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汽车功率模块的可靠性分析以及寿命预测
| 论文题名： | 汽车功率模块的可靠性分析以及寿命预测 |
| 关键词： | 能量法;有效应变法;汽车功率模块;寿命预测;低温烧结纳米银 |
| 摘要： | 汽车功率模块的广泛应用，使其可靠性的要求越来越高。在使用过程中，由于模块发热，芯片连接层之间的材料热膨胀系数的不匹配，导致模块内部产生交变的热应力和热应变，从而导致连接层萌生裂纹，在循环的热应力和热应变下，裂纹扩展导致连接层失效。本文运用有限元分析软件ANSYS，对两种不同结构的汽车功率模块进行了可靠性分析，主要工作与结果如下: 1.对于焊点结构的汽车功率模块，分别应用基于Anand粘塑性本构模型的能量法以及基于Wong蠕变本构模型的有效应变法对汽车功率模块在热循环条件下的失效问题进行模拟分析，并利用不同的寿命预测模型对焊点的疲劳特征寿命进行预测。研究表明，对于结构复杂的功率模块，以蠕变为基础的寿命预测模型得到的疲劳特征寿命更接近实验结果。 2.将低温烧结纳米银焊膏作为汽车功率模块的芯片互连材料，运用基于Anand粘塑性本构模型的能量法和基于Wong蠕变本构模型的有效应变法对低温烧结纳米银焊膏互连结构进行了相关的模拟分析以及疲劳特征寿命的预测。研究表明:与传统锡铅焊料SAC305相比，相同加载条件下，抗拉强度以及抵抗热疲劳的能力有较大的提高。 3.应用两种不同的寿命预测方法对介于引线框架与MOSFET之间的焊点厚度、MOSFET与DBC(Direct Bond Copper)之间的焊点厚度，以及MOSFET的厚度进行了参数化研究，比较分析了焊点厚度以及MOSFET的厚度对各部分焊点的疲劳特征寿命的影响。 4.基于带引线键合结构的汽车功率模块，实现了子模型技术在功率模块中的应用。对于关键铝键合引线，应用Coffin-Manson方程对其疲劳寿命进行了预测;同时，对不同工况下键合引线的直径和接头长度等参数对疲劳特征寿命的影响进行了一系列的参数化研究分析。 |
| 作者： | 刘艳 |
| 专业： | 固体力学 |
| 导师： | 刘勇;许杨剑 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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