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在微电子封装器件或微系统中,几乎都是层状的;而且,随着芯片集成度的增加和机械应力的影响,界面层裂问题就成为微电子封装器件失效的主要原因之一。对于界面层裂,通常都是采用裂纹尖端临界能量释放率(界面强度)来预测裂纹的扩展,由于界面强度依赖于界面的受力模式,一般的拉伸、弯曲受力测试是比较容易的,而复合模式的受力测试就比较困难了。而在绝大部分电子封装器件中,界面所受的机械应力都是复合模式的。针对这种情况,设计一种新颖的复合模式受力的界面强度测试装置,用来测量界面在复合受力下的界面强度,以便为界面层裂的预测提供实验依据,进而改善仿真模型的计算精度,更好的预测界面层裂的发展规律。具体的内容包括以下几个方面: 1、对双材料界面层裂所涉及的基本力学理论进行分析;通过对各种测试模式进行分析,综合它们的优缺点,设计出一种新颖的复合模式测试方法,此方法是由双悬臂梁(DCB,模式Ⅰ)测试、末端加载剪切(ELS,模式Ⅱ)测试和单腿弯曲(SLB,模式Ⅱ)测试组合而成。对实验装置进行机械结构设计,包括绘制图纸在内;并制作实验装置。 2、制作测试试样,装配和调试实验装置,将其安装到电子万能材料试验机上,然后进行实验,通过改变加载臂长L的大小来实现试样界面裂纹尖端的受力模式,实验分别测定试样在模式I、模式II及复合模式下裂纹扩展期间的裂纹长度及其对应的加载载荷和位移。最后对装置进行误差分析,并采用滞后循环曲线对装置摩擦力进行校核。 3、建立每种测试模式下与装置测试时的形状和尺寸等同的不同裂纹长度的有限元模型,以此裂纹长度下的载荷和位移为边界条件代入有限元模型中,计算界面裂纹扩展时裂纹尖端的模式角及对应的临界能量释放率,并以模式角为参数,来预测界面强度。 模拟结果表明:装置所测试模式角为7?-78?,几乎覆盖0?到90?之间的应力模式角;而且,在每种测试模式下的模式角有一定的变化,主要趋势是在测试初始阶段,模式角趋向于模式Ⅰ;随着裂纹长度的扩展,模式角逐渐趋于稳定状态。界面强度最小值并不是出现在模式Ⅰ测试,而是在模式角等于30?左右,而后界面强度值会随着界面受力模式角的增大而增大。该装置达到了预期的设计目标,可以用来测量界面在复合受力下的界面强度,为界面层裂的预测提供实验依据。 本文采用了实验测试/有限元数值模拟混合界面强度表征技术,为以后将此方法应用到具体的电子封装器件中对界面强度进行预测提供了一定的实验依据和参考意义。