赛博朋克人工智能芯片三维渲染.电路板.技能背景.中心打算机处理器CPU和GPU的观点.
人们希望功率器件可以运用在高温、高压、高开关频率等哀求的场合以提升电能转换效率。目前，更高电压等级的SiC功率芯片如15kV IGBT、13kV PiN、15kV MOSFET等已得到开拓，但尚未得到实际封装运用。这紧张是由于目前的半导体封装技能无法实现更高电压等级器件的封装。
如果沿用硅基器件的封装方案，在高阻断电压工况下，封装绝缘材料内部会承受较高的电应力，导致局部放电，加速绝缘材料老化，乃至导致绝缘击穿，给电力系统长期安全运行带来极大威胁。因此改进功率模块内部电场分布的均匀程度，提升局部放电起始电压（Partial Discharge Inception Voltage, PDIV）对功率器件性能提升及电力系统长期运行可靠性具有主要意义。
均化功率器件内部电场分布的方法紧张有两种：一种方法是几何，通过改进几何构造，优化基板构造和尺寸等改进电场分布；第二种方法是采取电场调制的绝缘材料来均匀化电场分布。
关于电场调制的绝缘材料的研究已广泛开展于电缆端子、绝缘体、定子线圈等方面，但在功率电力电子器件中研究较少。L. Donzel等在聚酰亚胺中掺杂氧化锌，制备了非线性电导均压材料，并通过数值仿照验证了其对付功率模块内部电场分布的均化效果；N. Wang等在硅凝胶中添加钛酸钡制备了非线性介电材料，并运用于模块封装，实现了提升局部放电起始电压的效果。但目前关于非线性电导均压材料运用于功率模块封装的实验研究尚不多。
天津大学、天津工业大学等单位的研究职员制备了不同掺杂量的纳米SiC/硅凝胶复合电介质，并通过实验研究了纳米填料的掺杂量及温度对付复合电介质直流电导特性的影响。同时以复合电介质为封装绝缘材料制备功率模块，进行局部放电实验，结合三维电场分布仿照，研究了其对付局部放电的优化效果。最后进行了热氧老化实验及温度循环实验，初步探索了复合电介质的可靠性。
图1 局部放电测试方法事理图
图2 三维电场分布仿照
科研职员创造，该复合电介质的电导率呈现明显的非线性变革规律，同时其电导率随温度的升高而低落，与温度呈显著负干系。通过数值仿照结合实验研究，验证了在SiC掺杂量为60%时，可显著提升所封装功率模块的PDIV值超过42.03%。同时，经热氧老化实验及温度循环实验初步验证，纳米SiC/硅凝胶复合电介质对付功率模块长期绝缘稳定性及事情可靠性不低于商用硅凝胶材料。因此，该方法有益于推动更高电压等级功率芯片的模块化可靠封装。
本文编自2022年第3期《电工技能学报》，论文标题为“功率器件高电压封装用复合电介质灌封材料研究”，作者为李俊杰、梅云辉 等。
