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封装器件本质上是多材料的组合体。在制造过程中不同材料间的匹配性差是引起封装器件热机械失效的主要原因之一。本文主要对封装器件由材料匹配性差引起的界面层裂问题开展研究,具体研究了环氧模塑封材料(EMC)与铜引线框架构成的界面。通过实验与数值模拟相结合的方法建立了界面属性与加载模式、温度之间的关系,利用有限元法证明了界面参数计算方法和内聚力法分析方法的正确性和可靠性,并利用有限元法分析了界面参数对层裂模拟结果的影响,基于计算获得的界面参数结合内聚力法预测了封装器件的界面层裂。研究的内容主要包括以下几个方面: (1)层裂断裂实验。介绍了适合测试小尺寸、多温度、多种加载模式的断裂实验装置-改善型的复合模式弯曲(MMMBT);测试了由EMC与铜引线框架构成的样品在四种加载模式下的层裂实验;建立了界面属性与加载模式之间的关系。 (2)临界能量释放率GC计算。根据能量释放率G作为界面层裂扩展的判据,应用J积分计算了四种加载模式下G值;通过裂纹表面位移外推法(CSDEM)建立了G与加载模式之间的关系,基于此推导出了纯拉模式(Mode I)和纯剪切模式(Mode II)的G值。 (3)内聚力法层裂模拟。介绍了双线性内聚力法则,依据相关计算方法确定了界面层裂模拟的界面其他相关参数-界面刚度值(K)和界面强度值(σ);应用内聚力法模拟再现了MMMBT层裂实验,系统性的分析了界面参数对模拟结果的影响程度;基于二维和三维的模拟结果,证明了界面参数计算方法和内聚力模拟方法的准确性和可靠性。 (4)封装器件层裂预测。对封装器件进行了175℃到-65℃的降温实验,利用超声波扫描仪(SAM)和横切面实验(X-section)确定了层裂出现的部位;基于MMMBT实验装置和相关界面参数计算方法建立了G与温度之间的关系;利用内聚力法预测了封装器件层裂的起始位置和层裂扩展的过程,预测结果与实验结果近似。