功率半导体器件作为电力电子技术核心器件,已经被广泛运用于电力系统、轨道交通、工业制造装备、家用电器、军事防御等诸多领域。《中国制造2025》提出要大力推动电力装备领域的突破发展,重点关注大功率电力电子器件等元器件的开发,而大功率器件的发展离不开封装互连技术的支持。自蔓延互连具有反应速度快、热量高度集中、热影响区小等优点,能避免封装模块多次回流导致的互连材料熔点组配和互连界面IMC层较厚等问题,在功率器件封装上应用前景良好。本文采用自蔓延薄膜新型热源实现了大面积功率芯片与DBC基板的封装互连;首先计算了大面积芯片/DBC基板自蔓延互连过程中的温度场和应力场;在计算得到的残余应力的基础上进一步分析了温度循环下焊料层的疲劳失效,具体工作如下:采用移动热源模型和非傅里叶准则,建立了大面积芯片/DBC基板自蔓延互连三维温度场有限元模型,分析了互连过程中结构的温度分布变化,发现减小焊料层厚度和增加预热温度能够显著提升互连过程中焊料层的最高温度和熔化时间,提高互连接头的质量。建立了基于自蔓延薄膜热源与回流焊的大面积芯片/DBC基板焊料互连二维应力场计算模型,研究了互连过程中结构的应力与翘曲变化,并通过测量芯片表面的变形验证有限元模型,发现自蔓延互连后结构凹形翘曲,芯片和焊料层中有较大的残余应力,而DBC基板中的残余应力较小,集中在上铜层靠近焊料层的区域;回流焊互连后互连结构凸形翘曲,芯片与焊料层中的残余应力较小,DBC基板中的应力较大。在计算得到的自蔓延互连与回流互连结构残余应力和变形的基础上,建立了温度循环下的疲劳失效有限元模型。得到发现残余应力对焊料层的疲劳寿命影响不大,焊料层边角处与芯片接触的地方最容易发生疲劳失效,自蔓延互连结构与回流焊结构焊料层的疲劳寿命符合器件温度循环标准。