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基于相场模型与有限元分析集成的功率模块键合线电-热-力退化及裂纹扩展研究
Investigation of Electro-Thermo-Mechanical Degradation and Crack Propagation of Wire Bonds in Power Modules Using Integrated Phase Field Modeling and Finite Element Analysis
Han Jiang · Shuibao Liang · Yaohua Xu · Saranarayanan Ramachandran · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年11月
引线键合的界面疲劳退化和裂纹形成是功率模块封装中影响电力电子可靠性的严重问题之一。本文提出了一种基于相场建模与有限元分析相结合的新方法，用于研究绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率模块中引线键合互连的电热机械行为、界面退化和裂纹扩展过程。将宏观尺度电热机械分析得到的应变能密度传递到细观尺度相场建模中，以研究考虑引线晶粒形态影响下的界面疲劳和裂纹扩展。研究了典型采用铝引线键合的IGBT功率模块在功率循环下的温度和应力分布特性。分析了引线与芯片之间热应变在互连界面处引起的应力集中。裂纹长度随循环次数的...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于功率模块线键合界面退化与裂纹扩展的研究具有重要的工程应用价值。作为光伏逆变器和储能变流器的核心部件，IGBT功率模块的可靠性直接影响系统的长期稳定运行。当前我们的产品在户外极端环境下面临频繁的功率循环和温度波动，线键合界面的疲劳失效是导致模块失效的主要模式之一，这直...
用于电子互连的Cu-Sn纳米复合中间层自蔓延放热反应键合
Self-Propagating Exothermic Reactive Bonding With Cu–Sn Nanocomposite Interlayer for Electronic Interconnects
Han Jiang · Changqing Liu · Shuibao Liang · Zhaoxia Zhou 等5人 · IEEE Transactions on Electron Devices · 2025年5月
摘要：堆叠多个组件是电力电子集成的关键技术，需通过可靠的键合技术来实现。自蔓延放热反应（SPER）键合因其对组件的热影响和干预极小，在微电子互连领域颇具吸引力。然而，高孔隙率和焊料渗出等相关问题限制了其进一步应用。本文制备了一种独特的铜 - 锡纳米复合中间层（Cu - Sn NI），该中间层由包裹着铜纳米线阵列的锡基体组成，通过引发和燃烧铝/镍纳米箔，用作铜 - 铜 SPER 键合的中介。为作对比，还电镀了相同厚度的锡中间层，在相同条件下进行 SPER 键合。对两种键合结构的微观结构和机械完整性...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于Cu-Sn纳米复合中间层的自蔓延放热反应键合技术对我们的核心产品具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能系统中，功率半导体模块的可靠互连是影响系统寿命和性能的关键因素，特别是在高功率密度和极端工况下。 该技术的核心优势在于通过铜纳米线阵列构建"支架"结构，有效抑制了...