高功率器件在長(zhǎng)期惡劣環(huán)境下的可靠性分析和熱阻退化.pdf

1、隨著功率封裝器件的功率增加，體積縮小，其熱密度急劇上升，散熱問(wèn)題日益變得嚴(yán)峻，作為散熱通道上影響尤為重要的芯片粘貼焊料層，其焊接質(zhì)量的好壞，也成了影響封裝器件可靠性的關(guān)鍵。
　　本文依據(jù)某型號(hào)的封裝器件建立有限元分析模型，針對(duì)IGBT芯片功率（100W熱功率）過(guò)高的問(wèn)題，通過(guò)合理分析對(duì)整體封裝器件進(jìn)行散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最終確定散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為微肋管通道散熱，其對(duì)流換熱系數(shù) Nu的范圍為（576.9，8042.0），冷卻液Tm的平均溫

2、度范圍的下限值為-45℃，為模型的模擬仿真提供了理論依據(jù)。
　　根據(jù)空洞標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-883E和GJB548A-96，考察了當(dāng)焊層出現(xiàn)空洞時(shí)，空洞大小、位置的變化對(duì)芯片最高溫度和焊層最大應(yīng)力的影響，研究表明：（1）3.0％等空洞率下，焊層拐角空洞對(duì)芯片最高溫度影響最大，與正常焊層相比最大溫差可達(dá)34.112℃；（2）隨著焊層中心、拐角空洞面積的增大，芯片的最高溫度均線(xiàn)性增加，焊層的最大等效應(yīng)力前者呈拋物線(xiàn)增加，后者呈先快速增

3、加、然后緩慢增加、再快速增加。
　　基于Coffin-Manson法和能量密度法在溫度循環(huán)條件下預(yù)測(cè)出了焊層的疲勞壽命分別為6251Cycles和5439Cycles。當(dāng)焊層中心出現(xiàn)空洞時(shí)，隨著空洞面積的增大，Coffin-Manson法預(yù)測(cè)的壽命基本不變，能量密度法預(yù)測(cè)的壽命逐漸減小，最小值為1122Cycles；當(dāng)焊層拐角出現(xiàn)空洞時(shí)，隨著空洞面積的增加，兩種方法預(yù)測(cè)的壽命均減小，最小值為Coffin-Manson法預(yù)測(cè)的144