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电子封装材料低周疲劳损伤行为

电子封装,蠕变,塑性,损伤

为了满足航空航天型号电子器件高可靠服役能力，本实验拟利用配备温度箱的万能力学实验机，对SAC305焊料进行不同应变水平、应变率和室温至100℃宽温度范围的循环加载实验，以及不同温度条件下的拉伸性能测试。利用统一蠕变塑性（UPC）本构模型，以及基于熵增理论的损伤模型，客观地揭示SAC305焊料疲劳损伤机理及其演化规律。在本构行为方面，通过提出耦合蠕变和塑性应变的流动法则，揭示不同温度和不同应变水平下蠕变和塑性变形机理及两者的耦合机理，从而将蠕变塑性变形所产生的非弹性应变统一描述为位错运动所引起的变形，合理反映实验结果中材料在单调拉伸以及疲劳变形下蠕变和塑性变形对温度的依赖特性。通过曲线拟合确定本构模型的所有参数，并利用ABAQUS有限元软件用户子程序（UMAT）进行仿真模拟以验证本构模型的正确性。鉴于封装材料常用的损伤模型尚未澄清疲劳损伤累积的物理机制，且强烈地依赖于材料和荷载类型，因此在损伤行为方面，本文采用了基于熵增理论的损伤模型，不需要曲线拟合过程就可以捕捉封装材料低周疲劳损伤机理。客观描述疲劳寿命预测中，损伤变量参数从0.0到1.0的变化过程，即无损伤初始状态时损伤变量取值为0.0，随着循环次数的增加，损伤变量逐渐增大，并在材料试件破坏前趋近于1.0，从而合理地描述了疲劳变形过程中累积损伤取值及其演化规律。本文主要的创新点是采用熵增而非应力、应变或位移作为材料损伤或性能退化的指标，与所提出的统一蠕变塑性本构模型相互补充，可以合理复现不同温度和应力条件下封装材料本构行为，描述疲劳损伤机理及其演化规律，并测定材料低周疲劳所致损伤变量及其演化规律。