基于非均质中间层的Al N-Cu钎焊接头残余应力优化研究

作     者：王达达 徐海涛 刘平 金霞 闾川阳 贺艳明 

作者机构：浙江工业大学化工机械设计研究所 浙江亚通新材料股份有限公司 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：浙江省重点研发计划(2021C01178) 国家磁约束核聚变能发展研究专项(2019YFE03100400) 国家自然科学基金(52175368,52105162)资助项目 

主　　题：Al N-Cu接头 钎焊 预应力 结构优化 

摘      要：绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)是能源变换与传输的核心器件。由于过大的残余应力，其基板的连接成为该器件应用的主要阻碍。该研究就器件常用AlN-Cu基板的残余应力缓解问题展开研究。通过交织的金属丝嵌入接头来缓解残余应力，以力学试验、有限元模拟与力学原理系统地分析了复合结构钎料对残余应力的影响。结果表明，金属丝与焊缝外沿的距离是结构优化的关键参数，而丝数影响不大。在此基础上，通过对嵌入金属丝应力缓解机理的分析，确认了一种预应力效应，它可以使原始钎焊结构应力分布用于确认较优的嵌丝布置位置。这种结构设计方法使AlN-Cu的接头抗剪强度提升至245 MPa，相比无丝结构提高了37.6%，为IGBT基板残余应力的控制提供了一种简单有效的解决方案。