切割热与振动对Cu-EMC界面分层行为影响的研究

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引线框架形式的封装最后一步要将引脚上封装好的芯片切割分离成单个的芯片,在切割过程中,部分芯片会在Cu-EMC界面出现分层现象,使产品失效。产生界面分层的力学原因为:粘接界面上不同材料(Cu、塑封料)的热、力学参数不同,切割过程中产生的振动与热会使Cu-EMC界面出现较大的应力,产生裂纹并扩展出现分层现象。  本文以Cu与EMC双相粘接材料为研究对象,主要内容如下:  (1)采用了非接触式和接触式两种不同测量方法对不同切割转速情况下Cu与EMC双相粘接材料的振动进行测量,获取不同砂轮转速下的振动载荷谱,绘制位移-时间曲线。非接触式测量采用的是激光位移传感器直接测位移的方法,剔除奇异点直接绘制曲线;接触式测量法采用的是加速度传感器测量加速度,利用MATLAB软件,将时域上的加速度值通过傅里叶变换转化到频域上,然后对加速度进行两次积分,得到频域上的位移值,最后逆傅里叶变换,得到时域上的位移-时间曲线。结果发现即随着转速的提高,位移-时间曲线的幅值降低。  (2)采用有限元法,利用ANSYS软件,根据实验过程中Cu/EMC双相粘接材料的实际尺寸建立三维有限元模型并关联内聚力模型,根据实验测量的900r/min的位移-时间曲线,对900r/min情况下的Cu/EMC双相粘接材料的切割过程进行振动仿真分析,并根据实验测量的不同转速的位移变化趋势推测更高转速的位移,进行高转速情况下的仿真计算,计算中利用生死单元技术和重启动技术,进行了瞬态动力学仿真,研究不同转速对界面受力状态和分层情况的影响。结果发现,随着转速的提高,界面的应力、能量释放率和损伤均减小,且损伤主要发生在芯片的中部。  (3)采用有限元法,利用ANSYS软件,对Cu-EMC双相粘接材料的切割过程进行热与振动联合仿真分析。对900r/min的情况进行仿真时,热载荷和振动载荷都是切割过程中实时测量的数据,取每个时间步的热载荷和位移载荷施加在有限元模型上,进行计算。对高转速的情况进行仿真时,热载荷和振动载荷都是在实验测量的不同转速的温度变化情况和位移变化情况的基础上进行推测得到。查看界面应力、界面能量释放率和界面损伤情况,并将不考虑温度的900r/min的情况、不考虑温度的高转速的情况、考虑温度的900r/min的情况、考虑温度的高转速的情况这四组结果进行对比分析。结果发现,转速越大,位移变化幅度越小,能量释放率越小,界面损伤越小,Ⅱ型能量释放率一直大于Ⅰ型能量释放率,界面开裂主要为Ⅱ型开裂,最易发生损伤的部位为试样中部位置,考虑温度的情况下的界面能量释放率更大,更易损伤。
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