工程塑料在IGBT模塊外殼的應用

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，又稱為絕緣閘極雙極性電晶體。作為新型功率半導體器件的主流器件，IGBT已廣泛應用于工業(yè)、4C（通信、計算機、消費電子、汽車電子）、航空航天、國防軍工等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領域，以及軌道交通、新能源、智能電網(wǎng)、新能源汽車等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領域。IGBT模塊在電動汽車中發(fā)揮著至關重要的作用，是電動汽車及充電樁等設備的核心技術部件。IGBT模塊占電動汽車成本將近10％，占充電樁成本約20％。

功率模塊封裝所采用的塑料框架(Plastic Fram)必須達到很高的技術要求，如在工作溫度區(qū)間內(nèi)（如軌道交通用IGBT模塊長期運行溫度為-55~125℃）具有較高的的拉伸強度且機械強度穩(wěn)定，能承受短期超過250℃的高溫以適用中低功率模塊的焊接工藝。此外所選用的材料必須具有很好的電氣絕緣性能，相對電痕指數(shù)(Comparative Tracking Index, CTI)要求較高且能承受高度的電磁污染，無鹵和氧化銻等害物質且能滿足激光打標等要求等。

IGBT模塊的塑封材料基本上采用PBT或PPS，但也有采用PPA、PA、LCP等材料的情況。日本通常使用PPS，而歐美則更喜歡采用PPA。目前市場上常見的殼體材料主要還是集中在PBT和PPS上。在耐溫要求不高的情況下，PBT仍然是被廣泛采用的材料。然而，對于高耐溫要求的器件，例如SiC運行功率較高的情況下，通常需要采用高溫材料PPS或9T。

汽車中IGBT模塊常用的PBT材料雖耐高壓擊穿，但不耐高溫；而通過填充、改性后的PPS具有優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕、耐磨、阻燃、均衡的物理機械性能和極好的尺寸穩(wěn)定性以及優(yōu)良的電性能等特點，經(jīng)特殊配方改性后的PPS不僅耐高壓，CTI值高達600V，同時也耐高溫，滿足IGBT模塊的材料需求。

表1 幾種制造IGBT模塊塑料框架材料的基本性能

Tab.1 the performances of Plastic framefor IGBT package

下面給大家列出國內(nèi)外有涉及IGBT模塊外殼材料的企業(yè)，排名不分先后，由于資料有限，未能詳盡所有企業(yè)，僅供參考。如您有興趣可以關注艾邦半導體網(wǎng)公眾號，并申請加入IGBT產(chǎn)業(yè)微信群。

1. 東麗株式會社（Toray）

日本東麗株式會社(Toray)成立于1926年，是一家世界知名的綜合型跨國化學企業(yè)。

東麗性能卓越的工程塑料產(chǎn)品TORELINA? 樹脂擁有卓越的耐熱性、阻燃性、耐化學性以及出色的機械強度，良好的流動性使其擁有完美的尺寸精度。由于具備卓越的特性，TORELINA? 樹脂成為眾多應用領域的理想之選，比如開關、連接器等電氣電子設備、交流發(fā)電機等汽車部件以及底座和外殼等辦公設備部件。

2. 巴斯夫

巴斯夫推出了一種聚苯二甲酰胺(PPA)，可為電力電子設備提供智能技術和輕量化的塑料部件。該產(chǎn)品名為Ultramid? Advanced N3U41 G6 LS，是一種無鹵阻燃化合物，能夠用于制造絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的外殼。這種材料具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、低吸水性、出色的電氣性能和相對漏電起痕指數(shù)(CTI)超過600V的特點。與迄今為止用于IGBT的材料相比，Ultramid? Advanced N3U41 G6 LS的爬電距離更低，絕緣性能更好，有助于IGBT實現(xiàn)輕量化和小型化。

該產(chǎn)品還具有優(yōu)異的耐化學性和尺寸穩(wěn)定性，可提升電動汽車、高速鐵路、太陽能和風能以及智能制造領域IGBT的強度、長期性能和可靠性。它可以保護半導體免受機械以及環(huán)境影響，如水氣、灰塵和污垢等。Ultramid? Advanced N3U41 G6 LS經(jīng)過UL認證，具有優(yōu)異的電氣RTI（相對熱指數(shù)）值，高達150°C。同時，它不含鹵素等腐蝕性成分，可以避免接觸腐蝕風險。在IGBT的生產(chǎn)工藝方面，巴斯夫PPA可與金屬組件一起注射成型，并與半導體封裝材料具備良好的相容性。

3. 索爾維（Solvay）

索爾維的產(chǎn)品Ryton? 聚苯硫醚(PPS)是一種半結晶、高熱聚合物，可為需要承受長時間高溫服務的精密模制部件提供出色的尺寸穩(wěn)定性。它具有長期和短期的穩(wěn)定性、固有的阻燃性，有極高的模量和抗蠕變性，介電和絕緣性能在各種條件下都很穩(wěn)定，并提供可與PEEK 和含氟聚合物相媲美的耐化學性。

Ryton? PPS可用于IGBT的電容器、相引線匯流條/AC連接器棒、冷卻回路組件（冷卻劑通道蓋、電容器/IGBT散熱片）、外殼和頂蓋等。

4. 深圳市沃特新材料股份有限公司

深圳沃特股份新材料有限公司，公司成立于2001年，股票代碼002886。經(jīng)過近二十余年的發(fā)展，已成長為一家全球領先的特種高分子材料方案提供商。

在新能源電動汽車800V高壓零部件和元器件的電控OBC DC/DC IGBT高壓連接器，繼電器，熔斷器，薄膜電容，沃特針對性推出PPS(CT1600V-650V)、PPA6T10T(CTI800V)材料。

5. 江蘇歐瑞達新材料科技有限公司

江蘇歐瑞達新材料科技有限公司 定位于高性能聚合物PPS（聚苯硫醚）、HTPA（高溫尼龍）、LCP（液晶聚合物）等高溫特種系列工程材料的循環(huán)利用、改性、定制、加工、配色，為塑料創(chuàng)新應用和綠色環(huán)境創(chuàng)建應運而生！并致力于開展企業(yè)活動來貢獻社會，并以解決相關的社會課題為目標，構建起立足于顧客價值的事業(yè)戰(zhàn)略方針。

6. 蘇州納磐新材料科技有限公司

官網(wǎng)：http://www.napomaterial.com/

蘇州納磐新材料科技有限公司成立于2016年2月，位于江蘇省蘇州工業(yè)園區(qū)蘇州納米城，是一家從納米粉體制備到特種工程塑料到碳纖維復合材料等為客戶提供綜合材料解決方案的科技型企業(yè)。

納磐PPS材料是專門用于IGBT模塊生產(chǎn)的工程塑料，有著高流動性、高CTI值等優(yōu)勢，用于注塑IGBT模塊的塑料部分不僅外觀精美，而且生產(chǎn)效率高。

7. 山東賽恩吉新材料有限公司

賽恩吉耐電弧高CTI聚苯硫醚PPS復合材料可以解決汽車領域IGBT動力模組，以及耐電弧需求電子電氣領域如高絕緣繼電器產(chǎn)品等，提高產(chǎn)品高電壓絕緣等級。

賽恩吉耐電弧高CTI聚苯硫醚PPS復合材料成功應用與高電壓絕緣要求的IGBT動力模組及繼電器領域產(chǎn)品。

8. 四川中科興業(yè)高新材料有限公司

四川中科興業(yè)高新材料有限公司是一家以高新技術成果轉化為主導，以聚苯硫醚(PPS)和聚芳硫醚砜(PASS)高分子材料研發(fā)為技術突破口，專業(yè)致力于國家尖端高分子聚合材料及其深加工分離膜的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的企業(yè)。成功研制出一款具有高CTI值、高機械穩(wěn)定性等高性能PPS改性材料，并且通過了IGBT模塊試驗，將實裝于新能源汽車IGBT模塊框架，實現(xiàn)中科興業(yè)在新能源產(chǎn)業(yè)研發(fā)布局上的又一細分領域突破。

9. 四川中物材料股份有限公司

四川中物材料股份有限公司專業(yè)從事高性能復合材料的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和技術服務，以PPS等特種改性工程塑料、LCD和LED電子用功能性高分子材料和配套國防尖端武器為發(fā)展重點。

10. 上海普利特伴泰材料科技有限公司

上海普利特伴泰材料科技有限公司是上海普利特復合材料股份有限公司子公司，坐落在上海市青浦區(qū)新業(yè)路558號。公司主要業(yè)務為PPS復合材料、PPA復合材料、特種尼龍復合材料、導電抗靜電導熱等復合材料。產(chǎn)品主要應用航空航天、汽車、電子電氣等產(chǎn)業(yè)。

11. 江西聚真科技發(fā)展有限公司

江西聚真科技發(fā)展有限公司成立于2018年，是一家專注于改性聚苯硫醚(PPS)研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的民營企業(yè)。

公司的技術團隊由四川大學、北京化工大學、中北大學等高校的博士及研究生組成，團隊成員從業(yè)經(jīng)驗均達15年以上，是中國最早研究改性聚苯硫醚的一批專家。

12. 江蘇邦正新材料有限公司

江蘇邦正新材料有限公司專注PPS改性材料。產(chǎn)品廣泛應用于新能源汽車電子水泵、電容器塑殼、IGBT塑料外殼、電池蓋板、PTC支架等，在傳統(tǒng)汽車配件、電子電器、家電、醫(yī)療等領域也應用廣泛。

13. 株洲時代新材料科技股份有限公司

株洲時代新材料和湖南省其他突破了新技術、新裝備，掌握了核心技術的企業(yè)和研究機構將其技術及產(chǎn)品系列不斷延伸到各個行業(yè)，逐步在湖南形成了較為完整的IGBT產(chǎn)業(yè)鏈。同時基于這三個層次，在材料及設備、產(chǎn)業(yè)化、應用等領域不斷強化產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，如時代新材開發(fā)出適用于IGBT封裝用管殼高溫尼龍材料，可以滿足IGBT塑料管殼制造所需原材料的需求。

14. 南通星辰合成材料有限公司

南通星辰合成材料有限公司成立于1975年，前身為化學工業(yè)部南通合成材料廠，1997年進入中國藍星(集團)股份有限公司。

中國藍星推出了Starester? PBT聚酯產(chǎn)品具有良好的高低溫冷熱沖擊性能、優(yōu)異的阻燃性能、低翹曲、出色的電氣絕緣性能、優(yōu)異的激光雕刻特性等優(yōu)點，是制造IGBT模塊外殼的優(yōu)質材料。

Starester? PBT的金屬嵌件成型技術將確保嵌件能夠經(jīng)受冷熱沖擊而不開裂，且其具有優(yōu)異的阻燃性能；具有較低的結晶度和結晶溫度，以減少收縮，從而確保尺寸穩(wěn)定性和低翹曲；同時其絕緣性能、介電強度、體積電阻和抗電弧性能均達到優(yōu)異水平，材料吸水性低的特性能在惡劣環(huán)境下保持良好的電性能，保證產(chǎn)品的使用安全；Starester? PBT 的激光敏感技術應用于制品表面的激光雕刻與油墨印刷相比能夠保持更持久的清晰，具有更高的生產(chǎn)效率，更低的生產(chǎn)成本及更好的環(huán)境友好性。

15. 康輝新材料科技有限公司

康輝新材料科技有限公司于2011年落戶營口仙人島經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，是恒力集團旗下-恒力石化股份有限公司（股票代碼：600346）全資子公司。

由于篇幅有限，部分IGBT材料知名企業(yè)如杜邦，三菱等企業(yè)的材料未能列出。隨著碳化硅等功率模塊運行溫度的上升，強度高、高尺寸穩(wěn)定性、耐高溫、CTI值高加工性好的塑料框架是需要關注的發(fā)展方向。歡迎大家識別二維碼加入IGBT產(chǎn)業(yè)微信群。

部分資料參考：

高分子材料在功率模塊封裝中的研究與應用：外殼材料  曾亮

2023年 IGBT 產(chǎn)業(yè)高峰論壇

IGBT Industry Summit Forum

6月29日（周四）

昆山金陵大飯店

地址：蘇州市昆山市 前進東路389號

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