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IGBT模块在真空焊接炉接工艺中的残余应力分析

类别：行业资讯发布时间：2020-08-06 浏览人次：

IGBT模块在回流焊接工艺过程中，底板的底面接触热板，回流焊接温度曲线作为热载荷加载到底板底面。由于模块几何结构并不对称，封装体内的温度分布不均匀，同时芯片、焊料、DBC基板和铜底板等各层材料的热膨胀系数不匹配，因此随着温度的变化会产生热应力，焊接工艺后IGBT模块内存在残余应力。

热应力分析中，对焊料层和DBC基板层进行网格加密，图1给出了有限元模型中的网格局部放大图。在回流工艺冷却到室温的过程中，铜的收缩量比硅芯片更大，因此铜呈现凸起状的弯曲，芯片承受拉应力。回流工芝结束后模块的总形变如图2所示，模块发生形变且最大变形量达到160.21μm。采用三坐标试验仪测试实际的模块变形量来验证有限元仿真数值试验方法的准确性，在铜底板上选取25个测试点进行接触式准确测量来得到整个底板的翘曲分布，测试示意图如图3所示。测试结果表明IGBT模块回流焊接后的样品1和样品2的最大翘曲量分别为164.2μm和166.0μm，均表现为凸起形状，且翘曲量与有限元仿真结果对比，误差约为3.0%，因此我们认为该仿真模型及材料本构模型可以较为准确的反应真实情况。

从以上测量结果中，我们得到一个启发，真空焊接炉的温度均匀度对模块的焊接质量和变形有很大的影响。很多客户只关注使用真空焊接炉可以降低空洞率。但是没有太关注真空焊接炉的温度均匀度直接影响到模块的基板翘曲量。这个数据值得广大IGBT厂家在选择真空焊接炉的时候作为一个关注点。

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