功率模塊中的激光焊接技術(shù)
簡介
隨著我國新能源行業(yè)的迅猛發(fā)展,功率模塊作為新能源汽車的能量轉(zhuǎn)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(fā)展。因此,推出一種最新的一體化逆變磚技術(shù),具有更高的功率密度,更高的可靠性。
一體化逆變磚技術(shù)
功率模塊生產(chǎn)中運(yùn)用了一種新型連接技術(shù)——激光焊接技術(shù)。激光焊接是利用高能量密度的激光將焊接件熔化并結(jié)合的技術(shù),相比于傳統(tǒng)焊接技術(shù),激光焊接技術(shù)具有能量密度高、加熱區(qū)域小、焊縫深寬比大、熱影響區(qū)窄、變形小、生產(chǎn)效率高、控制靈活等優(yōu)勢,但是,需要把控激光焊接過程中的溫度,以免對(duì)模塊產(chǎn)生影響;需要保障連接處質(zhì)量,能夠抵抗外部隨機(jī)激勵(lì)的干擾。
模塊中的激光焊接
熱傳導(dǎo)焊和深熔焊
激光焊接按照功率密度大小分為熱傳導(dǎo)焊和深熔焊。當(dāng)激光功率密度在104-106W/cm2范圍內(nèi)時(shí),金屬表面開始熔化,稱為熱傳導(dǎo)型焊接,適用于薄的焊接件。當(dāng)激光功率密度超過106W/cm2時(shí),金屬表面溫度達(dá)到沸點(diǎn),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(dǎo)焊技術(shù)。
激光熱傳導(dǎo)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(nèi)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(huì)導(dǎo)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(gè)激光脈沖時(shí)間,脈沖寬度的大小主要影響焊件的加熱時(shí)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(shí)間內(nèi)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(dāng)降低焊接速度可以擴(kuò)大熔深。
04離焦量
離焦量是指焊接件表面離激光焦點(diǎn)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(duì)功率模塊的激光焊接過程進(jìn)行CAE仿真,根據(jù)功率模塊激光焊接的溫度仿真結(jié)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(qū)域升溫迅速,瞬間達(dá)到熔點(diǎn)。
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(chǎn)生的熱量在模塊內(nèi)進(jìn)行傳遞,一般模塊在保護(hù)氣氛圍內(nèi)進(jìn)行自然冷卻。
1.0s
1.5s
2.0s
3.0s
對(duì)功率模塊進(jìn)行激光焊接后,需要對(duì)銅排連接處的可靠性進(jìn)行評(píng)估,按照AQG-324標(biāo)準(zhǔn),獲取模塊在隨機(jī)激勵(lì)條件下的振動(dòng)頻率,從仿真結(jié)果中可以看出,最大應(yīng)力為14.756MPa,對(duì)銅排的焊接連接處并未造成影響,模塊擁有對(duì)抗外部隨機(jī)激勵(lì)的能力。
激勵(lì)條件
仿真結(jié)果
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原文標(biāo)題:功率模塊中的激光焊接技術(shù)
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