绝缘栅双极型晶体管IGBT作为常见的功率器件,具有开断速度快、能实现电流的直流与交流转换等优点,在工业领域得到了广泛应用。IGBT芯片与直接覆铜陶瓷板之间的连接层在封装结构中起到支撑和散热作用,是封装结构中的薄弱部分。连接层通常采用钎焊工艺形成,因此,钎焊接头质量的好坏是影响IGBT器件可靠性的重要因素。由于IGBT芯片在运行过程中功率损耗产生热量,作为常见的钎焊工艺缺陷,空洞会降低散热性能,从而导致IGBT失效率增加。同时,IGBT器件在运行过程中温度波动较大,会导致不同的材料之间由于热膨胀系数不同而开裂,影响长期可靠性。基于实际应用中出现的问题,本文针对空洞对散热的影响进行热模拟,分析了不同的工艺方法对空洞率影响,并对热冲击过程中的变化进行了研究,为IGBT器件可靠性提供了理论依据。首先,采用稳态热模拟方法研究了空洞对IGBT芯片最高温度的影响,研究表明:空洞率增加会导致芯片最高温度升高;在空洞率相同情况下,不同的空洞位置对芯片最高温度影响不同;总的空洞率不变情况下,空洞数目增加会降低芯片最高温度;多个空洞存在时,空洞分布形式对芯片最高温度有一定影响;钎焊接头厚度增加导致最高温度上升。其次,研究了加热板回流焊和真空甲酸还原气氛回流焊两种不同的钎焊方法对空洞率的影响,研究表明:在加热板回流焊中,钎焊温度、钎焊时间的增加会导致空洞率增加;铜板表面越粗糙,空洞率越小;在真空+甲酸还原气氛回流焊中,峰值温度升高、钎焊接头厚度增加、钎焊接头面积减小都会使得空洞率降低。与加热板回流焊相比,真空+甲酸还原气氛回流焊能大幅度降低空洞率,同时,Sn3.0Ag0.5Cu钎料相比于92.5Pb5Sn2.5Ag钎料形成的空洞率高,母材的氧化程度增加都导致空洞率的增加,但是加热板方式空洞率增加幅度较小,而还原气氛回流焊会导致空洞率大幅度提高。最后,研究了0～175℃温度范围内温度冲击过程中钎焊接头界面金属间化合物形貌和厚度变化以及直接覆铜陶瓷板的开裂。研究发现,在热冲击初期,界面只形成了Cu₆Sn₅ IMC,随着循环次数增加,出现了Cu₃Sn+Cu₆Sn₅ IMC,并且IMC形状从扇贝状逐渐变化成层状,厚度不断增加;当循环次数到600次时,直接覆铜陶瓷板从上铜层位置开裂,并随着热冲击次数增加裂纹扩展至陶瓷层中心,并到1000次时完全失效。