封装绝缘材料是电力电子器件中最主要的绝缘组件，它的特性决定了高电压功率器件的适用性。天津大学、天津工业大学等单位的研究人员李俊杰、梅云辉等，在年第3期《电工技术学报》上撰文，出了一种添加纳米级颗粒碳化硅的硅凝胶复合电介质材料，该新型硅凝胶基复合电介质材料具有显著的非线性电导特性。
人们希望功率器件可以应用在高温、高压、高开关频率等要求的场合以提升电能转换效率。目前，更高电压等级的SiC功率芯片如15kVIGBT、13kVPiN、15kVMOSFET等已得到开发，但尚未得到实际封装应用。这主要是由于目前的半导体封装技术无法实现更高电压等级器件的封装。
如果沿用硅基器件的封装方案，在高阻断电压工况下，封装绝缘材料内部会承受较高的电应力，导致局部放电，加速绝缘材料老化，甚至导致绝缘击穿，给电力系统长期安全运行带来极大威胁。因此改善功率模块内部电场分布的均匀程度，提升局部放电起始电压（PartialDischargeInceptionVoltage,PDIV）对功率器件性能提升及电力系统长期运行可靠性具有重要意义。
均化功率器件内部电场分布的方法主要有两种：一种方法是几何，通过改善几何结构，优化基板结构和尺寸等改善电场分布；第二种方法是采用电场调制的绝缘材料来均匀化电场分布。
关于电场调制的绝缘材料的研究已广泛开展于电缆端子、绝缘体、定子线圈等方面，但在功率电力电子器件中研究较少。L.Donzel等在聚酰亚胺中掺杂氧化锌，制备了非线性电导均压材料，并通过数值模拟验证了其对于功率模块内部电场分布的均化效果；N.Wang等在硅凝胶中添加钛酸钡制备了非线性介电材料，并应用于模块封装，实现了提升局部放电起始电压的效果。但目前关于非线性电导均压材料应用于功率模块封装的实验研究尚不多。
天津大学、天津工业大学等单位的研究人员制备了不同掺杂量的纳米SiC/硅凝胶复合电介质，并通过实验研究了纳米填料的掺杂量及温度对于复合电介质直流电导特性的影响。同时以复合电介质为封装绝缘材料制备功率模块，进行局部放电实验，结合三维电场分布模拟，研究了其对于局部放电的优化效果。最后进行了热氧老化实验及温度循环实验，初步探索了复合电介质的可靠性。
图1局部放电测试方法原理图图2三维电场分布模拟科研人员发现，该复合电介质的电导率呈现明显的非线性变化规律，同时其电导率随温度的升高而下降，与温度呈显著负相关。通过数值模拟结合实验研究，验证了在SiC掺杂量为60%时，可显著提升所封装功率模块的PDIV值超过42.03%。同时，经热氧老化实验及温度循环实验初步验证，纳米SiC/硅凝胶复合电介质对于功率模块长期绝缘稳定性及工作可靠性不低于商用硅凝胶材料。因此，该方法有益于推动更高电压等级功率芯片的模块化可靠封装。
本文编自年第3期《电工技术学报》，论文标题为“功率器件高电压封装用复合电介质灌封材料研究”，作者为李俊杰、梅云辉等。