功率模块灌封用耐湿热环氧绝缘材料制备与性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:duminzl
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近年来,以SiC为代表的第三代宽禁带功率半导体技术迅速发展,已经在轨道交通牵引、智能电动汽车、高压直流输电等领域得到广泛应用。与传统Si材料相比,SiC具有宽禁带、高击穿场强、高热导率等优势,使得电力电子器件的导通损耗降低、开关频率提高、设备体积减小。然而,大功率模块的工作环境温度超过200℃,常规环氧树脂灌封材料在这种高温环境中工作会发生性能劣化,制约了SiC器件高耐压、高耐温性能的发挥。此外,常规环氧树脂灌封材料的耐湿热能力较差,难以满足海上风电等高湿环境中工作的电力电子器件封装要求。因此,研制高耐湿热环氧树脂灌封材料是电力电子器件封装技术发展的关键需求。本文的主要研究内容和结果如下:(1)为制备耐高温环氧树脂固化体系,研究了分子结构对耐热性能的影响。论文选用了三种典型分子结构的环氧树脂,分别为双酚A型(E51型)、邻甲酚醛型(EOCN型)、脂环族型(OSC型),并对其固化样件的耐热、疏水、绝缘等性能进行了测试和研究。结果表明,由于OSC型环氧树脂分子链的长度短并且两端的环氧基距离较近,交联后形成的固化体系拥有更为密集的交联点,使其具有较高的玻璃化转变温度和较低的热膨胀系数;由于OSC型环氧树脂不含苯环和可水解氯,其绝缘性能在三者中最好;但由于OSC型环氧树脂的分子结构以脂肪链为主且不含苯环,导致其力学性能略低于E51型和EOCN型环氧树脂。由此,论文使用OSC型环氧树脂作为基础树脂来制备耐高温绝缘灌封材料。(2)为提高环氧树脂固化体系的疏水性能,研究了环氧聚倍半硅氧烷(EPOSS)对疏水性能的影响。论文测试和研究了EPOSS改性对环氧树脂固化样件疏水性能的影响。结果表明,EPOSS能够将其自身的低表面能引入到环氧树脂中并使其内部结构更加紧密,从而提高了环氧树脂固化体系的疏水性能。此外,论文还研究了EPOSS用量对环氧树脂力学、耐热、绝缘和介电性能的影响,获得了EPOSS改性环氧树脂制备疏水性灌封材料的方法。(3)为提高环氧树脂固化体系的耐湿热性能,研究了EPOSS对耐湿热性能的影响。论文将EPOSS改性前后环氧树脂固化样件放置于HR=98%、θ=121℃环境中进行加速湿热老化试验,并对其经历不同老化时间的吸水率、玻璃化转变温度、体积电阻率、击穿场强、介电常数和介电损耗进行测试和研究。结果表明,添加EPOSS后环氧树脂在湿热环境中的各项性能都得到提升。这是由于改性后环氧树脂固化体系吸水率的降低和热稳定性的提高削弱了水分和内部塑化对绝缘和介电性能的劣化效应。因此,EPOSS可以提高环氧树脂固化体系的耐湿热性能。
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