柔性電子多層封裝及粘彈性效應(yīng)分析.pdf

1、柔性電子技術(shù)將基于元晶片的傳統(tǒng)半導(dǎo)體的電學(xué)性能和柔性基底的力學(xué)性能結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了其獨(dú)特的柔韌性和延展性，在很多方面有著廣闊的應(yīng)用前景。本文以非共面薄膜-基底結(jié)構(gòu)(也稱為島-橋結(jié)構(gòu))為研究對(duì)象，結(jié)合理論分析和有限元計(jì)算，從以下三個(gè)方面進(jìn)行了研究分析：
　　 首先，為減小非共面柔性電子結(jié)構(gòu)因封裝而導(dǎo)致的延展性下降，提出一種多層封裝結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)其延展性進(jìn)行了研究。通過對(duì)薄膜上下表面附近采用不同力學(xué)特性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，

2、形成層狀封裝結(jié)構(gòu)。在將薄膜及其上下封裝層簡(jiǎn)化為復(fù)合梁的拉.彎組合變形問題的基礎(chǔ)上，采用有限元法計(jì)算了上下封裝層的厚度、彈性模量等相關(guān)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)整體的延展性的影響。計(jì)算結(jié)果表明：上封裝層彈性模量減小、厚度增加有利于改善延展性；下封裝層的彈性模量適度高于基本封裝材料且厚度合適的情況下可較大幅度提高結(jié)構(gòu)延展性，而若彈性模量過高或厚度過大則可導(dǎo)致延展性的大幅下降。
　　 其次，考慮了柔性電子封裝系統(tǒng)中可能存在的“夾雜”問題，通過建立合理

3、有效的有限元模型，從夾雜剛度、夾雜位置以及封裝方式等三個(gè)方面探討夾雜對(duì)島-橋結(jié)構(gòu)延展性影響。有限元分析結(jié)果表明：隨著夾雜剛度的增大，橋的最大應(yīng)變?cè)龃?，整體結(jié)構(gòu)最大延伸量可減小30％；夾雜埋藏位置越深，橋頂局部的整體應(yīng)變水平越大，最大延伸量可減小20%；相對(duì)“硬”封裝情形，相同的夾雜對(duì)“軟”封裝中橋的最大延伸量的影響更嚴(yán)重。
　　 最后，通過計(jì)入柔性電子中基底與封裝材料的粘彈性性質(zhì)，考察動(dòng)態(tài)拉伸過程中柔性基底及封裝材料(PDMS)

4、的粘彈性性質(zhì)對(duì)薄膜應(yīng)力和變形的影響。采用有限元法分析了多種粘彈性參數(shù)情況、在不同拉伸速率下結(jié)構(gòu)的延展性，結(jié)果表明：一定的總拉伸量下加載速率越大、一定應(yīng)變速率下基底與封裝材料的瞬時(shí)模量(instantaneous modulus)越高，薄膜的應(yīng)力水平越高，結(jié)構(gòu)的極限延展量越小。同時(shí)引入了一個(gè)表征延展性劣化的無量綱參數(shù)，給出了它隨拉伸應(yīng)變率變化的關(guān)系曲線；封裝材料與基底材料在一定應(yīng)變速率范圍內(nèi)的瞬時(shí)模量峰值之比越大，薄膜的最大主應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)得越