[发明专利]一种预测IGBT模块在回流焊工艺中变形量的方法

权利要求书

1.一种预测IGBT模块在回流焊工艺中变形量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据应用需求初选IGBT模块各元件的材料和几何特征；

步骤2、对步骤1中所选基板的带拱度表面进行面形或拱度测量；

步骤3、基于步骤1的选择结果，对各元件进行必要的热力学性能检测；

步骤4、初选回流焊工艺的基本设置条件并实施回流焊工艺；

步骤5、依据步骤1、2、3、4的所得数据建立封装结构的CAE初始模型；

步骤6、基于步骤4的工艺实施过程中，记录回流焊工艺中模块的温度变化情况，检测模块回流焊工艺后的变形量和应力值，对回流焊工艺后的焊料层进行探伤；

步骤7、对步骤5构建的模型进行准确性评估，并使用步骤6获得的数据修正CAE模型；

步骤8、使用步骤7所得CAE模型对IGBT模块回流焊工艺进行分析，得到基板的变形量以及模块的残余应力；

步骤9、使用步骤7得到的CAE模型对实际生产工艺进行指导。

2.根据权利要求1所述的预测IGBT模块在回流焊工艺中变形量的方法，其特征在于，所述步骤1中，根据应用需求初选IGBT模块各元件的材料和几何特征包括如下步骤：

步骤1a、依据IGBT模块功率水平确定散热方案；

步骤1b、依据步骤1a中的散热方案设计散热结构，确定各元件的尺寸；

步骤1c、依据步骤1b中的散热结构，选择散热结构元件的材料；

步骤1a中的散热方案包括风冷散热以及液冷散热；

步骤1b中散热结构的设计包括散热基板、DBC陶瓷衬板、焊料的几何尺寸以及它们之间的装配关系；

步骤1c所述各元件材料包括：散热基板材料包括铜和铝碳化硅；DBC陶瓷衬板材料包括氮化铝、氧化铝和氮化硅；焊料常用材料包括锡铅合金、铜锡合金和铋锡合金。

3.根据权利要求2所述的预测IGBT模块在回流焊工艺中变形量的方法，其特征在于，所述步骤3中需测量的参数包括：所有或部分材料不同温度下的密度、比热容、热导率、热膨胀系数、杨氏模量以及剪切模量，焊料的抗拉强度、相变潜热及Anand粘塑性模型参数；所述Anand粘塑性模型参数包括：初始抗变形能力、活化能与通用气体常数之比Q/R、指数前因子A、应力乘数ξ、应力m的应变速率敏感性、硬化或软化常数h₀、变形阻力饱和系数饱和应变速率敏感性n、硬化或软化的应变速率敏感性a；

相变潜热以及比热容的测量方法为使用差示扫描量热仪检测；热导率的测量方法为使用激光导热仪测得不同温度下的热扩散系数，然后结合所测不同温度下的比热容求得热导率；热膨胀系数的测量方法为使用热机械分析仪测量；关于弹性模量测量部分，直接用动态热机械分析仪测量不同温度下的杨氏模量与剪切模量，或是采用借助变温设备，将拉伸实验法与双目视觉测量法结合测得关键温度下的杨氏模量与泊松比；焊料焓变的测量方法为使用同步热分析仪测量相变过程中的能量变化；焊料Anand模型参数的测量需根据ASTME8/E8M-21标准在不同温度下和不同应变速率下进行一系列恒定应变速率的拉伸试验，然后对结果进行分析，以Anand本构模型拟合得到上述9个参数。

4.根据权利要求2所述的预测IGBT模块在回流焊工艺中变形量的方法，其特征在于，所述步骤4中回流焊工艺的设置条件包括加热方式的选择、回流炉传送带速度、回流温度设置曲线；回流温度曲线的设置包括预热区升温速率、活性区时间长度、回流区升温速率及峰值温度、冷却区降温速率。