基于COMSOL的Cu@Sn@Ag焊片真空瞬态液相扩散焊仿真研究

在电力电子封装时，瞬态液相扩散焊过程中焊料层的应力分布是影响器件服役性能和使用寿命的重要因素。文中基于SiC芯片瞬态液相扩散焊的工况，利用有限元仿真软件COMSOL建立了Cu@Sn@Ag焊片用于回流焊接SIC芯片与DBC板的三维有限元模型，针对瞬态液相扩散焊，结合弹塑性变形等相关理论，系统研究了瞬态液相扩散焊的焊接工艺温度、焊接时间及焊接保压压力对Cu@Sn@Ag焊层应力分布及大小的影响。研究结果表明：焊接温度在240～260℃时，随着焊接温度的升高，焊后焊层峰值应力逐渐减小；当焊接温度处于260～280℃时，又略有升高，在260℃时应力最小；焊接保温时间在30～90 min时，随着焊接保温时间的延长，焊层的应力保持不变，90 min以上时焊层处的应力开始升高；当焊接保压压力为1～5 MPa时，随着保压压力的增大，焊层处的应力也初步增大。综合考虑器件服役性能的需求，Cu@Sn@Ag焊片用于回流焊接SiC芯片和DBC板，焊接温度以260℃为宜，焊接保温时间以30 min为宜，焊接保压压力以1 MPa为宜。