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業內學者解決功率器件溫度升高帶來的硅凝膠氣泡問題
來源:電氣技術雜志 作者:強力化工 發布時間:2022-12-16 10:37 閱讀次數:1547
近十年來,絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)從芯片設計、工藝、測試到器件封裝技術等方面均取得了重大進步。在器件封裝方面,有機硅凝膠材料因其具有優良的耐溫、防水和電氣絕緣性能等,成為電子器件必不可少的封裝絕緣材料。目前,硅基IGBT模塊灌封用的有機硅凝膠是一種雙組份加成型室溫或加溫硫化有機硅凝膠。
材料的制備工藝將決定材料的性能,使用性能優良的材料封裝大功率半導體模塊,有助于提升模塊的質量和可靠性。隨著半導體材料技術的突破,對功率器件電壓和頻率提出了更高的要求。更高電壓和更快開關頻率導致器件在工作過程中產生大量的熱量,熱量作為副產物影響了封裝材料的絕緣性能。

基于目前工藝制備的有機硅凝膠灌封于IGBT模塊中時,當器件內部溫度升高到125℃時,有機硅凝膠內部將產生氣泡,并且隨著溫度升高,硅凝膠內的氣泡呈體積增大,數量增多的趨勢。絕緣材料中的氣泡將嚴重影響材料的絕緣性能,有待提出改進的有機硅凝膠制備工藝。

絕緣材料的擊穿特性直接反映材料的絕緣水平,擊穿場強是表征電介質絕緣特性的關鍵電氣參數。目前,雖然在有機硅凝膠的耐電性能方面已開展了一些研究,但溫度對有機硅凝膠材料工頻耐電特性的影響規律和影響機制尚不明確。


      針對以上問題,華北電力大學的研究人員詳細地研究了有機硅凝膠的灌封工藝,針對有機硅凝膠應用過程中存在的問題,提出新的脫氣曲線,改進有機硅凝膠的制備工藝,提升了有機硅凝膠的產品質量。

研究人員還分析了溫度對有機硅凝膠工頻耐電特性的影響規律,他們發現,在測試溫度范圍內,有機硅凝膠的擊穿電壓隨溫度的升高而下降;而當溫度達到200℃時,擊穿場強降低為39.27kV/mm,約為常溫下擊穿場強值的一半。

      研究人員測試了有機硅凝膠的熱特性,分析了溫度對有機硅凝膠工頻耐電特性的影響機制。溫度升高時,有機硅凝膠的自由體積增大,分子鏈段運動加??;且有機硅凝膠內部載流子遷移率增大,漏電流增加,故溫度升高后,有機硅凝膠的擊穿電壓降低。

本文源自2021年第2期《電工技術學報》,以及電氣技術雜志。僅供學術分享。

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