功率模块中的激光焊接技术简介

功率模块中的激光焊接技术

简介

随着我国新能源行业的迅猛发展，功率模块作为新能源汽车的能量转换的重要装置，其重要性不言而喻，并且功率模块也在朝着耐高压、耐大电流、高功率密度和高可靠性的方向发展。因此，推出一种最新的一体化逆变砖技术，具有更高的功率密度，更高的可靠性。

一体化逆变砖技术

功率模块生产中运用了一种新型连接技术——激光焊接技术。激光焊接是利用高能量密度的激光将焊接件熔化并结合的技术，相比于传统焊接技术，激光焊接技术具有能量密度高、加热区域小、焊缝深宽比大、热影响区窄、变形小、生产效率高、控制灵活等优势，但是，需要把控激光焊接过程中的温度，以免对模块产生影响;需要保障连接处质量，能够抵抗外部随机激励的干扰。

模块中的激光焊接

热传导焊和深熔焊

激光焊接按照功率密度大小分为热传导焊和深熔焊。当激光功率密度在104-106W/cm2范围内时，金属表面开始熔化，称为热传导型焊接，适用于薄的焊接件。当激光功率密度超过106W/cm2时，金属表面温度达到沸点，并且在气化压力的作用下，熔池凹陷形成小孔，称为深熔焊接，适用于较厚的焊接件。其中功率模块中的铜排厚度薄一般小于1mm，所需的功率密度低，采用热传导焊技术。

激光热传导焊

激光深熔焊

激光焊接的工艺影响因素

01激光功率密度

在脉冲激光焊中，功率密度表示单位面积内的激光功率，主要影响焊件的升温速度，功率密度越大，焊件升温速度越快，但是功率密度不能太高，可能会导致焊件被烧穿。

02脉冲能量、脉冲宽度

脉冲激光焊接中，脉冲能量越大，焊件温度提升越快，焊件的熔化量越多。脉冲宽度表示的是一个激光脉冲时间，脉冲宽度的大小主要影响焊件的加热时间，从而影响焊缝的深度。

03焊接速度

脉冲激光焊接中，焊接速度的大小影响单位时间内激光输入的能量，相同功率密度条件下，焊接速度快的焊件能量小，焊缝熔深小，所以适当降低焊接速度可以扩大熔深。

04离焦量

离焦量是指焊接件表面离激光焦点之间的距离，在其他相同条件下，一般离焦量越大焊接熔深越小。

对功率模块的激光焊接过程进行CAE仿真，根据功率模块激光焊接的温度仿真结果，在激光焊接过程中，激光的光斑功率密度大，焊接速度快，铜排局部焊接区域升温迅速，瞬间达到熔点。

模块激光焊接模型

0.008s

0.005s

0.1s

0.14s

铜排激光焊接迅速完成后，产生的热量在模块内进行传递，一般模块在保护气氛围内进行自然冷却。

1.0s

1.5s

2.0s

3.0s

对功率模块进行激光焊接后，需要对铜排连接处的可靠性进行评估，按照AQG-324标准，获取模块在随机激励条件下的振动频率，从仿真结果中可以看出，最大应力为14.756MPa,对铜排的焊接连接处并未造成影响，模块拥有对抗外部随机激励的能力。

激励条件

仿真结果