功率模塊中的激光焊接技術

簡介

隨著我國新能源行業的迅猛發展，功率模塊作為新能源汽車的能量轉換的重要裝置，其重要性不言而喻，并且功率模塊也在朝著耐高壓、耐大電流、高功率密度和高可靠性的方向發展。因此，推出一種最新的一體化逆變磚技術，具有更高的功率密度，更高的可靠性。

一體化逆變磚技術

功率模塊生產中運用了一種新型連接技術——激光焊接技術。激光焊接是利用高能量密度的激光將焊接件熔化并結合的技術，相比于傳統焊接技術，激光焊接技術具有能量密度高、加熱區域小、焊縫深寬比大、熱影響區窄、變形小、生產效率高、控制靈活等優勢，但是，需要把控激光焊接過程中的溫度，以免對模塊產生影響;需要保障連接處質量，能夠抵抗外部隨機激勵的干擾。

模塊中的激光焊接

熱傳導焊和深熔焊

激光焊接按照功率密度大小分為熱傳導焊和深熔焊。當激光功率密度在104-106W/cm2范圍內時，金屬表面開始熔化，稱為熱傳導型焊接，適用于薄的焊接件。當激光功率密度超過106W/cm2時，金屬表面溫度達到沸點，并且在氣化壓力的作用下，熔池凹陷形成小孔，稱為深熔焊接，適用于較厚的焊接件。其中功率模塊中的銅排厚度薄一般小于1mm，所需的功率密度低，采用熱傳導焊技術。

激光熱傳導焊

激光深熔焊

激光焊接的工藝影響因素

01激光功率密度

在脈沖激光焊中，功率密度表示單位面積內的激光功率，主要影響焊件的升溫速度，功率密度越大，焊件升溫速度越快，但是功率密度不能太高，可能會導致焊件被燒穿。

02脈沖能量、脈沖寬度

脈沖激光焊接中，脈沖能量越大，焊件溫度提升越快，焊件的熔化量越多。脈沖寬度表示的是一個激光脈沖時間，脈沖寬度的大小主要影響焊件的加熱時間，從而影響焊縫的深度。

03焊接速度

脈沖激光焊接中，焊接速度的大小影響單位時間內激光輸入的能量，相同功率密度條件下，焊接速度快的焊件能量小，焊縫熔深小，所以適當降低焊接速度可以擴大熔深。

04離焦量

離焦量是指焊接件表面離激光焦點之間的距離，在其他相同條件下，一般離焦量越大焊接熔深越小。

對功率模塊的激光焊接過程進行CAE仿真，根據功率模塊激光焊接的溫度仿真結果，在激光焊接過程中，激光的光斑功率密度大，焊接速度快，銅排局部焊接區域升溫迅速，瞬間達到熔點。

模塊激光焊接模型

0.008s

0.005s

0.1s

0.14s

銅排激光焊接迅速完成后，產生的熱量在模塊內進行傳遞，一般模塊在保護氣氛圍內進行自然冷卻。

1.0s

1.5s

2.0s

3.0s

對功率模塊進行激光焊接后，需要對銅排連接處的可靠性進行評估，按照AQG-324標準，獲取模塊在隨機激勵條件下的振動頻率，從仿真結果中可以看出，最大應力為14.756MPa,對銅排的焊接連接處并未造成影響，模塊擁有對抗外部隨機激勵的能力。

激勵條件

仿真結果