IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，中文名字叫“絕緣柵雙極型晶體管”。目前主要應(yīng)用在IGBT模塊灌封的是有環(huán)氧膠和有機(jī)硅凝膠兩個(gè)產(chǎn)品。主流的大功率IGBT模塊都是選用的硅凝膠和環(huán)氧膠配合使用，給模塊提供很好的電氣絕緣保護(hù)（有機(jī)硅凝膠），又能給模塊給予很好的機(jī)械強(qiáng)度保護(hù)（環(huán)氧膠）。
有機(jī)硅凝膠封裝的IGBT
圖片來(lái)源：
Published in 2019 IEEE AFRICON 2019
Experimental Investigation of IGBT Silicone Gel Removal
S. S. Bugingo, P. Freere, Kathy Garde, H. Schalekamp, P. Ghimire, Ross Schultz
有機(jī)硅凝膠是一種既可以常溫下固化又可以升溫固化的液體加成型硅凝膠,具有優(yōu)異的防潮、防水、耐臭氧、耐輻射、耐氣候老化等特性，可在-40℃～200℃長(zhǎng)期使用，電器性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性好。水樣般清澈透明的硅凝膠又叫果凍膠，廣泛應(yīng)用于電子灌封、照明和醫(yī)療等領(lǐng)域離子含量低，為芯片提供最佳的絕緣保護(hù)。應(yīng)力超低，因?yàn)楸旧淼哪Ａ恐挥?0-3，減少芯片收到的應(yīng)力。
灌封就是將液態(tài)產(chǎn)品用機(jī)械或手工方式灌入裝有電子元件、線路的器件內(nèi)，在常溫或加熱條件下固化成為性能優(yōu)異的熱固性高分子絕緣材料。
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灌封強(qiáng)化電子器件的整體性，提高對(duì)外來(lái)沖擊、震動(dòng)的抵抗力；
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提高內(nèi)部元件、線路間絕緣，有利于器件小型化、輕量化；
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避免元件、線路直接暴露，改善器件的防水、防潮性能，并提高使用性能和穩(wěn)定參數(shù)
硅凝膠的基本介紹
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有機(jī)硅是半有機(jī)半無(wú)機(jī)材料
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無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化結(jié)構(gòu)，是有機(jī)硅材料特性的根本所在
由于具有上圖的空間排布，所以有機(jī)硅材料具有良好的低模量和彈性，疏水性，阻燃性，介電穩(wěn)定性。
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有機(jī)硅本身吸水率很低
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表面材質(zhì) |
水接觸角 |
表面張力(mN/m) |
24小時(shí)本身吸水率 |
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有機(jī)硅 |
100-110 |
21-22 |
0.1-0.3% |
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玻璃 |
0 |
75 |
0 |
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PBT |
88 |
39.5 |
0.1-0.3% |
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環(huán)氧 |
85 |
40 |
0.015 |
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PTFE |
118-120 |
18-20 |
0.001-0.005% |
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有機(jī)硅的卓越的耐老化性來(lái)自硅氧鍵的高鍵能
Si鍵和C鍵的鍵能（kJ/mol）
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元素 |
碳 |
硅 |
氫 |
氧 |
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硅鍵 |
334-242 |
188 |
303 |
422 |
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碳鍵 |
344 |
344-242 |
413 |
344 |
? 有機(jī)硅的硅氧健鍵能是422kJ/mol，高于主鏈?zhǔn)翘继兼I鍵能為344 kJ/mol的傳統(tǒng)有機(jī)橡膠和樹(shù)脂，例如環(huán)氧樹(shù)脂等
? 紫外線的能量：398kJ/mol
? 因此有機(jī)硅的熱穩(wěn)定性，耐UV性能，耐候性能以及耐化學(xué)性等性 能都要高出傳統(tǒng)有機(jī)橡膠和樹(shù)脂，例如環(huán)氧樹(shù)脂等
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無(wú)毒害
鹵素測(cè)試方法 :
參照EN 14582：2016方法測(cè)定，采用IC進(jìn)行分析
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單位 |
MDL |
1 |
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氟 |
mg/kg |
50 |
ND |
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氯 |
mg/kg |
50 |
ND |
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溴 |
mg/kg |
50 |
ND |
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碘 |
mg/kg |
50 |
ND |
? 鹵素含量低于50PPM
? 符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)不含有重金屬
? 符合REACH標(biāo)準(zhǔn)
? 部分產(chǎn)品通過(guò)UL認(rèn)證
? 不添加雙酚A，短鏈?zhǔn)炗?，增塑劑等有害物質(zhì)
? 部分產(chǎn)品通過(guò)FDA認(rèn)證
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離子含量低
滿足高等級(jí)電子封裝客戶的要求，經(jīng)過(guò)特別處理的有機(jī)硅產(chǎn)品離子含量可以達(dá)到如下級(jí)別：
Cl- <5ppm
Na+ <3ppm
K+ <1ppm
IGBT行業(yè)對(duì)膠水基本需求：
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膠水性能 |
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錐入度 (9.38g錐, 1/10mm) : 50-90 |
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粘度: <1200 mPa.s |
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操作時(shí)間: ≥1小時(shí) |
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體積收縮: <0.2% |
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粘結(jié)力: > 1kgf/cm2 (PBT) |
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體積電阻率: 1015.Ωcm |
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介電強(qiáng)度: 20KV/mm |
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介電常數(shù): <3.0 |
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耐高溫: 180-210℃ |
IGBT硅凝膠錐入度測(cè)試
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工藝性能 |
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加熱固化，UV一般不需要 |
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雙組份設(shè)備供膠，也有單 |
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組分的膠水 |
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保質(zhì)期長(zhǎng) |
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操作期長(zhǎng),固化快 |
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脫泡快速 |
IGBT行業(yè)一般老化測(cè)試條件：
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高溫UL |
180°C 3000小時(shí)或者200°C 1000小時(shí) |
膠體不開(kāi)裂，硬度變化不大 |
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HAST實(shí)驗(yàn) |
130°C 90-95%濕度 96小時(shí) |
9KV電壓5mA電流，60秒測(cè)試，10秒升壓，測(cè)試耐電壓擊穿性能 |
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冷熱循環(huán) |
-40°C-125°C |
9KV電壓5mA電流，60秒測(cè)試，10秒升壓，測(cè)試耐電壓擊穿性能 |
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鹽霧試驗(yàn) |
無(wú) |
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常見(jiàn)與硅膠“相關(guān)”的問(wèn)題：
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常見(jiàn)問(wèn)題 |
主要原因 |
解決方法 |
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硅膠變硬 |
1.高溫下硅膠交聯(lián)增加，硬度增加 |
1.采用耐高溫的硅膠 |
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2.時(shí)間長(zhǎng)了硬度增加 |
2.前期固化不夠,或者硅膠配方差 |
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氣泡 |
1.工藝和設(shè)備操作不當(dāng)混入氣泡(常溫) |
1.控制工藝 |
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2.膠水本身?yè)]發(fā)率高(易發(fā)生高溫氣泡) |
2.采用低揮發(fā),耐高溫的膠水 |
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3.過(guò)電流電壓產(chǎn)生氣泡 |
3.采用極性集團(tuán)少的硅膠 |
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4.硅膠和邊框膠不兼容反應(yīng) |
4.采用適合的邊框密封膠 |
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5.清洗劑殘留揮發(fā) |
5.采用合適的清洗劑 |
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固化抑制 |
硅膠是鉑金加成體系催化劑易與含硫、磷、氨等元素反應(yīng)造成失效 |
1.灌膠前徹底清洗線路板 |
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2.采用抗抑制的硅膠 |
素材來(lái)源：
1：安徽漢碟電子材料
2：大功率IGBT模塊有機(jī)硅凝膠介紹 曾亮
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦半導(dǎo)體網(wǎng)）：硅凝膠在IGBT模塊應(yīng)用介紹