733834