有機硅作為一種穩(wěn)定可靠的高分子材料在IGBT上的主要應用是灌封（即硅凝膠，Silicone gel）和導熱（即涂覆模塊與散熱板之間的高導熱硅脂）。有機硅凝膠是一種存在液體和固體兩種相態(tài)的“固液共存”的特殊硅橡膠，其質地很柔軟，不會對IGBT芯片產生機械應力，即使所處溫度介于-50℃~200℃，其柔軟性能也基本不變，能很好地保護IGBT芯片免受濕氣侵蝕，達到絕緣、防潮、防塵、減震和防腐蝕的作用。

有機硅凝膠種類繁多，就反應類型來看可以分為加成型和縮合型?？s合型有機硅凝膠具有較好的粘接性和自修復性，但反應過程中會有小分子物質產生，收縮率較大且容易形成氣泡，因此并不適合灌封要求較高的功率半導體封裝。加成型有機硅凝膠主要是由乙烯基硅油（或丙烯基）、含氫硅油以及貴金屬催化劑等組成，反應過程為乙烯基與活性氫的加成反應，無副產物產生，硫化物純度高且無收縮，因此在IGBT封裝中主要采用的是加成型有機硅凝膠。

普通線性聚二甲基硅氧烷（PDMS）凝膠在超過175℃的高溫下存放時間超過1000h后會變脆，機械性能和介電性能下降很嚴重，甚至會開裂。而隨著IGBT模塊封裝形式的不斷發(fā)展，對于封裝所采用的有機硅凝膠也提出更高的需求。IGBT模塊封裝用有機硅凝膠的高純度、耐高溫性和高介電性是需要重點關注的發(fā)展方向。有機硅凝膠純度不足的原因是由于原材料純度和制備工藝所導致。離子含量過高的有機硅凝膠在長期的高溫和高電場強度環(huán)境中會發(fā)生黃變、硬化、金屬離子遷移等問題，直接影響IGBT的可靠性，因此對于有機硅凝膠純度的問題需要重點關注。瓦克開發(fā)出的超純度有機硅凝膠其總殘余離子含量<2ppm，特別是SEMICOSIL 915HT和SEMICOSIL 920LT兩款有機硅凝膠具有純度高，耐黃變性好的優(yōu)點。

新一代IGBT模塊，如碳化硅、氮化鎵等功率模塊的發(fā)展也對有機硅凝膠的耐高溫性和介電性是新的考驗。信越關注了有機硅凝膠在高溫下的“凝膠裂縫”現象和長期在200℃下使用的有機硅凝膠的開發(fā)和應用，并對有機硅凝膠在高溫儲存下的失效模式以及如何克服這些失效模式進行探討。瓦克推出的SEMICOSIL 915HT有機硅凝膠可以使用紫外線活化的催化劑進行固化，即使在室溫下也能縮短處理時間，其混合比例10:1，硫化后介電常數2.8，介電強度達到30.0kV/mm，在210℃的高溫下測試2000h后外觀和機械性能基本不變，具有很好的介電性能和耐高溫性能。道康寧也為新一代功率模塊在200℃連續(xù)工作而開發(fā)出耐高溫有機硅凝膠，該硅凝膠在215℃的高溫下耐受時間達2000h。趙慧宇等以自制乙烯基硅油和含氫硅油為原材料，開發(fā)出用于IGBT模塊灌封的雙組分加成型硅凝膠，其介電強度達到22.6kV/mm，相對介電常數為2.65，具有較高的電絕緣性。丁聘等以聚甲基乙烯基硅氧烷為基礎硅油、端含氫硅油為擴鏈劑、側鏈含氫硅油為交聯(lián)劑，輔以鉑催化劑和炔醇類抑制劑，制備出的雙組分有機硅凝膠經過對6500V的IGBT模塊進行灌封評估后發(fā)現模塊局部放電量小于10pC，順利通過模塊振動、高溫存儲、低溫存儲等多項應用性試驗。筆者之前設計了一種MDT樹脂應用于耐高溫的有機硅凝膠，使其在220℃下熱老化1000h不發(fā)生黃變，具有很好的耐高溫性能。

表1 幾種功率模塊封裝用有機硅凝膠性能

Tab.1 the performances of Silicone gelfor power module package

通過混合高介電強度的填料也可以改善有機硅凝膠的介電性能。Wang等采用在有機硅凝膠中添加BaTiO3粉體的方式以提高硅凝膠的相對介電常數，通過檢測發(fā)現硅凝膠介電常數達到6.4，且會隨著電場改變而改變，實現了硅凝膠的介電常數可調性，并利用復合硅凝膠在3300V的商業(yè)化IGBT模塊進行測試。王昭等進一步利用有限元分析方法分析了BaTiO3復合硅凝膠對IGBT模塊內部電場分布的影響，驗證了提高硅凝膠介電常數對IGBT模塊內電場強度的抑制作用。

筆者介紹：

曾亮（1984.09-），男，湖南株洲人，漢族，高級工程師。長期從事功率半導體封裝用高分子材料研究與開發(fā)。

曾就職于中國中車、中國化工等公司，目前就職于湖南國芯半導體科技有限公司。