半导体制冷具有运行无噪声、平稳、耗材少、体积小等特点,其主要应用在电器、航空、精密控制的高端制冷设备中。制冷芯片作为半导体制冷的主要应用部件,是由半导体颗粒、陶瓷基板、铜片等焊装在一起的制冷单元。为满足制冷芯片的后续扩展应用,需要在制冷芯片上焊接散热片,但在焊接散热片的过程中,半导体颗粒与高温焊膏层焊接界面分离现象非常严重,造成焊装成品率极低。因此,论文基于带散热片的制冷芯片焊接原理与焊接工艺,对焊接界面热力耦合的力学状态进行了研究,找到了焊接界面分离现象在结构与工艺方面的热力学原因。具体的主要内容包括:首先分析了不带散热片的制冷芯片焊接界面热力耦合的力学状态。通过建立用于工艺过程力学分析的制冷芯片有限元模型,应用生死单元方法,模拟了高温焊膏的熔化与凝固过程;基于热力耦合方法,分析了高温焊膏层界面的应力分布状态;同时探究了焊膏厚度、铜片厚度、焊接压力和边缘长度对边缘拉应力的影响规律,给出了最佳工艺参数组合。然后分析了带散热片的制冷芯片焊接界面热力耦合的力学状态,探究了焊接最高温度、升温时间和降温时间对边缘拉应力的影响规律。接着为了减小边缘拉应力,从温度场、结构以及焊接时间三方面改进思路出发,提出了三种改进方案。通过对三种改进方案的数值模拟分析,结果表明三种改进方案均可以有效的减少边缘拉应力,其中,在制冷芯片四角处焊接加强块的改进方案,能显著减小边缘拉应力。最后对制冷芯片最佳工艺参数组合进行了试验验证。同时设计了高温焊膏层界面在不同温度下的抗拉强度和抗剪切强度的试验工装。研究表明:在不带散热片的制冷芯片焊接过程中,焊膏厚度0.15mm、铜片厚度0.25mm、焊接压力60N、边缘长度1.2mm,为较佳的工艺参数组合;边缘四角处不易开裂的较优的应力条件为:边缘拉应力计算值≤6.85MPa。在带散热片的制冷芯片焊接过程中,焊接最高温度220℃、焊接升温时间120s、焊接降温时间120s,为较佳的工艺参数组合。