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微电子封装引线键合工艺参数的概率设计

机械强度 2012年第4期34卷 516-521页

作者：吴辉贤许杨剑刘勇浙江工业大学机械工程学院杭州310014

建立多组不同网格密度的二维引线键合工艺有限元模型,从中选择一种精度较高、计算速度较快的模型进行数值模拟,并在此基础上采用Ansys概率有限元分析模块,选择蒙特卡洛模拟方法对引线键合工艺进行概率可靠性分析。研究和讨论各材料层中... 详细信息

建立多组不同网格密度的二维引线键合工艺有限元模型,从中选择一种精度较高、计算速度较快的模型进行数值模拟,并在此基础上采用Ansys概率有限元分析模块,选择蒙特卡洛模拟方法对引线键合工艺进行概率可靠性分析。研究和讨论各材料层中最大应力可能的分布区域以及应力对金属球直径、铝层厚度、键合高度、钢嘴几何结构和铝、铜与层间绝缘层ILD(interlayer dielectric)材料属性的敏感度。结果表明,金属球直径、铝层厚度、键合高度对应力的影响最明显,而其他输入参数对应力没有明显影响。

关键词：引线键合网格密度蒙特卡罗模拟法概率设计

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基于遗传算法的功能梯度材料参数的反演分析

复合材料学报 2013年第4期30卷 170-176页

作者：许杨剑李翔宇王效贵浙江工业大学机械工程学院杭州310014

采用一种基于遗传算法结合响应面插值的反演方法,利用微压痕实验和有限元模拟,对功能梯度材料(FGM)的本构模型参数进行识别分析。此方法首先以解耦的方式对压痕试验进行有限元模拟计算,然后利用三次拉格朗日插值函数构造荷载-位移响应面... 详细信息

采用一种基于遗传算法结合响应面插值的反演方法,利用微压痕实验和有限元模拟,对功能梯度材料(FGM)的本构模型参数进行识别分析。此方法首先以解耦的方式对压痕试验进行有限元模拟计算,然后利用三次拉格朗日插值函数构造荷载-位移响应面,并将响应面上插值得到的相关结果传递给遗传算法以实现材料参数的反演辨识。对功能梯度材料参数的反演研究表明:该方法在保证较高精度的同时能够极大地提高常规遗传算法的反演效率;另外,利用大、小压头组合的双压头模式对功能梯度材料进行压痕的反演分析,较之单压头能够获得更为合理的结果。

关键词：反演分析遗传算法响应面微压痕有限元模拟

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基于显式动力学的焊点冲击失效分析

工程力学 2014年第1期31卷 193-200页

作者：许杨剑金超超梁利华王效贵刘勇浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

组件级高速剪切测试是用来研究芯片封装中Sn-Ag-Cu焊点冲击可靠性问题的一个重要手段。实验研究表明:随着冲击速度的增加,焊点封装结构的失效会由焊锡母材的韧性破坏向界面金属间化合物(IMC)的脆性断裂过渡;同时,其荷载-位移响应曲线形... 详细信息

组件级高速剪切测试是用来研究芯片封装中Sn-Ag-Cu焊点冲击可靠性问题的一个重要手段。实验研究表明:随着冲击速度的增加,焊点封装结构的失效会由焊锡母材的韧性破坏向界面金属间化合物(IMC)的脆性断裂过渡;同时,其荷载-位移响应曲线形态也会发生显著的改变。为了能够更详细地了解封装结构的冲击失效行为,并进一步改进其结构设计,该文提出结合焊锡材料应变率相关的动态硬化特性,利用渐进损伤模型来模拟其动态损伤过程;同时,引进一种能够有效表征复合型裂纹扩展的内聚力模型来模拟IMC的脆性动态断裂。与实验结果的对比表明:该文提出的方法能够较为有效地表征焊点封装结构在不同冲击速度下的失效行为。

关键词：显式动力学冲击电子封装焊点内聚力模型

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基于卡尔曼滤波算法的功能梯度材料参数辨识

工程力学 2013年第11期30卷 251-259页

作者：李翔宇许杨剑王效贵梁利华浙江工业大学机械工程学院杭州310014

对于常用的陶瓷/金属(PSZ/NiCrAlY)功能梯度材料(FGM)的弹塑性本构参数确定问题,提出了一种改进的基于扩展卡尔曼滤波算法(EKF)的反演分析方法。该法以压痕试验中获得的荷载-压痕深度响应曲线为依据,结合有限元模拟,对材料参数进行反演... 详细信息

对于常用的陶瓷/金属(PSZ/NiCrAlY)功能梯度材料(FGM)的弹塑性本构参数确定问题,提出了一种改进的基于扩展卡尔曼滤波算法(EKF)的反演分析方法。该法以压痕试验中获得的荷载-压痕深度响应曲线为依据,结合有限元模拟,对材料参数进行反演辨识。反演过程中事先对实验和有限元模拟结果作逐步均化处理,以此降低系统和测量随机误差对反演结果的影响,提高问题解的收敛精度;同时,基于数值模拟结果,利用拉格朗日插值函数构建载荷-压痕深度响应面,以便插值获取任意参数组合下的响应值及其梯度值,从而提高反演的效率;另外,采用不同尺寸压头的荷载-压痕深度曲线来进一步地提高问题解的收敛性、精确性和适定性。该文从多个角度,对有效地获取FGM材料参数问题进行了详细的探讨,为材料参数的反演辨识研究提供了有益的参考。

关键词：卡尔曼滤波压痕有限元法反演分析响应面

芯片封装焊球连接疲劳寿命预测分析——能量法和有效应变法之比较

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应用力学学报 2005年第2期22卷 279-284,i011-i012页

作者：许杨剑刘勇梁利华余丹铭浙江工业大学浙江310032

研究了目前常用的两种芯片封装焊球连接的寿命预测方法-能量法和有效应变法。对焊球连接的材料本构关系进行了对比分析,并利用FORTRAN语言编制了相应的材料本构模型子程序,将其与有限元仿真工具ANSYS耦合,实现了将焊球连接的材料本构模... 详细信息

研究了目前常用的两种芯片封装焊球连接的寿命预测方法-能量法和有效应变法。对焊球连接的材料本构关系进行了对比分析,并利用FORTRAN语言编制了相应的材料本构模型子程序,将其与有限元仿真工具ANSYS耦合,实现了将焊球连接的材料本构模型用户子程序导入到ANSYS的材料库。在此基础上模拟了三维芯片叠层球栅阵列尺寸封装的焊球结构,在热循环条件下(-40～+125℃的工作状态,并分别利用能量法和有效应变法对焊球连接的寿命预测进行了比较分析,最后对两种方法作出了评价。

关键词：封装焊球连接寿命预测能量法有效应变法有限元

球栅阵列尺寸封装的有限元法模拟及焊点的寿命预测分析

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球栅阵列尺寸封装的有限元法模拟及焊点的寿命预测分析

作者：许杨剑浙江工业大学

学位级别：硕士

目前微电子球栅阵列尺寸封装(BGA／CSP)正成为高端IC封装的主流技术。而焊点可靠性问题是发展BGA／CSP技术需解决的关键问题之一。实践证明热作用是芯片封装组件失效破坏的主导因素，因此热循环条件下的焊点可靠性研究有着非常重要的意... 详细信息

目前微电子球栅阵列尺寸封装(BGA／CSP)正成为高端IC封装的主流技术。而焊点可靠性问题是发展BGA／CSP技术需解决的关键问题之一。实践证明热作用是芯片封装组件失效破坏的主导因素，因此热循环条件下的焊点可靠性研究有着非常重要的意义。为此，本文基于大型商用有限元软件ANSYS，对BGA／CSP形式的封装进行模拟，并在此基础上对多种情况进行对比分析，以此来评价各种因素对其可靠性的影响，从而来提高该封装的可靠性。本文又在焊点本构模型的构建方面作了一个尝试，以此为能对焊球找到一种更好的描述奠定基础。本文首先对芯片封装及其可靠性分析方法及现状进行了概述，并对相关理论方法作了介绍。随后，通过参数化编程建立典型结构的BGA／CSP形式封装的三维模型，对此进行了应力、应变分析，并作了寿命预测。接着，又在上述分析的基础上，比较了同种封装的不同模型(如条形模型，1／4模型，1／8模型)、相同焊球材料的不同本构模型、不同寿命预测模型、不同焊球尺寸及网格密度等方面对寿命预测的影响。最后本文综合了两种典型的焊球本构方程构建了新的本构模型，再通过不同算法(如最小二乘法、遗传算法、试凑法)对焊球材料进行了曲线拟合，并对此作了比较分析。本文针对相关问题，通过FORTRAN语言和ANSYS软件自带的程序设计语言(APDL)作了二次开发，编写了相关程序，从而能够更方便、更高效地利用ANSYS有限元软件来实现芯片封装的模拟分析。

关键词：寿命预测有限元封装 BGA/CSP

石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法及其数值实现

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复合材料学报 2021年第12期38卷 4362-4370页

作者：鞠晓喆朱加文梁利华许杨剑浙江工业大学机械工程学院杭州310023

对石墨烯纳米复合材料进行三维有限元建模通常需极其精细的网格。在考虑塑性演变的情况下,细观代表性单元体模型的计算效率极其低下。为此,基于非均匀变换场分析理论,提出了石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法。首先,针对不同加载路径... 详细信息

对石墨烯纳米复合材料进行三维有限元建模通常需极其精细的网格。在考虑塑性演变的情况下,细观代表性单元体模型的计算效率极其低下。为此,基于非均匀变换场分析理论,提出了石墨烯纳米复合材料的降阶均匀化方法。首先,针对不同加载路径进行预分析,提取细观塑性应变场信息;然后对这些信息进行本征正交分解,从而得到若干个塑性模态,用作降阶模型的基函数;基于宏、细观耗散功的等效原理,导出降阶变量的本构模型。该方法的离线分析部分通过MATLAB编程实现。为了便于工程计算,在线分析部分则由商业有限元软件ABAQUS的UMAT用户子程序接口实现。基于三维算例分析,验证了所提方法的有效性。结果显示,在保证较高精度的前提下,针对三维代表性单元体计算的加速率可达10^(3)~10^(4)量级。

关键词：石墨烯纳米复合材料模型降阶均匀化方法非线性多尺度分析代表性单元体

弹塑性多尺度分析的实现及其在颗粒增强复合材料中的应用

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复合材料学报 2017年第9期34卷 1934-1943页

作者：许杨剑武鹏伟赵帅王效贵梁利华浙江工业大学机械工程学院杭州310014

基于满足周期性假设和尺度分离假设的渐进展开均匀化原理,应用商业有限元软件ABAQUS实现了快速识别颗粒增强复合材料的等效弹性参数,及获取其宏-细观尺度下的非线性应力应变场信息。在细观尺度上,为了更好地逼近实际的复合材料结构,其... 详细信息

基于满足周期性假设和尺度分离假设的渐进展开均匀化原理,应用商业有限元软件ABAQUS实现了快速识别颗粒增强复合材料的等效弹性参数,及获取其宏-细观尺度下的非线性应力应变场信息。在细观尺度上,为了更好地逼近实际的复合材料结构,其增强颗粒采用不同直径和随机分布的球形进行近似。通过对不同颗粒含量的等效弹性参数的误差分析,证明了细观模型构造的合理性。此外,通过宏-细观尺度间的耦合机制,利用ABAQUS多个用户自定义子程序,实现了颗粒增强复合材料的非线性多尺度耦合分析,并提出了一套加速算法。最后据此研究了颗粒增强材料细观模型塑性演化过程对宏观力学性能的影响。由于编写的程序及分析的思路具有良好的通用性,这一工作为研究颗粒增强及其它复合材料的宏观力学性能提供了有益的参考。

关键词：颗粒增强复合材料渐近展开均匀化方法非线性多尺度分析代表性单元体周期性边界条件

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重复多次激光喷丸强化高导无氧铜的数值研究

激光与光电子学进展 2016年第9期53卷 165-174页

作者：王成胡家诚许杨剑王效贵浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

通过对高导无氧(OFHC)铜的激光喷丸强化(LSP)过程进行数值模拟,研究了重复喷丸次数对LSP的残余应力场和凹坑的影响,并着重探讨了残余应力强化机理。结果表明,随着重复喷丸次数的增加,靶材的塑性变形和凹坑深度逐渐增大,残余压应力与靶... 详细信息

通过对高导无氧(OFHC)铜的激光喷丸强化(LSP)过程进行数值模拟,研究了重复喷丸次数对LSP的残余应力场和凹坑的影响,并着重探讨了残余应力强化机理。结果表明,随着重复喷丸次数的增加,靶材的塑性变形和凹坑深度逐渐增大,残余压应力与靶材的流动应力均表现出趋于饱和的态势。相对于第三和第四次重复LSP,第二次重复LSP对残余应力大小与分布的影响最为显著。重复多次LSP后的残余压应力强化主要源自材料的硬化历史,前次LSP产生的残余应力对当前LSP过程的靶材硬化有一定抑制作用。

关键词：激光技术重复激光喷丸强化高导无氧铜残余应力硬化历史