一种高致密硅凝胶灌封方法技术

本发明专利技术涉及一种高致密硅凝胶灌封方法，属于弹性压接型功率器件领域，通过逐层灌封与分阶段脱气相结合的方法，减小每层要脱气的硅凝胶厚度，降低狭小缝隙处硅凝胶的压强，使气泡更容易膨大，进而使其容易脱离缝隙，减少器件封装用硅凝胶中残存气泡，提高封装材料的绝缘能力，进而提升器件的整体耐压能力。进而提升器件的整体耐压能力。进而提升器件的整体耐压能力。

【技术实现步骤摘要】
一种高致密硅凝胶灌封方法


[0001]本专利技术涉及弹性压接型功率器件领域，特别是涉及一种高致密硅凝胶灌封方法。

技术介绍

[0002]弹性压接型高压大功率器件是高压直流装备的核心器件，而弹性压接型高压大功率器件内部作为绝缘介质的灌封胶的绝缘问题是制约器件耐压水平和使用寿命的关键因素。
[0003]弹性压接型高压大功率器件在正常运行中工作在反复导通关断的状态，导致器件内部绝缘承受较高的方波电压，而由于器件体积较小，因此器件内部电场强度非常大，部分区域场强能够达到105V/mm的数量级，对器件内部的绝缘水平提出了极高要求。因此，工程上一般利用灌封的方式提高器件内部元件的绝缘，还可以强化器件的整体性，有利于提高器件的使用性能和参数稳定性。常见的灌封胶主要有环氧树脂灌封胶、有机硅灌封胶和聚氨酯灌封胶，其中有机硅灌封胶由于其优异的耐热性与较低的硬度，成为高压大功率器件常用的灌封胶。
[0004]弹性压接型高压大功率器件内部结构主要包括芯片、有机硅凝胶、双面覆铜板(Direct Bonded Copper，DBC)、碟簧、导流片和电极等，其中承压的绝缘主要包括芯片钝化层与有机硅凝胶的界面绝缘，DBC与有机硅凝胶的界面绝缘，以及有机硅凝胶等封装材料本体的绝缘。因此，器件内部的绝缘水平很大程度上取决于灌封胶的绝缘能力。针对现有商用有机硅凝胶，一般制备过程中会引入气泡，由于气泡的介电强度低且介电常数小，所以气泡的存在会大大降低材料的绝缘性能，引发局部放电，降低器件使用寿命甚至导致器件的击穿，因此需要对有机硅凝胶进行脱气处理。
[0005]现有的灌封与脱气方法是，向器件中一次灌注所有的有机硅凝胶，然后将器件置入真空腔中进行脱气处理。然而，由于高压大功率器件内部结构复杂以及硅凝胶介于固态与液态的特殊性状，该方法难以完全脱除陶瓷基板覆铜层边缘或者是一些裂纹中的气泡。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种高致密硅凝胶灌封方法，以减少器件封装用硅凝胶中残存气泡，提高封装材料的绝缘能力。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0008]一种高致密硅凝胶灌封方法，包括：
[0009]在弹性压接型功率器件内部逐层灌封硅凝胶，并在灌封每一层硅凝胶后依次进行真空脱气和静置预设时间的操作，直至灌封的硅凝胶的总厚度等于期望厚度；灌封的第一层硅凝胶的厚度值大于双面覆铜板与集电极之间缝隙的高度值且小于芯片的高度值；灌封的第二层硅凝胶覆盖所有芯片和双面覆铜板。
[0010]可选的，所述在弹性压接型功率器件内部逐层灌封硅凝胶，并在灌封每一层硅凝胶后依次进行真空脱气和静置预设时间的操作，直至灌封的硅凝胶的总厚度等于期望厚
度，具体包括：
[0011]在弹性压接型功率器件的双面覆铜板与集电极之间的缝隙处灌封第一层硅凝胶；所述第一层硅凝胶的厚度值大于所述缝隙的高度值且小于芯片的高度值；
[0012]将灌封第一层硅凝胶的弹性压接型功率器件进行真空脱气并在真空脱气后静置预设时间；
[0013]在第一层硅凝胶上灌封第二层硅凝胶；所述第二层硅凝胶覆盖所有芯片和双面覆铜板；
[0014]将灌封第二层硅凝胶的弹性压接型功率器件进行真空脱气并在真空脱气后静置预设时间；
[0015]在第二层硅凝胶上逐层进行灌封一层硅凝胶、真空脱气和静置操作，直至灌封的硅凝胶的总厚度等于期望厚度。
[0016]可选的，所述第一层硅凝胶的厚度值为2mm；所述第二层硅凝胶的厚度值为5mm。
[0017]可选的，所述预设时间的确定方法为：
[0018]当灌封环境的温度大于或等于温度阈值时，预设时间为1.5～2小时；
[0019]当灌封环境的温度小于温度阈值时，预设时间为大于或等于3小时。
[0020]可选的，所述真空脱气，具体包括：
[0021]将弹性压接型功率器件放进真空箱，并依照脱气曲线进行真空抽气。
[0022]可选的，在弹性压接型功率器件内部灌封的每一层硅凝胶的厚度使得经过真空脱气后脱除每一层硅凝胶中的气泡。
[0023]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0024]本专利技术公开一种高致密硅凝胶灌封方法，通过逐层灌封与分阶段脱气相结合的方法，减小每层要脱气的硅凝胶厚度，降低狭小缝隙处硅凝胶的压强，使气泡更容易膨大，进而使其容易脱离缝隙，减少器件封装用硅凝胶中残存气泡，提高封装材料的绝缘能力，进而提升器件的整体耐压能力。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1为现有弹性压接型高压大功率器件在灌封硅凝胶前的剖面图；
[0027]图2为现有弹性压接型高压大功率器件在灌封硅凝胶后的剖面图；
[0028]图3为本专利技术实施例提供的气泡在硅凝胶中的受力情况图；
[0029]图4为本专利技术实施例提供的气泡表面上一个微小面积dA的受力分析图；
[0030]图5为本专利技术实施例提供的第一层硅凝胶脱气示意图；
[0031]图6为本专利技术实施例提供的硅凝胶灌封方法的示意图；
[0032]图7为本专利技术实施例提供的脱气曲线示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]本专利技术的目的是提供一种高致密硅凝胶灌封方法，以减少器件封装用硅凝胶中残存气泡，提高封装材料的绝缘能力。
[0035]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0036]如图1为现有弹性压接型高压大功率器件剖面图，可以看出在栅极引线以及双面覆铜板(Direct Bonded Copper，DBC)(氮化铝极板两面掩盖铜箔的覆铜板称双面覆铜板)处有较小的缝隙，图2为现有器件灌封硅凝胶后脱气过程的示意图，由于较厚的硅凝胶在脱气过程中，阻碍了气体膨胀上浮，因此狭小缝隙中的气体难以排出，降低硅凝胶的绝缘性能，进而容易引发绝缘问题。
[0037]因此本专利提出了逐层灌封与分阶段脱气相结合的方法，分层灌封优化脱气效果的机理为：
[0038]首先分析脱气过程中气泡在硅凝胶中的受力情况，如图3所示，气泡主要受重力G，浮力F，以及阻力R的作用。
[0039]重力G恒定不变，但数值较小，此处可忽略不计。
[0040]浮力F可以被表示为
[0041]F＝ρgV
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高致密硅凝胶灌封方法，其特征在于，包括：在弹性压接型功率器件内部逐层灌封硅凝胶，并在灌封每一层硅凝胶后依次进行真空脱气和静置预设时间的操作，直至灌封的硅凝胶的总厚度等于期望厚度；灌封的第一层硅凝胶的厚度值大于双面覆铜板与集电极之间缝隙的高度值且小于芯片的高度值；灌封的第二层硅凝胶覆盖所有芯片和双面覆铜板。2.根据权利要求1所述的高致密硅凝胶灌封方法，其特征在于，所述在弹性压接型功率器件内部逐层灌封硅凝胶，并在灌封每一层硅凝胶后依次进行真空脱气和静置预设时间的操作，直至灌封的硅凝胶的总厚度等于期望厚度，具体包括：在弹性压接型功率器件的双面覆铜板与集电极之间的缝隙处灌封第一层硅凝胶；所述第一层硅凝胶的厚度值大于所述缝隙的高度值且小于芯片的高度值；将灌封第一层硅凝胶的弹性压接型功率器件进行真空脱气并在真空脱气后静置预设时间；在第一层硅凝胶上灌封第二层硅凝胶；所述第二层硅凝胶覆盖所有芯片和双面覆铜板；将灌...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘相辰，李学宝，赵志斌，崔翔，曹博源，王爽，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：