开题报告-电子封装材料（环氧树脂）力学性能随温度变化理论研究

开题报告-电子封装材料（环氧树脂）力学性能随温度变化理论研究本文简介：西南科技大学毕业设计（论文）开题报告学院制造科学与工程学院专业班级成型1003姓名邹春雨学号20106013题目电子封装材料（环氧树脂）力学性能随温度变化理论研究题目类型应用研究1、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）薄膜基体系统国内外研究现状：薄

开题报告-电子封装材料（环氧树脂）力学性能随温度变化理论研究本文内容：

西南科技大学毕业设计（论文）开题报告

学

院

制造科学与工程学院

专业班级

成型1003

姓

名

邹春雨

学

号

20106013

题

目

电子封装材料（环氧树脂）力学性能随温度变化理论研究

题目类型

应用研究

1、

选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）

薄膜基体系统国内外研究现状：

薄膜基体系统是指在已知塑料元件、金属器件、陶瓷器件等各种电子、机械工作件或载体上镀上一层或多层有特殊功能的薄膜，薄膜和工作件或者载体构成一种具有特殊功能的层合结构或者复合结构[1]。

薄膜基体系统是由薄膜技术发展而来，1650年R.Boye，R.Hooke和I.Newton观察到液体薄膜上产生的相干彩色花纹，从而开启了薄膜技术的不断更新和发展[2]。但薄膜技术的应用面在当时相当狭窄，只在制造镜面和耐腐蚀方面有所涉及。由于科技的迅速发展，电子显微、低能电子衍射以及各种表面工程技术和表面分析方法的相应发展和成熟，大大改善了原本薄膜重复性差的问题，使薄膜技术有了飞跃的发展，其相关应用也越来越广泛。20世纪50年代，随着第三次工业革命的产生和发展，电子技术、航天航空产业飞速发展，高尖端材料不断研究，使得薄膜技术工业应用领域迅速扩大，用量增加，特别是印刷线路的大规模制备和集成电路的微型化方面。另外表面分析检测技术和薄膜工艺的不断改进和更新，使薄膜技术成为研究热点话题。从薄膜技术中衍生出的薄膜基体系统也在引起更多相关专家和学者的密切关注，值得一提的是，目前科学家正在用当今最为前沿的分析技术-纳米压痕技术来分析薄膜基体系统[3]，获得了有关薄膜基体系统更进一步的研究成果，为其发展提供了相当大的促进作用。

薄膜基体系统大大改进了原有基体的表面性能，还可能会产生全新的性能。比如，金刚石薄膜是高速电子计算机的理想部件，其导热能力是铜的6倍。另外其耐腐蚀和耐辐射的能力远超于原有基体，有机聚合物PMMA镀膜后，其系统的硬度由原有的200MPa变成500MPa。薄膜基体系统根据不同功能的镀层来分类，一般分为耐磨层、抗氧化层、热障涂层、光吸收层、隔热功能层、固体润滑层、硬质保护层和装饰膜层等[4]。耐磨层一般用于高速加工器具和重要零部件的保护，热障涂层一般用于高速发动机和运载火箭上，装饰膜层和硬质保护层一般用于汽车装饰以及保护，光吸收层主要用于太阳能的相关器材上。这些不同功能的薄膜基体系统广泛应用于各个领域的尖端科技，对促进材料科学的发展起到了重要作用。

在薄膜基体系统众多应用中，其用的最广泛同样也是最有前景的是MEMS结构，所谓的mems，即Micro-Electro-Mechanical-System，微电子机械系统。微机电系统是多种学科交叉融合具有战略意义的高科技，从八十年代末开始，各国逐渐重视该系统的研究，1987年美国

UC

Berkeley

大学发明了基于表面牺牲层技术的微马达，从而开启了MEMS的发展之路。美国偏重于把MEMS广泛用于其高尖端军事武器研究，而日本主要发展微型机器人、医疗微系统和微型工厂，欧洲则侧重于TAS（全微分析系统）和LOC(芯片实验室)[5]。另外，国外在仿生MEMS传感器方面也有相当深入的研究，比如最近的由MEMS电容式触觉传感器为基础研制的机器人手臂的一些功能的仿生程度已相当接近人类手臂[6]。我国起步稍晚于其他各国，不过发展同样迅速。我国在微型惯性器件和惯性测量组合、机械量微型传感器、生物传感器和生物芯片等许多方面获得一定成果，同时还建立起了MEMS一整套生产体系，对以后MEMS的发展提供相当便利的条件。不过由于我国在此方面投入依旧不足，相比于欧美、日本等发达国家，在质量、性能以及检测方面还存在相当大的差距。薄膜基体系统在MEMS的研究中占据着比较重要的地位，因此不难看出，我国有关薄膜基体系统的研究还有很长的路要走。

膜基系统最为关键的特点就是多层化和界面。在温度变化的情况下，膜基系统由于发生热膨胀变形以及热失配而产生热应力包括残余应力等，而这些热应力作为一种内应力，对膜基系统各项力学性能有相当大的影响，很容易使封装胶产生失效。因此，热应力成为首要研究对象。Teixeira研究了热应力对物理气象沉积薄膜的影响，并且讨论了热应力作用下膜基系统的失效模式，指出热应力对薄膜元器件的稳定性和可靠性有很大影响[7]。

电子封装材料生产需求状况：

电子封装是指构成电子器件的各种元件，按规定的要求合理布置、组装、键合、连接、与外部环境以及保护等操作工艺。

电子封装技术是为了满足集成电路技术不断发展的需求而产生的。从1958年美国发明了世界第一块集成电路开始，集成电路的集成度迅猛增加，短短数十年就经历了五个时代，即小规模（SSI）、中规模（MSI）、大规模（LSI）、超大规模（VLSI)、巨大规模（ULSI）等时代的发展，因此，为了跟上集成电路的发展节奏，电子封装也在不断的更新换代，从最开始的8脚的双列直插式器件（DIP）,到现在200到300脚的矩阵扁平封装器件（QFC）和球栅阵列（BGA）的表面贴装技术[8]。但是现在集成电路日趋微型化，集成度的迅猛增加，使每个芯片上的热量达到10W以上，使芯片的寿命急剧下降。一般来说，温度每提高10摄氏度，Si半导体芯片的失效度是原来的2～3倍。另外，随着核工业以及一些恶劣环境的工业的发展，对芯片的防辐射、耐腐蚀、耐强光等等方面的要求日趋变强。由此，需要更好的散热效率的电路以及对电路的更强的保护，也就是对电路进行合理的封装。而其中电子封装的新型材料的发展成为重中之重。

2003年，全球封装材料销售总额达到79亿美元，其中塑封料的销售额达到12.5亿美元，占总销售额15%，远超其他封装材，到2008年，全球封装材料销售总额达到120亿美元，年增长率高达20%[9]。电子封装技术以及材料的应用日趋广泛，也成为未来经济发展的新的重要发展点。而占整个电子密封材料的90%的以环氧树脂为首的塑料封装材料无疑成为总专家和工程师首要研究以及应用的对象。更有科学家发现：当今的新型电子封装的迅速发展是基于苯并恶嗪、环氧树脂、酚醛树脂的三元系统[10]，可见塑料封装的重要性。材料塑料封装材料具有几大性能：材料纯度高、与器件及引线框架的粘附性好、吸水性低、流动性好等等[11]。塑料基封装材料成本低、工艺，在电子封装材料用量最大、发展最快，是实现目前电子技术微型化、轻型化和低成本的一类重要封装材料。

作此选题的主要目的：

由于西南科技大学制造学院的应用研究需求，结合课堂所学以及课外涉猎的有关机械、材料、计算机、化学的专业知识，完成对电子封装材料（环氧树脂）力学性能随温度变化理论研究。相信从本次的研究中，能学会薄膜基体系统的相关原理和工程应用，并获得电子封装材料的力学性能随温度的变化规律。并学会ansys有限元分析软件的基本分析方法和模拟仿真，以及对结果进行设计初步实验。从而对所得结果进行进一步论证。希望对学院的相关研究有些许帮助。

作此选题的意义：

电子封装材料做为当今发展最迅猛的电子行业的伴生产业，其重要程度不言而喻。21世纪后，全球进入电子信息时代，上至当今最高端的隐形战机等军事武器，下至人们广泛使用的手机电脑，无处不体现电子集成电路的应用广泛。而且现在的科学技术越来越发达，人们对各类事物的要求也变得越来越高，其中对微轻型化、低成本、多功能这三方面尤为看重。从而对电路要求也越发严格，因此，对电路起保护作用的电子封装的发展显得相当重要。制约电子元件本身寿命的首要问题即为散热问题，因此，研究起保护作用的电子封装材料的力学性能随温度变化的规律具有重要意义。

本课题是利用新型的薄膜基体系统的相关原理，建立和本研究相关的力学理论模型，并利用相关的有限元分析软件对相关过程以及结果进行仿真，以便与理论研究相比较。因MEMS的近几年广受各国重视，研究薄膜基体系统的相关理论也变得尤为重要。另外，本次通过自身学习和同学相互协作，以及指导老师的辛勤教导和学校提供文献资料以至于完成研究，希望对学院的相关研究以及其他相关研究有所帮助。

参考文献：

〔1〕

刘志伟；薄膜基体系统界面裂纹及翘曲问题的研究；硕士学位论文，哈尔滨工程大学，2008年5月

P

1-8

〔2〕

郑伟涛；《薄膜材料与薄膜技术》；北京：化学工业出版社；2003年11月

〔3〕

Jin

Haeng

Lee,Dongkyu

Lim,Hongchul

Hyun,Hyungyil

Lee;A

numerical

approach

to

indentation

technique

to

evaluate

material

properties

of

film-on-substrate

systems;International

Journal

of

Solids

and

Structures,Volume

49,Issues

7–8,April

2012,Pages

1033-1043

〔4〕

王勇军；薄膜基体系统温度影响下力学性能的研究；硕士学位论文，西北工业大学；2007年3月，P

1-4

〔5〕

孙立宁，周兆英，龚振邦；MEMS国内外发展状况及我国MEMS发展战略的思考；机器人技术与应用，2002年第1期,P

1-4

〔6〕

H.B.

Muhammad,C.M.

Oddo,L.

Beccai,C.

Recchiuto,C.J.

Anthony,M.J.

Adams,M.C.

Carrozza,D.W.L.

Hukins,M.C.L.

Ward;Development

of

a

bioinspired

MEMS

based

capacitive

tactile

sensor

for

a

robotic

finger;Sensors

and

Actuators

A:

Physical,Volume

165,Issue

2,February

2011,Pages

221-229

〔7〕

张东波，魏悦广；薄膜/基体的热失配致界面层裂研究；损伤、断裂与微纳米力学进展，2009年8月，北京：清华大学出版社，P39-4

〔8〕

张海坡，阮建明；电子封装材料及其技术发展状况；粉末冶金材料科学与工程，第8卷，第3期，2003年9月

P

216-222

〔9〕

方明，王爱琴，谢敬佩，王文焱；电子封装材料的研究现状及发展；材料热处理技术，2011年2月

P

84-87

〔10〕

S

Rimdusit,H

Ishida;Development

of

new

class

of

electronic

packaging

materials

based

on

ternary

systems

of

benzoxazine,epoxy,and

phenolic

resins;Polymer,Volume

41,Issue

22,October

2000,Pages

7941-7949

〔11〕

汤涛，张旭，许仲梓；电子封装材料的研究现状及趋势；南京工业大学学报，第32卷，第4期，2010年7月,P105-108

二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程

设计内容：

本课题主要是研究电子封装材料（环氧树脂）力学性能随温度变化的相关规律。其重点是利用新型的薄膜基体系统的相关原理，建立和本研究相关的力学理论模型，并利用相关的有限元分析软件对相关过程以及结果进行仿真，以便与理论研究相比较。并通过所得方法及结果，尝试并尝试制作实验样品，设计实验，并根据实验结果进行数据分析和讨论，最后作出相关结论。

研究思想：

查阅相关资料，学习ANSYS等相关有限元分析软件；熟悉一些有限元分析的基本方法以及模拟仿真方法；对薄膜基体系统进行相关理论分析；建立环氧树脂的相关力学模型；确定相关参数，并进行仿真分析；对其研究结果进行设计实验。

工作流程：

1.

参阅关于薄膜基体系统、电子封装材料等相关书籍及刊物，熟悉相关内容，并记录相关内容以备后用；

2.

学习ANSYS等相关有限元分析软件，了解相关有限元分析的基本方法和模拟仿真，并熟练应用；

3.

确定研究方案；

4.

利用薄膜基体系统的相关原理，对电子封装材料（环氧树脂）的力学性能进行系统分析，并建立相关的力学模型，从而探究其随温度变化的相关规律；

5.

利用有限元分析的方法与设计计算结果进行对比分析，并做一系列的仿真模拟实验，确定各参数计算结果正确与否；

6.

结合以上成果，尝试制作相关实验样品，并设计相关实验，并根据实验结果进行数据分析和讨论，最后作出相关结论；

7.

撰写研究任务书。

三、毕业设计（论文）工作进度安排

具体安排如下：

（1）

第1-2周，毕业实习，熟悉题目内容要求、收集资料，学习ANSYS、MATLAB等相关有限元分析软件，完成毕业实习报告；

（2）

第3-4周，根据收集的资料做开题报告，并及时与导师进行沟通和交流；

（3）

第5-10周，查阅膜基系统的相关理论与方法，建立和本研究相关的力学理论模型，进行有限元仿真，并尝试制作实验样品，设计实验，并根据实验结果进行数据分析和讨论，最后作出相关结论。；

（4）

第11-14周，完成剩余工作，交导师全面审查，进行修改。

（5）

第15周，完成修改，并再次交导师全面审查，进行修改完善并交评阅教师进行评阅，参加预答辩。

（6）

第16周完成毕业论文。进行打印、刻录光盘，准备答辩工作。根据安排进行答辩。

指

导

教

师

意

见

指导教师签字___________*年*月*日

院

系

毕

业

设

计

领

导

小

组

审

核

意

见

难

度

综合训

练程度

是否隶属科研项目

教学院长（公章）___________*年*月*日

备注：1、题目类型分为：

理论研究、应用研究、设计开发和其它。

2、题目难度分为：

A、B、C、D四个等级。

3、综合训练程度分为：

A、B、C三个等级。