IGBT模块焊料层空洞生长分析与评估方法

作者：唐圣学; 马强; 陈冬; 姚芳; 王希平

来源：仪器仪表学报, 2020, 41(08): 244-254.

DOI：10.19650/j.cnki.cjsi.J2006505

• IGBT模块
• 空洞生长
• Cauer热网络模型
• 有限元分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块在实际工况中会受到周期性的交变电、热、机械力等多种应力作用,极易导致焊料层空洞的快速融合、生长,造成焊料层分层脱落和失效。通过进行焊料层多物理场耦合建模仿真和老化试验,研究了芯片焊料层空洞大小、位置以及分布对模块结温和应力的影响;进而,提出了老化过程中焊料层空洞的生长模型,分析了模块热特性随空洞生长过程的变化规律;然后,通过研究反映空洞热阻的Cauer热网络模型及其参数提取方法,提出了利用模块热阻增加率评估焊料层空洞生长程度的方法。结果表明:在生长初期(空洞率≤5%),焊料层中心空洞对热阻、芯片结温的影响大于边缘空洞,对应力的影响则相反;在生长后期,芯片焊层空洞率大于30%、直接敷铜(DBC)衬底焊料层空洞率大于40%,不同生长模型的影响基本一致。最后通过功率循环老化、超声波检测以及结温测试,验证了结论。

• 单位
  河北工业大学