随着社会的发展,微电子器件被各行各业广泛应用。然而,在运输、使用过程中,微电子器件不可避免地会受到各种各样的硬碰撞、高强度冲击,甚至是高加速度值冲击,从而使微电子器件受到不同程度的损坏。因此,有一个问题亟待解决:如何在高加速度值冲击环境下,防护微电子器件不受损坏。截止到目前,国内外学者对此问题进行了大量研究,但仍存在以下几个问题:首先,高g值冲击环境的模拟不完善。目前,关于模拟高g值冲击环境的试验装置主要有冲击试验机、Hopkinson压杆、马歇特落锤和空气炮。但这四种试验装置存在高精度测量难以实现,占地面积大,危险性大等问题。其次,缺乏对冲击试验仪调节冲击加速度方法的系统研究。虽然国内外学者对以上四种装置都进行了深入研究,但是针对冲击试验仪调节冲击加速度的方法,尚未有人进行系统研究。最后,纺织材料防护微电子器件尚是个研究盲区。高g值冲击环境下微电子器件的防护材料多采用金属材料尤其是泡沫铝,而泡沫铝作为防护材料存在价格昂贵、加工难度大等问题。纺织材料,尤其是广泛应用于航空航天、国防兵器、防弹装备等各个领域的高性能纺织材料,用于微电子器件防护,具有低密度、高强度、耐冲击、耐高温等优点,应用前景广阔。基于此背景,本文自主搭建了高加速度冲击试验仪,该冲击试验仪空间体积小,控制精度高,操作方便安全;研究并提出冲击试验仪冲击加速度的调节方法,该方法不仅适用于本台试验仪,也适用于原理相似的其他试验仪;以石英表表芯作为受防护的微电子器件,初步研究部分纺织及相关材料在高g值冲击环境下的隔冲性能及石英表表芯在此类材料防护下的抗冲击特性,为高g值冲击环境下微电子器件的防护研究提供了新思路。本课题主要研究内容涉及以下4个方面:(1)高加速度冲击试验仪的自主搭建。所设计与搭建的试验仪,主要由门型机架、冲击舱体发射装置、冲击加速度调节器、可移动冲击舱体冲击力承载台、冲击舱体定位夹持机构、冲击舱体测速装置以及数据采集系统7个部分组成。实验开始前先行对试验仪的冲击速度进行标定,得到冲击速度-弹簧压力拟合关系式:y=333.7x-166.8(其中,x为冲击速度(单位:m/s);y为弹簧压力(单位:N));经对试验仪冲击速度测量表明:该冲击试验仪冲击速度稳定,测速机构具有较高的精确度。(2)高加速度冲击试验仪冲击加速度调节方法的系统探讨。经试验,提出影响试验仪冲击加速度的两个主要因素:冲击速度和冲击加速度调节器材料(衬垫材料);针对一些特定的衬垫材料,在测试其弹性压缩模量的同时,测试同一冲击速度下不同衬垫材料所产生的冲击加速度值,探讨特定的衬垫材料弹性压缩模量对冲击加速度的影响。与此同时,测试同一衬垫材料下不同冲击速度所产生的不同冲击加速度值,探讨冲击速度对冲击加速度的影响。结果表明:相同冲击速度,冲击加速度与衬垫材料弹性压缩模量呈正相关;相同衬垫材料,冲击加速度与冲击速度呈正相关。(3)测试并研究部分纺织及相关材料的粘弹性、刚度对其隔冲性能的影响,初探了这些材料对微电子器件防护效果。提出影响材料隔冲性能的主要因素:材料的自身性能和结构。测试了相应材料的弹性压缩模量、阻尼比和刚度,获得其粘弹比。在2000g加速度冲击环境下,测试这些材料的隔冲性能和对石英表表芯的冲击防护效果。结果表明:在刚度为100000N/m到350000N/m之间,经编间隔织物隔冲效果随着刚度的增加而递减;在粘弹比为12到80之间,经编间隔织物隔冲效果随着粘弹比的增加而递增;2号、3号、4号和7号经编间隔织物能够有效防护石英表表芯,而羊毛毡与丁基橡胶则不能有效防护石英表表芯。(4)借助Abaqus有限元软件对相同冲击速度下,冲击舱体冲击不同弹性压缩模量衬垫材料的冲击过程进行数值模拟与分析,验证衬垫材料弹性压缩模量与冲击加速度呈正相关这一结论的正确性,并预测不同弹性压缩模量的衬垫材料在此冲击速度下对应的冲击加速度值。