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龙图腾网获悉重庆大学申请的专利一种基于多物理场机车用IGBT焊料层空洞演化机理分析方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114429067B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-03-18发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210064302.X，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权一种基于多物理场机车用IGBT焊料层空洞演化机理分析方法是由赖伟;李涵锐;李辉;姚然;王晓;刘人宽;陈民铀;于凯;李洁设计研发完成，并于2022-01-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于多物理场机车用IGBT焊料层空洞演化机理分析方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于多物理场机车用IGBT焊料层空洞演化机理分析方法，首先根据对机车用IGBT模块焊料层进行CT扫描，统计结果显示不同服役里程数的IGBT模块焊料层空洞数量均服从泊松分布，且泊松分布方差λ值与器件服役里程数具有映射关系；基于空洞分布规律建立了机车用IGBT多物理场仿真模型和焊料层上下表面的应变数学描述，研究了随机空洞的演化诱因及规律；最后基于能量的疲劳寿命模型验证了空洞尺寸与演化速率的关系。本发明基于不同服役里程数的焊料层CT扫描结果，统计获得焊料层空洞分布规律；利用该统计规律建立机车用IGBT多物理场仿真模型以及焊料层蠕变的应变数学描述，研究得到空洞的演化机理及规律，为指导器件优化设计和主动运维提供支撑。

本发明授权一种基于多物理场机车用IGBT焊料层空洞演化机理分析方法在权利要求书中公布了：1.一种基于多物理场机车用IGBT焊料层空洞演化机理分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：利用CT扫描测试获取焊料层扫描结果；步骤2：在Python中导入OpenCV库对所述扫描结果进行二值化处理，统计出不同空洞的尺寸；步骤3：对空洞不同尺寸进行划分，绘制出空洞数量分布图，呈现泊松分布规律；步骤4：结合机车用IGBT器件在COMSOL中建立多物理场模型，并利用内置JAVA编译器，在焊料层中生成符合统计结果的随机空洞；步骤5：搭建多物理场模型，进行多组不同随机空洞分布下的仿真，分析不同尺寸空洞下的应变与形变规律；步骤6：根据芯片与焊料层间热膨胀系数的差异，建立焊料层上下表面应变的数学描述关系；所述步骤6具体包括：在IGBT模块运行过程中，模块功率损耗P通过各层材料传递至底板完成热传递过程，模块结温TJ通过热阻、功率损耗以及壳温计算：TJ＝P×ZJC+TCZJC＝Zdie+ZD-S+ZDBC+ZB-S+Zbase其中，ZJC，Zdie，ZD-S，ZDBC，ZB-S，Zbase分别表示结壳、IGBT芯片、芯片焊料层、DBC、底板焊料层、基板的热阻；TC表示壳温；芯片的温度波动ΔTd与芯片焊料层的温度波动ΔTds表示为： 其中，ΔTd为芯片温度波动，ΔTds芯片焊料层的温度波动，Td_max和Td_min分别表芯片最高温度和最低温度；Tds_max和Tds_min分别表示芯片焊料层的最高温度与最低温度；η1表示芯片温度波动与芯片焊料层温度波动比值；IGBT芯片下表面应变εd与芯片焊料层的上表面热应变εds_u分别如下式： 其中，Ld和ΔLd分别为IGBT芯片长度和其在温度升高后的变化量；αd和αds分别为芯片的膨胀系数和芯片焊料层的膨胀系数；hd和hds分别为芯片和芯片焊料层的高度；Ed和Eds分别为芯片和芯片焊料层的杨氏模量；芯片焊料层下表面的热应变用相同的方法得到，如下式： 其中，ΔTuc为上铜层的温度波动；η2为上铜层温度波动与芯片焊料层温度波动比值；αc为上铜层的膨胀系数；huc为上铜层的高度；Euc为上铜层的杨氏模量；由基于能量的疲劳寿命模型如下式，结合多物理场模型中的应变，求出空洞寿命：ΔWc＝Wf2×Nf-m 其中，ΔWc为单周期内非弹性应变能密度增量；E为芯片焊料层的杨氏模量；ε为芯片焊料层的应变；Wf为每一个循环中的塑性功密度的累积；m为常数；Nf为空洞寿命，空洞寿命Wf为5.5×106Jm3，常数m为0.69，芯片焊料层的杨氏模量E为5.4×1010Pa。

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