为降低激光加热面的最高温度，提升热面温度均匀性，提出一种射流冲击强化表面的综合散热方法。引入兼顾散热和流阻特性的综合评价指标performance evaluation factor（PEC）进行数值研究并与传统微槽道散热特性进行了对比分析。结果表明，降低冲击距离会使冲击区边界层变薄，增大横向流动速度，涡心向中心入口处移动，以此提高换热效率，不仅降低了系统最高温度，而且实现了温度均匀性。经过对比发现无量纲射流冲击距离为0.25时PEC最大，因此该系统最适用于激光热源的散热。此外，热应力与应变分析结果表明，在同种材料的屈服极限下，该系统所能承受的激光热流密度明显高于微槽道冷却系统，换热性能更好、适用性更强。

针对大面阵碲镉汞芯片热应力仿真分析过程中计算量与准确性不能兼容的问题，通过在芯片互联区的不同位置引入小规模铟柱阵列建立了耦合热应力的优化仿真模型。借助此模型进行热应力分析，发现在铟柱的上下表面附近区域产生了较大的热应力，同时边缘及角落处的阵列单元内部所产生的热应力更大(最高达22569 MPa)。进一步对芯片的结构进行了优化，获得了最优读出电路及碲锌镉衬底厚度。此外，仿真结果表明，单面铟是热应力较低的铟柱结构，减小铟柱的半径可以进一步减小其内部的热应力。所提出的热应力仿真优化模型为大面阵碲镉汞芯片内部的热应力分析提供了更准确有效的分析方法以及器件设计方面的理论指导。

针对采用10号钢为基材的K1-5型外壳的芯片裂纹问题, 对其共晶应力进行了仿真, 并尝试对工艺过程进行仿真优化。结果表明, 无论采用何种缓慢或快速的散热方式, 都不能从根本上改变10号钢与Si芯片因热膨胀系数的巨大差异而导致的热应力。通过比较三种不同的管壳材料可知, 以可伐材料为基体的K1-5管壳的共晶热应力最低, 为316 MPa, 而以10号钢为基体的热应力最高, 为19 800 MPa, 远远超出了硅芯片的极限断裂强度544 MPa。根据应力的基本理论, 可伐与Si芯片的热膨胀系数的差异最小, 无氧铜次之, 而10号钢为最大, 这也是以10号钢为基体的K1-5管壳在共晶时芯片开裂的根本原因。将管壳基材更换为可伐材料, 仿真分析和实际试验结果均证明该管壳能够有效解决芯片开裂的问题。

激光刻型过程中, 保护胶与铝合金因热物理性能参数不同会导致界面裂纹、保护胶脱落等现象。为了解决这些问题, 基于热应力耦合分析法, 建立了2维多层材料有限元模型, 将脉冲激光以高斯热流密度载荷的形式加载在保护胶表面, 通过计算求解得到铝合金基体的应力分布云图以及在热应力作用下保护胶切口形貌随激光加工参数的演变规律,对比分析了激光功率、扫描速率、重复频率等加工参数对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响。结果表明, 功率60 W、扫描速率10 m/min、重复频率100 kHz时, 对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响最小。该研究对于激光刻型在化学铣切中的实际应用具有参考价值, 为激光刻型的工艺优化提供了方向。

为了研究不同封装条件对低温共烧陶瓷(LTCC)基板封装焊接后残余热应力的影响, 该文针对不同温变载荷下LTCC基板的热应力变形进行了仿真计算和实验测试, 结果显示仿真计算与实验测试结果具有较好的一致性, 验证了数值仿真用于LTCC基板封装焊接后残余热应力仿真的可行性。在此基础上对零膨胀合金底板和硅铝合金封装条件下3种典型工作温度对应的LTCC基板的热应力进行了仿真计算。结果表明, 封装焊接后LTCC基板两侧边缘应力集中, 中间残余应力小, 呈翘曲状态, 采用硅铝合金封装焊接的热应力小于零膨胀合金封装。

具有通孔结构的金刚石在高精度引线成形及高功率微波器件散热领域具有广阔的应用前景。使用激光技术对自支撑多晶金刚石膜进行微孔加工，并采用场发射环境扫描电子显微镜对微孔进行形貌分析。当激光功率达到17.6 W时，微孔表面发生破坏和断裂，断裂位置有明显的条纹结构，这可能是热应力引起的裂纹扩展、互连形成的。采用激光共聚焦扫描显微镜测量微孔剖面，进一步分析微孔锥度的变化，结果表明：微孔上端内表面粗糙，微孔锥度随着激光功率的增大而增大。使用激光拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪进行表面成分表征，以分析激光功率对微孔外表面及内表面的影响，以及缺陷产生的原因。结果显示：沉积物的主要成分为石墨，且石墨化程度随着激光功率的增加而增大。能量在向下传递过程中被金刚石吸收，并使金刚石石墨化；微孔下端接收的能量减少，因此微孔最终呈现为锥形。通过引入金刚石烧蚀阈值进行分析，揭示了激光微孔加工过程中的材料去除机理及微孔成形过程。在高激光功率下，微孔外表面出现破损，内表面出现明显的条纹状结构。微孔外表面及内表面的石墨化程度均随着激光功率的增加而增大。随着激光功率的增加，微孔锥度减小，微孔垂直度变好。激光在加工过程中对微孔内表面应力的影响大于对微孔边缘位置应力的影响。

硫系玻璃是一类优秀的红外光学镜片材料，但其热膨胀系数较大，与Si、Ge等红外光学材料相比，硫系玻璃镜片在镀膜过程中产生的残余应力较大，镀膜后面形变化较大。研究膜层中应力并优化应力的控制方法，可以提高薄膜的力学性能。本文通过测量在As40Se60硫系玻璃上镀膜前后基底的变化量来研究基底上不同材料膜层的残余应力情况，同时使用ANSYS软件对As40Se60/ZnS/Ge/ZnS/Ge/ZnS/YbF3/ZnS红外光学镜片膜系结构的热应力进行理论计算与仿真，验证了模型的合理性。分析了膜系结构中热应力在轴向与径向分布情况，结果显示：轴向热应力主要集中在膜层部分，表面膜层的热应力最大；径向热应力呈均匀分布，在边缘发生突降。分析了最外层保护膜的热应力与沉积温度、相邻膜层、不相邻膜层和基底的关系，结果表明：沉积温度在110 ℃到200 ℃的范围内，保护膜的热应力与沉积温度成正比；相邻膜层和不相邻膜层的厚度和材料均不影响保护膜的热应力；基底的厚度会对保护膜的热应力产生影响。

作为典型的硬脆材料，氧化镓晶体(β-Ga2O3)加工时易裂解。金刚石线锯是生产β-Ga2O3晶片的主要方式，切片加工过程中会在晶片表面产生微裂纹损伤层，应力作用下微裂纹会发生扩展，导致材料破碎和断裂。本文建立了金刚石线锯多线切割β-Ga2O3(010)晶面的有限元模型，研究了锯切过程中机械应力、热应力和热力耦合应力的分布变化规律，分析了锯丝速度、进给速度和恒速比下不同参数组合对热力耦合应力的影响。结果表明，锯切过程中锯切热产生的热应力占据热力耦合应力的主导地位，锯切力引起的机械应力占比较小，但机械应力会影响热力耦合应力的分布情况，锯丝速度和进给速度的增加会引起热力耦合应力的增加。