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封装结构界面热断裂力学分析

封装结构界面热断裂力学分析

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作者：国峰楠哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

封装结构在电子技术以及电子器件的发展中起着非常重要的作用。现代电子技术的迅猛发展,要求电子整机向着小、轻、高可靠和低成本的方向发展,而限制电子系统进一步实现高性能和小型化的主要因素已不再是元器件本身,而是其组装与封装方... 详细信息

封装结构在电子技术以及电子器件的发展中起着非常重要的作用。现代电子技术的迅猛发展,要求电子整机向着小、轻、高可靠和低成本的方向发展,而限制电子系统进一步实现高性能和小型化的主要因素已不再是元器件本身,而是其组装与封装方式。热断裂破坏是封装材料以及非均匀材料在服役期间主要破坏形式之一,封装结构的热断裂问题也受到国内外学者的广泛关注。研究封装结构界面热断裂问题,对于该结构的设计、优化及安全使用具有重要意义。本文主要从含裂纹体的封装结构出发,用交互作用积分与数值模拟相结合的方法对其热断裂性能进行研究。第1章绪论对封装结构的发展状况做出了概述,由于封装结构为非均匀材料,因此对非均匀材料的断裂问题主要是热断裂问题的研究现状也进行了评述。第2章针对封装结构经常发生的热断裂问题,为了研究裂纹尖端热应力强度因子,首先对加载热载荷时材料的温度场以及热应力场的求解方法进行了概括,之后介绍了本文所使用的扩展有限元方法(XFEM)的基本理论。第3章推导了非均匀材料受热载荷以及含界面情况下的修正J积分和交互作用积分。在计算均匀材料时,J积分以及交互作用积分的形式都可满足积分路径或区域无关性,但是对非均匀材料受热载荷情况,以及积分区域包含界面的情况下,必须对两种方法进行修正,才能使其继续满足这种积分路径或区域无关的性质。最后给出了由交互作用积分求应力强度因子的方法。第4章首先对本文方法进行验证,并对含有弱界面的非均匀材料的应力强度因子进行计算,分析了温度场对于应力强度因子的影响,也对热传导系数、弹性模量等材料参数对应力强度因子的影响进行了分析。第5章建立了封装结构的几种简化模型,应用本文方法对其温度场、应力场以及热应力强度因子进行计算,并分析了裂纹长度、温度和裂纹位置对封装结构热断裂性能的影响。

关键词：封装结构非均匀材料交互作用积分热断裂力学

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