【摘 要】
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导电胶作为新型环保电子互连材料,具有固化温度低、可连接性好、工艺简单等优势,在便携式电子产品中具有广泛的应用前景;而由于电子产品在生产及服役过程中易承受跌落冲击工况,导致微小导电胶互连点处会产生相对较高的应变率,关于导电胶较高应变率下的力学行为及其可靠性研究则显得尤为重要。因此本文以两种不同银含量(50wt.%、60wt.%)环氧树脂基各向同性导电胶为研究对象,采用万能试验机和分离式霍普金森压杆装
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导电胶作为新型环保电子互连材料,具有固化温度低、可连接性好、工艺简单等优势,在便携式电子产品中具有广泛的应用前景;而由于电子产品在生产及服役过程中易承受跌落冲击工况,导致微小导电胶互连点处会产生相对较高的应变率,关于导电胶较高应变率下的力学行为及其可靠性研究则显得尤为重要。因此本文以两种不同银含量(50wt.%、60wt.%)环氧树脂基各向同性导电胶为研究对象,采用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置对固化导电胶圆柱形试样及其双搭接剪切试样开展了静动态力学性能实验研究,并结合数值模拟对导电胶互连封装结构在跌落冲击下胶连点的动态力学响应进行了分析,相关研究内容及结论如下:(1)采用万能试验机对两种银含量固化导电胶圆柱形试样进行了0.01 s-1、0.1 s-1两种应变率下的准静态压缩测试,并采用分离式霍普金森压杆装置对固化导电胶圆柱形试样进行了三种应变率(约1100 s-1、2100 s-1、3200 s-1)下的动态压缩测试,分析了两种银含量固化导电胶是否具有应变率效应;此外还分析了银颗粒含量对固化导电胶刚度及屈服强度的影响,并相应给出了固化导电胶的Cowper-Symonds应变率相关本构模型。结果表明:两种固化导电胶在准静态压缩下无明显的应变率效应,但动态下则具有明显的应变率效应;高银含量固化导电胶的整体刚度及屈服强度均高于低银含量固化导电胶,且其应变率效应要更为明显。(2)采用万能试验机对两种银含量导电胶与紫铜块的双搭接剪切试样进行了准静态压缩剪切测试,并采用分离式霍普金森压杆装置对双搭接试样进行了三种加载速度(2 m/s、3 m/s、4 m/s)下的动态压缩剪切测试,分析了两种银含量固化导电胶的加载率效应,同时分析了银颗粒含量对固化导电胶剪切粘接强度的影响。结果表明:相比较低银含量导电胶,高银含量导电胶双搭接剪切试样的剪切强度在准静态低加载速率下要低,但其在动态较高加载速率下要更高,且其加载率效应更为明显。(3)建立了导电胶互连封装结构自由跌落的有限元模型,通过数值模拟研究了导电胶互连封装结构的跌落冲击力学行为,对导电胶互连点应力产生机理和关键胶连点出现位置进行了分析,并对导电胶互连点在水平跌落和小角度两种方式跌落冲击下的受力变形进行了分析。结果表明:导电胶互连点的受力变形主要是由于PCB板的弯曲变形所致且关键胶连点均出现于封装件的四个边角处;水平跌落并不是最危险的工况,小角度跌落相对更容易导致胶连点的破坏;小角度两种跌落方式中,基座长边跌落方式在关键胶连点处产生的应力应变相对较大。
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