激光照射聚合物/金属材料表面的光场分布模拟研究开题报告

 2021-08-14 02:25:15

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着科技不断地进步,也推动着材料产业的进步,对材料的要求越来越趋于精细化,轻量化以及多功能化。近期以来,碳纤维增强等类型的聚合物和金属合金在汽车、航空航天、化工等领域的零部件轻量化设计中的应用逐渐增加。复合化已经成为了新材料的发展趋势之一[1],产生的复合效应具有很大的吸引力,如何让两种或两种以上材料结合并发挥出各自的优势,而能避开各自的缺陷,是一直在探讨的课题,但是材料之间的连接,以及连接之后带来的不好的效果,一直是尚未完美解决的问题[2]。这个问题的解决意味着复合材料将又向前跨出一大步,并且可以带动各个材料领域的同步发展。

在信息化如此发达的社会,得益于小型轻质移动电子设备的不断发展,而覆铜板是这些设备的非常重要的基材,它的性能决定了设备性能,因此它曾被专家美誉为电子信息产业大厦的“地基”。覆铜箔层压板覆铜箔层压板(copper clad laminate,ccl,简称覆铜板)是将增强材料浸以树脂,一面或两面覆以铜箔,经过热压而成的一种板状材料[3]。它是制造印刷电路板(pcb)的基本材料,广泛用在电视机、收音机、电脑、计算机、移动通讯等电子产品。在20世纪初至20世纪40年代,是覆铜板业发展的“萌芽阶段”[5]。这个时期的特点之一是以金属箔蚀刻法为制造印刷电路制造主流的最初期技术得到发展,它为覆铜板的问世起到了驱动作用。20世纪30年代后期英国paul. eisler博士首先提出“印制电路”概念,并制出世界上首块名副其实的印制电路板。1959年美国得克萨斯仪器公司制作出第一块集成电路(ic)以后,由于它的高速发展,对pcb提出了更高组装密度的要求。电子产品的小型化、高性能化使覆铜板技术和生产被推到向着多品种、高性能化方向发展的轨道上,这个时期为覆铜板发展的初期。到90年代初期,欧美日金属化通孔工艺法的多层板制造术、真空压制生产多层板技术、表面安装技术的普及。同时,许多新技术不断实现, 例如以bga、csp为典型代表的有机封装基板;以环氧玻纤布为基材的多层板;具有特殊散热功能的金属基(芯)覆板;聚苯醚(ppe、ppo)树脂高频电路用覆铜板;聚酸亚胺薄膜作为基材的挠性印制电路板(fpc)用基板材料;dbc器件的陶瓷基覆铜板;聚酷下玻纤无织布基覆铜板;适于室温下(25-40 ℃)冲剪加工的酚醛纸基覆铜板;阻燃剂基板材料;银浆贯孔用纸基覆铜板、复合基覆铜板;高耐热性、低介电常数、低热膨胀系数性的覆铜板;氰酸酷树脂、bt树脂(双马来酞亚胺三嗦树脂)结晶性耐热新型热塑性树脂--聚醚醚酮(peek)树脂;带载体极薄铜箔;覆铜板用开纤玻纤布;聚芳酞胺纤维无织布;连续法生产覆铜板技术;运用热油-红外辐射、真空压制、导热油加热、无溶剂上胶等许多新技术的上胶。从20世纪到至今,覆铜板向着高密度互连基板材料发展,随着积层法多层板于20世纪09年代初在日本、美国的出现 ,开创了一个高密度互连(hdi)的多层板制造技术的新时期,电子安装技术以及pcb技术的发展,绝缘层薄型化已成为一种发展趋势,而实现薄型化中遇到来自另一方面的技术难题,即如何在绝缘层趋于薄型化发展下确保耐电压性能及其稳定、均匀性[6],使传统的覆铜板制造技术受到挑战,需要新技术的出现来提高它的性能,来满足要求。

传统技术采用的是热压技术[7],在生产过程中由于铜箔本身缺陷或铜箔在覆铜挤压过程中出现粉尘等原因,生产的覆铜板往往会出现垫痕、划伤、波纹等表面疵点。这些疵点如果不及时发现,最终的pcb 很可能造成短路,接触不良等废品[8]。随着激光技术的快速发展,激光加工也成为重要加工制造技术之一,由于激光具有高亮度(能量高)、高方向性(精确)、单色性(能量均匀)和高相干性(灵活),因此它在加工领域具有许多优势:(1)由于它是无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因此可以实现多种加工的目的;(2)它可以对多种金属、非金属加工,特别是可以加工高硬度、高脆性、及高熔点的材料;(3)激光加工过程中无“刀具”磨损,无“切削力”作用于试件;(4)激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有影响或影响极小;(5)由于激光束易于导向、聚集实现作各方向变换,极易与数控系统配合,对复杂工件进行加工,因此是一种极为灵活的加工方法;(6)使用激光加工,生产效率高,质量可靠,经济效益好,且环保。因此,此种方法对现在目前发展的覆铜板来说,可以作为一种可以尝试的技术,对覆铜板的要求是多层化,小型化,多功能化,精细化[9-10],根据激光加工的特点[11],正好可以达到此种要求。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

使用半导体激光器作为激光光源,照射聚合物/金属材料表面,并通过comsol软件对照射过程中的光场分布进行数值模拟。

2.2研究目标

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3. 研究计划与安排

第1—2周:阅读相关文献,明确研究内容,了解研究所需技术方法,确定实验方案,完成开题报告;

第3—5周: 学习软件基本操作,并对研究对象进行初步建模;

第6—10周:模拟激光照射ep玻璃布/铜箔的光场分布;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 张荻, 张国定, 李志强. 金属基复合材料的现状与发展趋势[j]. 中国材料进展, 2010, 29(4): 1-2.

[2] e rodríguez-vidala, j lambarria, c sorianoa. a combined experimental and numerical approach to the laser joining of hybrid polymer-metal parts[c]. physics procedia, 2014(56): 835-844.

[3] 刘天成. 覆铜板及玻璃纤维布在覆铜板中的应用[c]. 全国玻璃纤维专业情报信息网第三十二次年会暨中国硅酸盐学会玻纤分会会议论文集, 2010: 147-171.

[4] 辜信实. 覆铜板技术[j]. 印制电路信息, 2003(5): 19-23.

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