芯片封装中引脚微成形的晶体塑性数学建模与有限元分析

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本研究基于NovaPack公司开发的一款采用方型扁平式封装技术的芯片,其引脚材料为超薄CuFe2P金属片。在封装过程中,引脚将通过微加工产生弯曲变形,从芯片的四个侧面引出并呈海鸥翼(L)型。而引脚由微米级厚度的金属片构成,该尺寸下发生的变形与宏观的金属塑性变形有较大差异,即产生了塑性变形的尺寸效应。在引脚的微塑性变形过程中,晶粒大小、位置与取向将产生重要影响,宏观塑性变形的规律和理论不再适用,因此诸多微观力学问题需要新的模型和理论进行解释。本文通过构建引脚的晶粒模型,结合晶体塑性理论,实现引脚微变形过程中晶体塑性力学问题的数学建模和有限元分析,以探究晶粒尺寸和网格单元数量对引脚微观力学性能的影响。本文还创新性地提出了两种弹性回复角的测量方法,尤其是数学图像分析法对于相关的研究提供了便利可靠的解决方案。模拟结果显示,随着单位厚度中晶粒数量增加,晶粒尺寸减小,微塑性变形后的最大应力值和最大真实应变值都缓慢增大,弹性回复前后最大应力值平均降幅达到161MPa,而最大真实应变降幅不显著。而弹性回复角并不是和T/D保持单调变化关系,而是当金属薄片厚度达到一定程度时,弹性回复角才会随着T/D的变小而单调上升此外,较大的单位晶粒内的网格单元数量可以有效地降低应力应变和弹性回复角的计算误差,从而提高计算结果的准确度。由于晶粒划分给计算增加了成倍的复杂度,本研究全程采用集群计算以提高运算效率。该模拟方法不仅适用于芯片引脚,对电子工业中其他微型金属部件的塑性力学问题也有重要参考价值。
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