引言
隨著科技的不斷發展和電力變換需求的逐步提升,電力電子器件向高溫、高電壓、高頻率和大電流方向快速發展 ,器件封裝的拓撲結構設計也逐漸朝著微型化及高功率密度方向演變。
圖1為三菱SiC電力電子器件雙麵封裝拓撲結構,其中與電力電子器件相匹配的封裝材料,無論是起支撐作用的電路板(金屬絕緣基板)、起電氣連接作用的互聯材料(燒結銀焊接)、起絕緣和環境保護作用的包封材料(環氧灌封料)還是起散熱作用的界麵熱導材料,都對電力電子器件的性能影響顯著,是電力電子器件領域除芯片本身之外的另一核心部分。
圖1 三菱SiC電力電子器件雙麵封裝拓撲結構
本文基於當前Si基和下一代SiC等寬禁帶半導體電力電子器件發展的趨勢,分別介紹上述絕緣封裝材料的現狀及進展,並對未來新型絕緣封裝材料朝高導熱、耐高溫和高可靠性方向發展進行展望。
電路板用導熱絕緣介質材料 1.1 聚合物絕緣基板用介質材料
圖2 金屬基板結構示意圖
表1 陶瓷絕緣層材料性能參數
電力電子器件包封保護用導熱絕緣材料
圖3 熱界麵材料作用機製
結束語
電力電子器件向更高溫度、更高電壓、更高頻率以及更大電流的方向發展促使封裝結構逐漸趨於微型化和高功率密度化,這對相應的封裝材料提出了更高要求。為獲得性能更優異的電力電子封裝材料,仍需加強在該領域的研發投入,基於材料本身分子結構與材料性能關係並與電力電子器件可靠性機理建立關聯機製,開發具有更高耐溫性、導熱性和絕緣性的新型導熱絕緣材料,以實現電力電子器件向更高工作電壓、更高工作溫度和更快開關速度的方向發展。
佟輝,博士,中國科學院電工研究所助理研究員,中國電工技術學會會員,SPE polymers期刊審稿人。主要從事電工與絕緣新材料研究,主持/參與國家自然科學基金3項,北京市科委重大專項和北京市基金各1項,中科院項目2項,中國科學院電工研究所基金1項,企業項目若幹,在相關領域發表文章10餘篇,申請/授權專利近10項。