Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect

Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect

The residual thermal stresses induced by the high-temperature sintering process in multilayer ceramic capacitors (MLCCs) are investigated by using a finite element unit cell model, in which the strain gradient effect is considered. The numerical results show that the residual thermal stresses depend...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:Прикладная механика
Datum:2013
Hauptverfasser: Jiang, W.G., Xiong, C.A., Wu, X.G.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Інститут механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України 2013
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87922
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect / W.G. Jiang, C.A. Xiong, X.G. Wu // Прикладная механика. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 132-140. — Бібліогр.: 15 назв. — англ.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87922
record_format dspace
spelling Jiang, W.G.
Xiong, C.A.
Wu, X.G.
2015-10-29T19:24:11Z
2015-10-29T19:24:11Z
2013
Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect / W.G. Jiang, C.A. Xiong, X.G. Wu // Прикладная механика. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 132-140. — Бібліогр.: 15 назв. — англ.
0032-8243
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87922
The residual thermal stresses induced by the high-temperature sintering process in multilayer ceramic capacitors (MLCCs) are investigated by using a finite element unit cell model, in which the strain gradient effect is considered. The numerical results show that the residual thermal stresses depend on the lateral margin length, the thickness ratio of the dielectrics layer to the electrode layer, and the MLCC size. At a given thickness ratio, as the MLCC size is scaled down, the peak shear stress reduces significantly and the normal stresses along the length and thickness directions change slightly with the decrease in the ceramic layer thickness td as td >1 μm, but as td <1 μm, the normal stress components increase sharply with the increase in td. Thus, the residual thermal stresses induced by the sintering process exhibit strong size effects and, therefore, the strain gradient effect should be taken into account in the design and evaluation of MLCC devices.
Розглянуто задачу про залишкові температурні напруження в багатошарових керамічних конденсаторах, викликані високотемпературним процесом спікання. Застосовано модель одиничної чарунки в методі скінченних елементів, де враховано вплив градієнта деформацій. Отримані числові результати показують, що залишкові температурні напруження залежать від довжини поздовжнього краю, відношення товщини діелектричних шарів до товщини електродних шарів і розміру конденсатора. При заданому відношенні товщин, коли розмір конденсатора зменшується, то найвищі зсувні напруження зменшуються суттєво і нормальні напруження вздовж довжини та в напрямку зміни товщини змінюються незначно зі зменшенням товщини керамічного шару до величини, меншої 1 мікрона. Коли ця величина є більшою 1 мікрона, то нормальні напруження зростають різко зі збільшенням товщини керамічного шару. Таким чином, залишкові температурні напруження, викликані високотемпературним процесом спікання, виявляють сильний вплив розміру конденсатора і тому вплив градієнта деформації повинен братися до уваги в процесі створення і оцінювання роботи багатошарових керамічних конденсаторів.
This work was supported by the National Science Foundation of China (10902048), the Foundation of Jiangxi Educational Committee (GJJ08229) and the Natural Science Foundation of Jiangxi Province (2008GZW0010). The first author would appreciate the excellent advice from Dr. S. Qu.
ru
Інститут механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України
Прикладная механика
Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect
spellingShingle Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect
Jiang, W.G.
Xiong, C.A.
Wu, X.G.
title_short Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect
title_full Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect
title_fullStr Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect
title_full_unstemmed Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect
title_sort size dependence of residual thermal stresses in micro multilayer ceramic capacitors by using finite element unit cell model including strain gradient effect
author Jiang, W.G.
Xiong, C.A.
Wu, X.G.
author_facet Jiang, W.G.
Xiong, C.A.
Wu, X.G.
publishDate 2013
language Russian
container_title Прикладная механика
publisher Інститут механіки ім. С.П. Тимошенка НАН України
format Article
description The residual thermal stresses induced by the high-temperature sintering process in multilayer ceramic capacitors (MLCCs) are investigated by using a finite element unit cell model, in which the strain gradient effect is considered. The numerical results show that the residual thermal stresses depend on the lateral margin length, the thickness ratio of the dielectrics layer to the electrode layer, and the MLCC size. At a given thickness ratio, as the MLCC size is scaled down, the peak shear stress reduces significantly and the normal stresses along the length and thickness directions change slightly with the decrease in the ceramic layer thickness td as td >1 μm, but as td <1 μm, the normal stress components increase sharply with the increase in td. Thus, the residual thermal stresses induced by the sintering process exhibit strong size effects and, therefore, the strain gradient effect should be taken into account in the design and evaluation of MLCC devices. Розглянуто задачу про залишкові температурні напруження в багатошарових керамічних конденсаторах, викликані високотемпературним процесом спікання. Застосовано модель одиничної чарунки в методі скінченних елементів, де враховано вплив градієнта деформацій. Отримані числові результати показують, що залишкові температурні напруження залежать від довжини поздовжнього краю, відношення товщини діелектричних шарів до товщини електродних шарів і розміру конденсатора. При заданому відношенні товщин, коли розмір конденсатора зменшується, то найвищі зсувні напруження зменшуються суттєво і нормальні напруження вздовж довжини та в напрямку зміни товщини змінюються незначно зі зменшенням товщини керамічного шару до величини, меншої 1 мікрона. Коли ця величина є більшою 1 мікрона, то нормальні напруження зростають різко зі збільшенням товщини керамічного шару. Таким чином, залишкові температурні напруження, викликані високотемпературним процесом спікання, виявляють сильний вплив розміру конденсатора і тому вплив градієнта деформації повинен братися до уваги в процесі створення і оцінювання роботи багатошарових керамічних конденсаторів.
issn 0032-8243
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87922
citation_txt Size Dependence of Residual Thermal Stresses in Micro Multilayer Ceramic Capacitors by Using Finite Element Unit Cell Model Including Strain Gradient Effect / W.G. Jiang, C.A. Xiong, X.G. Wu // Прикладная механика. — 2013. — Т. 49, № 6. — С. 132-140. — Бібліогр.: 15 назв. — англ.
work_keys_str_mv AT jiangwg sizedependenceofresidualthermalstressesinmicromultilayerceramiccapacitorsbyusingfiniteelementunitcellmodelincludingstraingradienteffect
AT xiongca sizedependenceofresidualthermalstressesinmicromultilayerceramiccapacitorsbyusingfiniteelementunitcellmodelincludingstraingradienteffect
AT wuxg sizedependenceofresidualthermalstressesinmicromultilayerceramiccapacitorsbyusingfiniteelementunitcellmodelincludingstraingradienteffect
first_indexed 2025-12-07T18:08:32Z
last_indexed 2025-12-07T18:08:32Z
_version_ 1850873911488544768

Ähnliche Einträge