硕士学位论文-pcb板激光直接成形温度场模拟研究

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1、分类号：密级：天津理工大学研究生学位论文PCB板激光直接成形温度场模拟研究（申请工程硕士学位）工程领域：机械设计及理论作者姓名：郑国平指导教师：杨秀萍2014年4月TemperaturefieldsimulationstudyofLaserDirectformingforPCBByGardnerZhengSupervisorXiuPingYang2014-04独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津理工

2、大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津理工大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要激光最初的中

3、文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激辐射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程，激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激辐射”改称“激光”。激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利用激光束投

4、射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光激光、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。激光加工PCB板时，激光照射材料表面，材料吸收热量至发生强烈的相变，由固态——液态——气态，热能增加，使金属蒸气以较高的压力从液相的底部猛烈喷出，并携带着液相材料一起喷，形成火花溅射。加热停止，液态金属重新凝固，在材料表面形成再熔层。在这个过程中，对材料被激光照射点周围的温度分析，有利于控制激光能量和移动速度改善加工效

5、果，避免由于热变形等原因会造成PCB板发生翘曲。它受到线膨胀系数、热容量等物性的影响。就加工形状来说，纵横比越大，翘曲量就越大。本文在总结前人工作的基础上，采用CAE技术对激光直接成形PCB板过程的温度场进行数值模拟分析。首先使用有限元分析软件ANSYS绘制PCB板的二维模型，按加工路径划分有限元网格。根据不同材料特性随温度变化的特点，对PCB板表层的铜箔和基材在激光加工过程中的温度场进行分析，得到温度随时间变化的分布云图和温度梯度分布云图，以此了解激光加工的动态过程。本文首先对有限元分析方法、激光加工过程有限元分析方法进行了阐述。给出了各种

6、激光的热源数学模型、高速移动热源的解析解、激光热传导的解析方法。本文考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度的变化，选取适当的计算时间步长，选取高斯函数分布的热源模型，并利用Ansys软件实现激光热源的模拟移动加载。最后通过后处理，给出了激光温度场的动态变化图。对不同时刻的PCB板的温度场分布情况以及不同点的热循环曲线进行分析，比较了不同激光速度、激光热源、激光功率、激光脉冲宽度下的温度场分布。得出各种激光参数对激光照射区及热影响区的影响，为激光加工PCB板工艺改进提供了重要的依据。本文建立了可行的激光加工过程二维温度场的动态模拟分析方法，为优

7、化激光加工工艺和激光参数，提供了理论依据和指导。关键词：CAE有限元PCB激光加工路径温度场AbstractThefirstChineselaseriscalled"镭射","莱塞",itistheEnglishnameLASER,isanacronymforLightAmplificationbyStimulatedEmissionfromEnglishofthewordRadiationconsistingoftheheadofaletter.Means"lightamplificationbystimulatedemissionofra

8、diation".ThefullnameoflaserEnglishhasfullyexpressedthemainprocessmanufacturinglase