本发明属于功率电子器件封装技术领域，涉及一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层制备方法和应用。
背景技术：
以碳化硅(sic)为代表的第三代宽禁带半导体材料具有高击穿电场强度(约为硅基材料的10倍)以及低本征载流子浓度(常温下为硅基材料的10-20)等特点，在硅基器件性能接近于摩尔极限的现状下，已成为功率电力电子器件的新的发展方向。高击穿电场强度意味着碳化硅电力电子器件可以拥有比硅基器件更优越的高压特性和更小的导通阻抗，可以承受更高的阻断电压。此外，碳化硅材料具有的高饱和迁移速度和低介电系数也为器件带来了良好的高频特性。因此，碳化硅器件在高电压、大容量、高温、高频率的应用中具有广泛前景，为了实现碳化硅功率器件在高压大容量电路中的应用，将器件模块化显得十分必要。
模块封装是利用绝缘材料，在排除空气的条件下填充在模块内部，能够有效防止模块电路板在震动、潮湿、腐蚀等恶劣环境发生损坏。用于灌装的材料多种多样，主要采用各种合成聚合物，环氧树脂、聚氨脂弹性体以及有机硅聚合物三大类聚合物用得最为广泛。环氧树脂具有耐腐蚀性、粘结强度高、收缩率低、高强度和优良的粘结性能等优点，而且其原料易得、价格较低、易于加工成型，以复合材料、灌封材料、胶粘剂等形式广泛应用于许多工业领域，是目前应用最为广泛的封装绝缘材料之一。随着电子设备的不断发展，对于电子封装材料综合性能的要求也不断提高。但目前模块封装材料无法满足碳化硅电力电子器件在高阻断电压、高开关频率的使用需求。
技术实现要素：
功率模块中，基板的陶瓷衬底与其金属铜层的结合界面边缘(三相点)是最薄弱的位置，由于界面处材料介电特性差异较大，电场分布不均匀，成为实际工作状态下最易发生破坏失效的位置。本发明提供一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层制备方法和应用，在此处添加非线性复合涂层材料来均匀三相点处的电场，解决现有技术中模块封装材料无法满足碳化硅电力电子器件的高压、高频需求的问题。
为达到其目的，本发明所采取的技术方案是：
一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层，包括改性碳化硅、双酚a型环氧树脂、低分子聚酰胺固化剂。
所述碳化硅粉体粒径为5μm。
改性碳化硅采用kh-550硅烷偶联剂改性处理但不限于kh-550硅烷偶联剂。
环氧树脂和固化剂以质量比3∶1称量。
所述改性碳化硅与环氧树脂的质量比为1∶3～3∶2。
一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
s1取碳化硅粉体、硅烷偶联剂分散于无水乙醇中超声分散得到改性碳化硅；
s2取双酚a型环氧树脂、改性碳化硅，混合均匀得到高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料；
s3取混合完成的复合材料置于真空去泡室进行真空脱泡处理。
s4在复合材料中加入低分子聚酰胺固化剂并混合均匀，进行真空脱泡处理。
步骤s1中kh-550硅烷偶联剂、碳化硅粉体及无水乙醇的质量比为1∶199∶199～1∶19∶19，对纳米碳化硅粉体、kh-550硅烷偶联剂、无水乙醇溶液超声震动分散时间为1-2h；步骤s2中混合过程为高速搅拌机高速离心混合20-30min；步骤s3中对复合材料真空脱泡处理时间为10-20min；步骤s4中混合过程为高速搅拌机高速离心混合5-10min，对复合材料真空去泡处理时间为5-10min。
高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层在大功率碳化硅电力电子器件封装中的应用。
所述应用方法为取高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料涂覆在大功率碳化硅电力电子器件封装模块基板的三相点处，高温固化，高温固化处理温度为90℃，保温时间为2h。
本发明的优点：本发明涉及一种大功率碳化硅电力电子器件封装用高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料，本发明具有明显电导非线性，具备在高电压工况均化电场分布的潜能，显著提升模块的耐压性能。且采用将本材料应用于基板薄弱的三相点处，在外灌封硅凝胶的封装方式，既均匀电压，又节省原材料，减少介电损耗。本发明解决了碳化硅电力电子器件高压工况及局部放电过高导致模块击穿失效的问题，为碳化硅电力电子器件高压性能推广使用创造了条件。
附图说明
图1为实施1非线性电导率测试图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种大功率碳化硅电力电子器件封装用高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料，制备步骤如下：取0.5％质量分数的kh-550硅烷偶联剂、30质量份粒径尺寸为5μm的纳米碳化硅共混于无水乙醇中，超声振动分散时间1h，得到改性碳化硅；取100质量份环氧树脂与碳化硅混合，转速2000r/min高速混合20min，得到碳化硅-环氧树脂复合材料，取所得材料置于真空去泡室抽真空放置20min去除气泡；取33质量份固化剂加入复合材料中，涂覆在封装模块基板的三相点处，在氮氢气气氛下90℃保温2h。在外灌封硅凝胶，在烘箱中100℃保温1h。
实施例2
本实施例提供一种大功率碳化硅电力电子器件封装用高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料，制备步骤如下：取0.5％质量分数的kh-550硅烷偶联剂、60质量份粒径尺寸为5μm的纳米碳化硅共混于无水乙醇中，超声振动分散时间1h，得到改性碳化硅；取100质量份环氧树脂与碳化硅混合，转速2000r/min高速混合20min，得到碳化硅-环氧树脂复合材料，取所得材料置于真空去泡室抽真空放置20min去除气泡；取33质量份固化剂加入复合材料中，涂覆在封装模块基板的三相点处，在氮氢气气氛下90℃保温2h。在外灌封硅凝胶，在烘箱中100℃保温1h。
实施例3
本实施例提供一种大功率碳化硅电力电子器件封装用高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料，制备步骤如下：取0.5％质量分数的kh-550硅烷偶联剂、90质量份粒径尺寸为5μm的纳米碳化硅共混于无水乙醇中，超声振动分散时间1h，得到改性碳化硅；取100质量份环氧树脂与碳化硅混合，转速2000r/min高速混合20min，得到碳化硅-环氧树脂复合材料，取所得材料置于真空去泡室抽真空放置20min去除气泡；取33质量份固化剂加入复合材料中，涂覆在封装模块基板的三相点处，在氮氢气气氛下90℃保温2h。在外灌封硅凝胶，在烘箱中100℃保温1h。
实施例4
本实施例提供一种大功率碳化硅电力电子器件封装用高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料，制备步骤如下：取0.5％质量分数的kh-550硅烷偶联剂、120质量份粒径尺寸为5μm的纳米碳化硅共混于无水乙醇中，超声振动分散时间1h，得到改性碳化硅；取100质量份环氧树脂与碳化硅混合，转速2000r/min高速混合20min，得到碳化硅-环氧树脂复合材料，取所得材料置于真空去泡室抽真空放置20min去除气泡；取33质量份固化剂加入复合材料中，涂覆在封装模块基板的三相点处，在氮氢气气氛下90℃保温2h。在外灌封硅凝胶，在烘箱中100℃保温1h。
通过三电极法测试上述实施例所述大功率碳化硅电力电子器件封装用高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料的电导率性能，测试结果(如图1所示)，在场强高于3kv/mm之后，测试电流值开始明显增大，且在场强高于3kv/mm之后，随着场强的增加，电流值仍保持稳定增长，这表明随着场强的增大，实施例所述大功率碳化硅电力电子器件封装用高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料的电导率明显上升，即具备明显电导非线性性能，具备在高压工况下均化大功率碳化硅电力电子器件内部电场分布的作用，耐高电压性能显著提升。且采用将本材料应用于基板薄弱的三相点处，在外灌封硅凝胶的封装方式，既均匀电压，又节省原材料，减少介电损耗。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
1.一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层材料，其特征在于，包括改性碳化硅、双酚a型环氧树脂、低分子聚酰胺固化剂。
2.根据权利要求1所述的高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料，其特征在于，所述纳米碳化硅粉体粒径为5μm。
3.根据权利要求1所述的高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层材料，其特征在于，改性碳化硅采用kh-550硅烷偶联剂改性处理但不限于kh-550硅烷偶联剂。
4.根据权利要求1所述的高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层材料，其特征在于，双酚a型环氧树脂、低分子聚酰胺固化剂的质量比3∶1称量。
5.根据权利要求1所述的高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层材料，其特征在于，所述改性碳化硅与所述有机环氧树脂的质量比为1∶3～3∶2。
6.一种高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1取纳米碳化硅粉体、硅烷偶联剂分散于无水乙醇中超声分散得到改性碳化硅；
s2取双酚a型环氧树脂、改性碳化硅，混合均匀得到高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料；
s3取混合完成的复合材料置于真空去泡室进行真空去泡处理。
7.根据权利要求6所述的高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中kh-550硅烷偶联剂、纳米碳化硅粉体及无水乙醇的质量比为1∶199∶199～1∶19∶19。
8.根据权利要求6所述的高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中对纳米碳化硅粉体、kh-550硅烷偶联剂粉体、无水乙醇溶液超声震动分散时间为1-2h；步骤s2中混合过程为高速搅拌机高速离心混合20-30min；步骤s3中对复合材料真空脱泡处理时间为10-20min；步骤s4中混合过程为高速搅拌机高速离心混合5-10min，对复合材料真空去泡处理时间为5-10min。
9.高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料在大功率碳化硅电力电子器件封装中的应用。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，取高压绝缘碳化硅-环氧树脂复合材料注入大功率碳化硅电力电子器件封装模块中，涂覆在基板的三结合点处，在氮氢气气氛下高温固化，高温固化处理温度为90℃，保温时间为2h。之后在外灌封硅凝胶，烘箱中100℃下保温1h。
技术总结