光伏组件机械载荷试验及数值模拟研究

利用有限元软件ANSYS,对光伏组件的机械载荷试验进行数值模拟,数值模拟结果与机械载荷试验结果具有很好的一致性.光伏组件数值结果表明,硅片层的应力最大,阐明了硅片层容易产生裂纹的机理.为利用电致发光EL缺陷检测仪检测裂纹、碎片情况和利用功率检测功率变化提供了理论和试验支撑.通过此种方法对其它型号的光伏组件进行数值模拟研究具有广泛的适用性.     

塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应分析(英文)

随着铜互连以及low-k电介质在超大规模集成电路中地广泛使用,low-k电介质的机械完整性及其对互连可靠性变得更加重要。影响介电膜的机械完整性和互连可靠性的因素包括介电膜的工艺制程,芯片与封装材料的相互影响,以及环境温度和湿度的影响。本文研究集中于了解环境温度和湿度对塑封硅器件中介电薄膜的可靠性影响。采用快速温度和湿度实验条件,对塑封硅器件中介电薄膜受水分和温度损伤的敏感性进行了分析。运用商业有限元(FEA)分析软件,对水分在塑封材料和硅器件中的扩散过程进行了建模及仔细分析。并对硅器件周边密封圈的防水分扩散效力进行了研究。通过这一系列实验与分析,对塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应有了完整地了解,并提出和建立了相关的物理模型和经验公式。运用这物理模型和经验公式可对在各种使用环境温度和湿度条件下,塑封硅器件中介电薄膜的可靠性进行评估及分析。     

微结构片外弯曲测试装置及试样设计

硅是微电子机械系统（简称微机电系统）中最常见的功能结构材料,可靠性是制约硅微构件小尺度加工和大规模制造的瓶颈问题．为研究硅微构件的力学特性,本文开发了一套以压电驱动、微力测量、位移检测为核心组件的片外测试系统．设计了一种将四个弯曲测试梁集于一体的微结构,借助有限元方法确定其尺寸,并用理论方法验证有限元分析的合理性．本文着重确保了四个关键设计目标：一、每根测试梁最大应力应位于其与外框架结合处;二、未断裂测试梁的最大应力受其他梁的断裂的影响应足够小;三、各个测试梁的最大应力的差别应足够小;四、支撑梁的最大应力应明显小于测试梁．最后测试了试样的弯曲强度,实验加载曲线和有限元分析基本吻合,表明测试装置和试样设计是合理的,为后续的硅微构件可靠性测试奠定了基础．     

塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应分析

随着铜互连以及 low-k电介质在超大规模集成电路中地广泛使用,low-k电介质的机械完整性及其对互连可靠性变得更加重要. 影响介电膜的机械完整性和互连可靠性的因素包括介电膜的工艺制程, 芯片与封装材料的相互影响, 以及环境温度和湿度的影响.本文研究集中于了解环境温度和湿度对塑封硅器件中介电薄膜的可靠性影响. 采用快速温度和湿度实验条件,对塑封硅器件中介电薄膜受水分和温度损伤的敏感性进行了分析. 运用商业有限元(FEA)分析软件, 对水分在塑封材料和硅器件中的扩散过程进行了建模及仔细分析. 并对硅器件周边密封圈的防水分扩散效力进行了研究. 通过这一系列实验与分析,对塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应有了完整地了解,并提出和建立了相关的物理模型和经验公式.运用这物理模型和经验公式可对在各种使用环境温度和湿度条件下,塑封硅器件中介电薄膜的可靠性进行评估及分析.     

塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应分析

随着铜互连以及low-k电介质在超大规模集成电路中地广泛使用，low-k电介质的机械完整性及其对互连可靠性变得更加重要。影响介电膜的机械完整性和互连可靠性的因素包括介电膜的工艺制程，芯片与封装材料的相互影响，以及环境温度和湿度的影响。本文研究集中于了解环境温度和湿度对塑封硅器件中介电薄膜的可靠性影响。采用快速温度和湿度实验条件，对塑封硅器件中介电薄膜受水分和温度损伤的敏感性进行了分析。运用商业有限元（FEA）分析软件，对水分在塑封材料和硅器件中的扩散过程进行了建模及仔细分析。并对硅器件周边密封圈的防水分扩散效力进行了研究。通过这一系列实验与分析，对塑封硅器件中介电薄膜的温湿效应有了完整地了解，并提出和建立了相关的物理模型和经验公式。运用这物理模型和经验公式可对在各种使用环境温度和湿度条件下，塑封硅器件中介电薄膜的可靠性进行评估及分析。     

振动轮式硅微陀螺仪检测轴的闭环特性

研究了振动轮式硅微陀螺仪敏感结构的谐振特性,重点进行了检测轴的闭环控制系统分析和测试。通过对不同气压条件下检测轴谐振特性的研究及驱动轴和检测轴谐振频率匹配的试验,分析了静电力反馈控制系统中的变刚度问题,进行了硅微陀螺仪检测轴的闭环控制系统设计,给出了检测轴闭环控制系统的原理框图和传递函数,同时分析了闭环条件下驱动轴回路和检测轴回路各部分的相位关系以及正交分量的消除方法。试验结果表明闲环控制提高了硅微陀螺仪的精度指标。     

云纹干涉法现场测量技术及其在微电子封装中的应用

本文研制了多功能微观云纹干涉仪系统.该系统可以现场测量电子封装组件热疲劳、热湿耦合、热载荷引起的变形,被应用于电子封装组件的可靠性分析中.由现场云纹干涉技术测得的疲劳寿命与加速热循环实验的结果相吻合.本系统还被应用于铜焊点的断裂行为分析中.实验证明本系统可以测量多层结构材料的应力强度因子、应变能释放率以及位相角.     

砼受压全过程声发射b值与分形维数的研究

声发射ｂ值反映了材料内部微裂缝发展。本文在ＭＴＳ试验系统进行砼受压全过程实验同时，检测了硅声发射的幅值和事件数变化，并根据实验结果对ｂ值进行了研究。研究表明：在应力－应变全曲线峰值处ｂ值最小。此外，还根据分形理论对砼受压全过程分形维数进行了研究。     

屋面光伏板风荷载特性数值分析

风荷载在屋面光伏阵列结构体系设计中起控制作用。采用计算风工程的方法分析讨论了屋面光伏板的风荷载特性。数值算法采用分离涡模拟方法。数值计算结果与现有风洞实验数据的比较,验证了本文方法的正确性。考虑影响光伏板风荷载的因素主要有光伏板在屋面上的安装位置、安装倾角、光伏阵列之间的距离和风向等。计算结果表明,屋面处脱落的涡对安装在不同位置的光伏阵列风荷载的影响较明显。当倾角由15°增加到45°时,电池板受到的风荷载随着倾角的增加而增大。在一定阵列间距范围内,光伏板风荷载主要表现为前排对下游光伏板的遮挡影响。本文方法与结果能为屋面光伏建筑结构设计提供重要参考。     

一种双质量硅微陀螺仪

双质量块结构形式的硅微陀螺仪能够有效消除轴向加速度等共模干扰的影响。利用结构解耦方法设计了一种新型的双质量双线振动式硅微机械陀螺仪。依据双质量硅微陀螺的结构和工作原理,通过简化的动力学方程,对该陀螺的驱动和检测模态进行了理论分析,并利用Ansys有限元软件对陀螺的驱动和检测模态进行了数值仿真。仿真结果表明,该陀螺结构设计能够实现驱动和检测模态的完全解耦,从而验证了设计思想的正确性。通过仿真,得到了驱动和检测模态的仿真频率值。在对微陀螺加工所采用的加工工艺进行简单介绍后,对加工出的硅微机械陀螺仪样品的模态频率值进行了电路测试。由于加工误差的存在,实验得到的驱动和检测频率值与仿真设计值存在1.6%的误差。最后在转台上对样品的标度因数进行了测定,得到了该双质量硅微陀螺仪的标度因数为2.518mV/((°)?s-1)。     

基于DIC方法的残余应力快速测量系统

结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法与钻孔法,开发了残余应力快速测量系统。该系统可分为两部分:适用于现场测量的便携式机械系统与针对残余应力测量而改进的基于DIC算法的程序。在四点弯曲加载平台上对工件进行载荷释放前后的残余应力测量试验,通过与应变片测量结果进行对比,该残余应力测量系统的精度达到了应变片测量的同等精度。同时,该测量系统解决了传统应变片测量系统对心误差大、操作繁琐、效率低和测量结果稳定性差等问题,具有较高的工程应用价值。     

基于FPGA内部自激振荡与温度相关性的温度传感器

温度是IMU及其他导航器件等精密仪器中需要监测的重要参数,传统的温度监测一般使用热电偶或者数字温度传感器(如DS18B20)等,监测程序复杂,功耗高,因此使用精密仪器中广泛采用的FPGA芯片独立完成高集成度、低功耗温度监测具有重要意义。在FPGA中通过搭建环形振荡器产生了自激振荡信号,该信号周期与FPGA芯片温度具有正相关性,通过对振荡信号周期的检测完成了对温度的监测,设计了一种以FPGA芯片同时作为敏感头和处理模块的温度传感器。通过对Xilinx Virtex-2系列FPGA芯片进行实验,得到该传感器在-40℃⁺60℃的范围内具有优于0.1℃的分辨率,优于0.5℃的检测精度,满足一般温度监测需要。实验表明该传感器具有功耗低、集成度高、可靠性好等优点。     

锗硅缓冲双轴应变硅材料ε-Si/Ge_(0.3)Si_(0.7)/Ge_xSi_(1-x)/C-Si内部残余应力的显微拉曼实验分析

应变硅技术是一种被称为延续摩尔定律的技术,是集成微电子技术的热点之一。本文以锗硅缓冲双轴应变硅材料(ε-Si/Ge_(0.3)Si_(0.7)/Ge_xSi_(1-x)/C-Si)为研究对象,采用显微拉曼光谱技术,开展了该多层半导体异质结构内部残余应力的实验力学分析。这是面向多层结构残余应力与表/界面力学行为的多尺度实验力学分析,本文首先简述了该应变硅的制造工艺和超低粗糙度横截面样品的加工方法,并推导了针对锗硅合金拉曼-力学测量修正关系,进而对应变硅样品的表面和横截面进行了显微拉曼力学测量实验,给出了多层异质结构内部的残余应力分布,并以此为基础讨论了多层界面的力学行为。     

双质量解耦硅微陀螺仪的非理想解耦特性研究和性能测试

为了分析双质量解耦硅微陀螺结构中的机械耦合误差,对微陀螺结构的非理想解耦特性进行了研究。首先,阐述了双质量解耦硅微陀螺仪的结构原理,推导了双质量解耦硅微陀螺仪的检测位移;接着构建检测框架在驱动模态下非理想的解耦模型,推导了由非理想解耦导致检测框架的平动位移与转动位移的公式;然后进行了结构非理想解耦特性仿真分析,对驱动模态时检测框架和检测模态时驱动框架的非理想运动特性进行仿真,结果表明检测框架的残余平动位移达到驱动位移的0.86%,最大转动残余位移达到了驱动位移的2.7%,而驱动框架的平动残余位移达到了检测位移的1.36%,转动残余位移达到了检测位移的0.87%;最后,对加工的双质量解耦硅微陀螺结构芯片的非理想解耦误差进行了测量,结果表明非真空封装下的正交误差达到158.65(o)/s,失调误差为19.03(o)/s,偏置稳定性达到12.01(o)/h。     

基于内聚力模型法PBGA封装焊点/IMC界面的分层开裂研究

塑料球栅阵列封装PBGA的可靠性分析中,考虑封装过程中SnAgCu焊料与铜焊盘界面间产生的金属间化合物（Intermetallic compound,IMC）的影响,并引入内聚力模型（Cohesive zone model, CZM）,利用ANSYS对热循环作用下焊点/IMC界面的脱层开裂情况进行研究。结果表明：热循环作用下,在封装器件中焊点承受较大的应力应变,且远离中心的外侧焊点具有比内侧焊点更大的应力应变。IMC的存在极大的降低了焊点的可靠性。界面分层最先发生在最外侧的IMC/焊点界面的两端,随着热循环次数的增加,分层逐渐沿着界面两端向里扩展。在热循环的前几个阶段,各个界面的最大损伤值增大较快,随着热循环的继续加载,界面最大损伤值逐渐趋于稳定。整个过程中四号焊点界面的损伤值始终最大。     

用内聚力模型研究PBGA封装焊点/IMC界面的分层开裂

塑料球栅阵列封装PBGA的可靠性分析中,考虑封装过程中SnAgCu焊料与铜焊盘界面间产生的金属间化合物(Intermetallic compound,IMC)的影响,并引入内聚力模型(Cohesive zone model,CZM),利用ANSYS对热循环作用下焊点/IMC界面的脱层开裂情况进行研究.结果表明:热循环作用下,在封装器件中焊点承受较大的应力应变,且远离中心的外侧焊点具有比内侧焊点更大的应力应变.IMC的存在极大的降低了焊点的可靠性.界面分层最先发生在最外侧的IMC/焊点界面的两端,随着热循环次数的增加,分层逐渐沿着界面两端向里扩展.在热循环的前几个阶段,各个界面的最大损伤值增大较快,随着热循环的继续加载,界面最大损伤值逐渐趋于稳定.整个过程中四号焊点界面的损伤值始终最大.     

双向应力状态下铝硅合金ZL105塑性行为的实验研究

本文对典型的拉、压性能不同的金属材料铝硅合金ZL105的塑性行为,屈服、强化、体积变化和流动特性,在双向应力状态下进行了全面和系统的实验研究,深入地探讨了影响材料塑性行为的主要因素,得出了新的结果和重要的结论。实验结果表明,平均应力直接影响材料的塑性行为,平均压应力使材料的韧性增强,而平均拉应力使材料的脆性增强。平均压应力不利于塑性变形的发生,相应平均压应力增大的应力状态,材料的屈服应力提高。与流行的塑性体积膨胀的观点不同,在平均应力是压应力的应力状态下,塑性体积收缩,因此,经典的正交准则不再适宜描述该材料的流动性质。材料的强化性质明显地依赖于应力状态。     

基于电容检测接口ASIC的闭环微机械加速度计

对于采用微传感器和接口ASIC两芯片方案来实现的电容式微机械加速度计来说,寄生电容是影响其性能的重要因素之一。采用采样电荷结构,设计实现了电容检测接口ASIC电路,该电路具有对寄生电容不敏感的特点,并在0.35-μm CMOS标准工艺下流片实现。基于流片得到的电容检测ASIC样片,以梳齿式硅微传感器为敏感元件,采用滞后比例积分调节器,通过力平衡反馈方案设计实现了一种闭环微机械加速度计。实验结果表明:该闭环微加速度计的灵敏度为650 mV/g,噪声基底为23.17μg Hz。     

集成电路测试技术与应用

通过对IMS公司生产的集成电路测试系统ATS的描述，讨论了集成电路（IC）的测试技术及其在ATS上的应用方法，并以大规模集成电路芯片8255为例，给出一种芯片在该集成电路测试系统上从功能分析到具体测试的使用过程。     

热弹性红外应力图分析方法

本文叙述了红外应力图分析方法的基本原理，国内外研究现状，今后的研究方向，以及该方法的优点和局限性。