[发明专利]一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高压绝缘碳化硅‑环氧树脂复合涂层制备方法和应用，所述碳化硅‑环氧树脂复合涂层材料包括具备非线性电导特性的改性碳化硅、双酚A型环氧树脂、低分子聚酰胺固化剂，所述改性碳化硅与所述环氧树脂的质量比为1∶3～3∶2；所述环氧树脂与所述固化剂的质量比为3∶1。本发明提供的制备工艺简单、制备得到的碳化硅‑环氧树脂复合材料具有良好流动性、电导非线性、高绝缘耐压性能的优点，其电导率在电场强度较低的时候非常小，但是当场强增加到一定程度的时候，其电导率将急剧增大，具备均化电场分布、减少局部放电的潜能。采用将本材料应用于基板薄弱的三相点处，在外灌封硅凝胶的封装方式，既均匀电压，又节省原材料，减少介电损耗。本发明解决了碳化硅电力电子器件高压工况及局部放电过高导致模块击穿失效的问题，为碳化硅电力电子器件高压性能推广使用创造了条件。

技术领域

本发明属于功率电子器件封装技术领域，涉及一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层制备方法和应用。

背景技术

以碳化硅(SiC)为代表的第三代宽禁带半导体材料具有高击穿电场强度(约为硅基材料的10倍)以及低本征载流子浓度(常温下为硅基材料的10-20)等特点，在硅基器件性能接近于摩尔极限的现状下，已成为功率电力电子器件的新的发展方向。高击穿电场强度意味着碳化硅电力电子器件可以拥有比硅基器件更优越的高压特性和更小的导通阻抗，可以承受更高的阻断电压。此外，碳化硅材料具有的高饱和迁移速度和低介电系数也为器件带来了良好的高频特性。因此，碳化硅器件在高电压、大容量、高温、高频率的应用中具有广泛前景，为了实现碳化硅功率器件在高压大容量电路中的应用，将器件模块化显得十分必要。

模块封装是利用绝缘材料，在排除空气的条件下填充在模块内部，能够有效防止模块电路板在震动、潮湿、腐蚀等恶劣环境发生损坏。用于灌装的材料多种多样，主要采用各种合成聚合物，环氧树脂、聚氨脂弹性体以及有机硅聚合物三大类聚合物用得最为广泛。环氧树脂具有耐腐蚀性、粘结强度高、收缩率低、高强度和优良的粘结性能等优点，而且其原料易得、价格较低、易于加工成型，以复合材料、灌封材料、胶粘剂等形式广泛应用于许多工业领域，是目前应用最为广泛的封装绝缘材料之一。随着电子设备的不断发展，对于电子封装材料综合性能的要求也不断提高。但目前模块封装材料无法满足碳化硅电力电子器件在高阻断电压、高开关频率的使用需求。

发明内容

功率模块中，基板的陶瓷衬底与其金属铜层的结合界面边缘(三相点)是最薄弱的位置，由于界面处材料介电特性差异较大，电场分布不均匀，成为实际工作状态下最易发生破坏失效的位置。本发明提供一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层制备方法和应用，在此处添加非线性复合涂层材料来均匀三相点处的电场，解决现有技术中模块封装材料无法满足碳化硅电力电子器件的高压、高频需求的问题。

为达到其目的，本发明所采取的技术方案是：

一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层，包括改性碳化硅、双酚A型环氧树脂、低分子聚酰胺固化剂。

所述碳化硅粉体粒径为5μm。

改性碳化硅采用KH-550硅烷偶联剂改性处理但不限于KH-550硅烷偶联剂。

环氧树脂和固化剂以质量比3∶1称量。

所述改性碳化硅与环氧树脂的质量比为1∶3～3∶2。

一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

S1取碳化硅粉体、硅烷偶联剂分散于无水乙醇中超声分散得到改性碳化硅；

S2取双酚A型环氧树脂、改性碳化硅，混合均匀得到高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料；

S3取混合完成的复合材料置于真空去泡室进行真空脱泡处理。

S4在复合材料中加入低分子聚酰胺固化剂并混合均匀，进行真空脱泡处理。