环氧塑封料是用于半导体封装的一种热固性化学材料，由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂作为固化剂，添加硅微粉等填料，并加入多种助剂混合而成的粉状模塑料。 在功率模块封装领域，尤其是SiC等功率器件，塑封料的选择至关重要。目前95%以上的电子元器件均采用环氧塑封料封装。 SiC功率模块的封装材料发展趋势是朝着更高的热导率、更低的热膨胀系数、更好的机械性能和更高的可靠性方向发展。这些材料需要能够在高温、高压、高频等环境下稳定工作，同时具备良好的电气绝缘性能和化学稳定性。
但随着功率器件小型化、集成化及功率密度提升，热管理面临重大挑战。当前以环氧塑封料（EMC）和硅凝胶为代表的有机灌封材料，将SiC器件结温限制在200 ℃以内，亟需更优灌封材料来缓解器件绝缘和散热压力，并提升器件可靠性。
华东理工大学曾惠丹教授团队 、 复 旦大学樊嘉杰研究员团队 与 北京北旭电子材料有限公司 针对宽禁带功率器件灌封材料高绝缘性与耐高温的要求，对玻璃基灌封材料展开研究，发现低熔点玻璃在满足这些要求的基础上还具有良好的加工性能，是解决热管理问题的有效策略之一，且玻璃基灌封材料可通过掺杂陶瓷填料优化热性能和机械性能，尤其是在强度、热膨胀系数（CTE）和热导率方面。 研究团队制备了一种玻璃基灌封材料，通过掺杂负膨胀材料PbTiO 3 ，将材料的CTE调整至与SiC芯片的CTE（3×10 -6 ~9×10 -6 ℃ -1 ）相匹配，并使封装的器件能够在300 ℃下长期运行，玻璃基灌封材料制备与灌封流程如图1所示。经有限元分析（FEA）证实，玻璃基灌封材料CTE的下降可有效降低材料内部热应力。最终，含质量分数为10%的PbTiO 3 玻璃基灌封材料的玻璃化转变温度 T g 为310 ℃，CTE为8.48×10 -6 ℃ -1 ，并成功封装了TO-247封装形式的SiC肖特基势垒二极管（SBD）。封装后的器件具有低漏电流、1 700 V的反向击穿电压和0.45 ℃/W的热阻。该器件经过1 176 h的高温步进存储老化实验（包括在300 ℃下老化336 h）后仍能保持优异的性能，不同高温存储时间后玻封器件与EMC灌封器件的正向压降 V f 对比如图2所示。器件在100次温度循环（−50~150 ℃）测试后性能变化很小，如图3所示。可靠性性能分析结果表明，玻封SiC SBD与EMC灌封器件相比稳定性更出色，这些结果凸显了玻璃基灌封材料在宽禁带功率器件中的潜力。 图2 不同高温存储时间后玻封器件与EMC灌封器件的Vf对比 图3 100次温度循环测试前后玻封SiC SBD的Id和击穿电压（BV） 新型玻璃基灌封材料能够将 SiC 功率器件的工作温度提升至 300℃ ，从而最大程度地减少与冷却和热管理系统相关的重量、尺寸和复杂性。随着对高性能功率器件需求的不断增长，未来有望制备出更多不同体系的灌封玻璃基复合材料并开发新型封装技术。这使得将功率模块的绝缘阻挡层从有机材料转变为无机非金属玻璃基材料成为可能，从而支持更高的结温。这为玻璃材料在半导体封装领域的广泛应用提供了方向。此外，玻璃卓越的机械、物理、抗辐射和光学特性，与先进的封装技术和检测技术相结合，将有助于克服有机材料的局限性，还能促进封装内晶体管的进一步微型化，推动摩尔定律延续，为未来数据中心和人工智能产品的开发提供关键支持。(陈俊伟 曾惠丹)原始文献：
CHEN J W, LUO T，HUANG H B，et al. Glass-based encapsulant enabling SiC power devices to long-term operate at 300℃[J]. Applied Surface Science, 2025, 680: 161452
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