SiC芯片封装纳米银烧结层的热机械分析及疲劳寿命预测OA北大核心CSTPCD

纳米银的热膨胀系数与模块中其他组件存在较大差异,导致在严苛环境下工作时发生热疲劳失效。因此,预测纳米银烧结层的热疲劳寿命成为关键问题。以SiC功率模块为对象,利用有限元仿真和修正的Coffin-Manson寿命预测模型,分析了纳米银烧结层在热循环载荷下的最大等效应力和疲劳寿命。进一步通过响应面法分析,以疲劳寿命为优化目标,选取了SiC芯片和纳米银烧结层最佳参数组合,并探究铜基板镀镍对疲劳寿命的影响。研究结果显示:在累积的热循环下,纳米银烧结层边角处的等效应力最大,最容易发生热疲劳失效。通过优化设计,当SiC芯片厚度取0.15 mm,纳米银烧结层厚度取0.1 mm时,最大等效应力降低了1.36%,疲劳寿命增加了1.57倍。此外,铜基板上的镍层与纳米银烧结层具有相适应的材料属性,能够降低纳米银烧结层的等效应力,并增加其疲劳寿命。