高填料环氧灌封胶在IGBT功率模块封装中的应用工艺研究

高填料环氧灌封胶在IGBT功率模块封装中的应用工艺研究

——基于全程氮气保护与真空灌胶系统的工程实践

作者：上海普轩电子科技有限公司

Shanghai Puxuan Electronic Technology Co., Ltd.

摘  要：绝缘栅双极型晶体管（IGBT）功率模块是新能源汽车、轨道交通及工业变频等领域的核心功率器件。传统封装工艺以有机硅凝胶灌封为主，但硅凝胶存在成本高、机械强度低及长期吸湿等不足。近年来，以三菱电机DP树脂方案为代表，环氧灌封胶正逐步替代硅凝胶成为IGBT模块封装的重要技术路线。然而，高填料环氧灌封胶体系（如Pelnox MG-152/HY-336）在生产应用中面临固化剂结晶堵管、高填料沉降分层及混合胶液脱泡困难等突出工艺挑战。本文以Pelnox MG-152/HY-336环氧体系为研究对象，系统分析了该材料的理化特性及其在IGBT模块封装中的工艺难点，提出了全程氮气覆盖保护、真空脱气灌封、低速搅拌防沉降及管路加热控温的完整工程解决方案。结合上海普轩电子科技有限公司真空灌胶系统的工程实践，详细阐述了双桶供料、氮气密封、伞型脱泡、精密计量及XYZ三轴真空灌注等关键设备功能的实现方式与工艺参数。通过混合比例核查、X射线气泡检测、温度循环测试及绝缘耐压测试等验证手段，证明该工艺方案能够有效保障IGBT模块灌封质量。本研究为环氧灌封胶在IGBT功率模块量产封装中的规模化应用提供了系统性的工艺参考。

关键词：IGBT功率模块；环氧灌封胶；硅凝胶替代；真空灌封；氮气保护；固化剂结晶；填料沉降；脱泡工艺

1  引言

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）是一种由双极型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼具MOSFET的高输入阻抗和BJT的低导通压降优势[1]。IGBT功率模块广泛应用于新能源汽车电驱系统、轨道交通牵引变流器、工业变频器、光伏逆变器及风力发电变流器等领域，是电能变换与控制的核心器件，被誉为电力电子行业的“CPU”。随着我国新能源产业的高速发展，IGBT模块的年需求量持续增长，封装技术水平直接影响模块的可靠性和使用寿命[2]。

传统IGBT模块封装工艺以有机硅凝胶（Silicone Gel）灌封为主。硅凝胶固化后呈柔软凝胶态，具有极低的弹性模量（通常<0.01 MPa），对键合线（Bond Wire）施加的应力极小，且具备可修复性——当模块需要返修时可较容易地去除硅凝胶。此外，硅凝胶在宽温度范围内（-60℃~200℃）保持稳定的介电性能，长期以来被视为功率模块灌封的“黄金标准”材料。目前国内外主要硅凝胶供应商包括日本信越、德国瓦克、美国迈图及美国陶氏等[2]。然而，硅凝胶也存在明显的局限性：①进口硅凝胶成本高昂，单个大功率模块的灌封材料成本可达数十元；②硅凝胶机械强度低，无法为模块内部元器件提供结构支撑；③硅凝胶在高温运行时可能产生内部气泡，当器件温度升高至125℃以上时气泡数量和体积均会显著增加，影响绝缘性能[1]。

近年来，环氧灌封胶（Epoxy Potting Compound）替代硅凝胶的技术路线引起了业界广泛关注。日本三菱电机率先开发了直接灌封树脂（Direct Potting Resin，DP树脂）技术，将高玻璃化转变温度的特种环氧树脂直接灌注于模块内部，取代传统的硅凝胶层[8][9]。三菱电机的NX封装和LV100封装系列IGBT模块均采用了DP树脂方案，其热冲击和功率循环寿命较传统硅凝胶封装显著提升。与此同时，国内轨道交通IGBT模块封装领域也开始广泛采用“环氧+硅凝胶”双层灌封方案或纯环氧灌封方案[2]。环氧灌封胶替代硅凝胶的驱动因素主要包括：①材料成本降低30%~50%；②工艺简化——环氧固化后机械强度高，部分设计方案可取消壳体顶盖或端盖结构；③模块整体机械强度和抗振动能力大幅提升；④固化后的环氧体系吸水率低、耐化学腐蚀性优于硅凝胶[1][2]。

然而，环氧灌封胶尤其是高填料环氧体系在生产应用中面临一系列工艺挑战。高填料含量带来的填料沉降分层问题、胺类固化剂的结晶析出问题以及中等粘度胶液的真空脱泡问题，均对灌封设备提出了更高的要求。本文以日本Pelnox公司MG-152/HY-336环氧灌封胶体系为研究对象，系统分析其材料特性与工艺难点，并结合上海普轩电子科技有限公司的真空灌胶系统工程实践，提出完整的工艺解决方案，为IGBT模块环氧灌封的规模化生产提供参考。

2  Pelnox MG-152/HY-336环氧体系的特性分析

Pelnox MG-152/HY-336是日本Pelnox株式会社（PELNOX LTD.）开发的双组分室温固化柔性环氧灌封树脂，主要面向汽车电子器件、传感器及功率模块等封装应用[5]。该体系由MG-152主剂和HY-336固化剂组成，其核心设计理念是在环氧体系中实现低模量、高伸长率的“半柔性”特性，从而在提供环氧级绝缘保护的同时，有效缓释IGBT模块在温度循环中产生的热机械应力。

2.1  固化前特性

根据PELNOX LTD.技术资料SL-1578[5]，MG-152/HY-336体系固化前的主要物理参数如下：MG-152主剂外观为透明或黑色粘稠液体，25℃比重为1.10，25℃粘度为3500 mPa·s；HY-336固化剂外观为淡黄色液体，25℃比重为0.96，25℃粘度仅110 mPa·s。两组分的配合比为100∶50（重量比），混合初期粘度（25℃）为560 mPa·s。

从以上参数可以做出如下工艺性分析：①MG-152主剂比重高达1.10，远高于普通未填充环氧树脂的比重（通常1.05~1.08），推断其含有大量无机填料（估计填料重量占比50%~70%），无机填料的加入主要用于降低热膨胀系数（CTE）、提高导热性和改善阻燃性能；②HY-336固化剂粘度极低（110 mPa·s），呈淡黄色，提示其为胺类固化剂体系（脂环胺或改性脂肪胺），低粘度有利于与高粘度主剂快速混合均匀；③100∶50的高配比意味着固化剂用量大，对计量精度的要求更高；④混合后粘度560 mPa·s，属于中等粘度范围——足够流动以灌注IGBT模块内部复杂腔体，但不适合简单自流灌封，需要设备辅助灌注并结合加热降粘[4][5]。

2.2  固化后特性

MG-152/HY-336体系在标准固化条件（25℃×24小时）下的固化产物性能参数见表1。

表1  Pelnox MG-152/HY-336主要性能参数

数据来源：PELNOX LTD. 技术资料 SL-1578[5]

2.3  关键性能分析

（1）低模量与高弹性。Shore A硬度42表明固化物处于“软胶”范畴（Shore A 20~60），Tg仅-9℃意味着在IGBT正常工作温度范围（-40℃~150℃）内，材料始终处于高弹态（Tg以上），具有良好的弹性形变能力。这一特性对于IGBT模块在温度循环中缓释热应力至关重要——当芯片、DBC基板与灌封胶因CTE失配产生相对位移时，低模量材料可通过弹性变形吸收应力，避免脆性开裂[1][5]。

（2）高伸长率。162%的断裂伸长率远优于普通硬质环氧灌封胶（通常<5%），赋予该材料优异的抗开裂能力。在极端温度冲击条件下（如-40℃~150℃快速变温），高伸长率确保灌封胶体不会因热收缩或热膨胀产生裂纹[1][7]。

（3）低杨氏模量。0.53 MPa的杨氏模量接近有机硅凝胶的量级（虽仍高于硅凝胶的<0.01 MPa），属于环氧体系中的“半柔性”级别。这种低模量特性对IGBT模块内部的键合线保护尤为友好——在温度循环中，灌封胶对键合线根部施加的剥离力与灌封材料的弹性模量成正比，低模量可有效延长键合线的疲劳寿命[10]。

（4）高填料含量。主剂比重1.10推断含有大量无机填料（如氧化铝、二氧化硅或氮化硼），高填料配方实现了CTE的有效降低（Tg以下73 ppm/℃相比未填充环氧的150~200 ppm/℃显著改善），同时提升了导热性和阻燃性。但高填料含量也是该产品工艺难点的根本原因——填料的密度远高于树脂基体，在储存和供料过程中极易沉降分层[1][2]。

（5）电气绝缘性能。常态体积电阻率2.2×10¹² Ω·cm满足功率模块绝缘要求，但煮沸2小时后降至7.5×10¹⁰ Ω·cm，下降约29倍，提示该材料在高湿环境下绝缘性能退化明显，因此灌封工艺中需严格控制物料的含水量，生产环境湿度应控制在60%RH以下[5][6]。

3  高填料环氧灌封胶的工艺挑战

3.1  填料沉降问题

MG-152主剂比重1.10，其中无机填料（推断含量50%~70% wt）的真密度通常为2.5~4.0 g/cm³，远高于环氧树脂基体（约1.1~1.2 g/cm³）。根据Stokes沉降定律，球形颗粒在粘性流体中的沉降速度与颗粒密度差和颗粒直径的平方成正比，与流体粘度成反比。当MG-152主剂在料桶中长时间静置（如工间休息或换班间隔），填料颗粒将逐渐向桶底富集，造成上层树脂贫化、下层填料密实的分层现象。沉降分层直接导致以下后果：①灌封时先后注出的胶液填料含量不均匀，A组分的有效成分发生偏移；②填料分布不均导致固化物局部CTE偏离设计值，在温度循环中产生局部应力集中；③严重沉降时底部胶液流动性急剧下降，可能堵塞输料管路[1][2]。

解决方案：料桶内必须配置持续低速搅拌装置（转速1~5 rpm），搅拌轴采用锚式或螺旋桨式结构，在不引入大量气泡的前提下保持填料的均匀悬浮分散。搅拌速度不宜过高，否则会将空气搅入高粘度胶液中形成微泡，增加后续脱泡难度[4]。

3.2  固化剂结晶问题

HY-336固化剂属于胺类固化剂体系，其分子结构中含有活性氨基（—NH₂或—NH—）。胺类化合物具有碱性，在暴露于空气时极易与大气中的二氧化碳（CO₂）和水分（H₂O）发生反应，生成氨基甲酸酯盐（Carbamate Salt），该盐以白色结晶形态析出。这一结晶现象在环氧灌封行业中被称为“胺霜”（Amine Blush）或“碳酸盐结晶”，是胺类固化剂使用中的普遍问题[3]。

结晶在灌封生产中的危害包括：①结晶颗粒在输料管路内壁累积，逐渐缩小管路有效截面积直至完全堵塞；②固化剂消耗不完全导致A/B混合比例漂移——当管路中固化剂流量因结晶堵塞而减小时，实际混合比偏离设计值100∶50，局部区域固化不完全或过度交联；③结晶颗粒混入胶液成为缺陷点，在高压电场中可能引发局部放电。传统应对方法是定期加热管路（60~80℃）使结晶重新溶解，并手动清理管路，但这种方法耗时且无法从根本上防止结晶的再次形成[2]。

根本解决方案：全程氮气覆盖保护。在HY-336固化剂料桶的液面上方持续通入干燥氮气（纯度≥99.9%），维持料桶内微正压（0.01~0.05 MPa表压），将桶内空气完全置换为惰性气氛，从根本上切断胺类固化剂与CO₂和H₂O的接触途径，彻底消除结晶生成的条件。

3.3  脱泡难题

MG-152/HY-336混合后粘度为560 mPa·s，加之高填料含量增加了胶液的触变性，气泡在胶液中的上浮速度极低。根据Stokes定律估算，直径0.1 mm的气泡在560 mPa·s的胶液中上浮速度仅约0.01 mm/s，完全脱除需要极长的静置时间。在常压条件下，气泡的脱除效率更低，因为大气压（101.3 kPa）压缩气泡使其直径缩小，进一步降低浮力[4]。

IGBT模块内部结构复杂，包含IGBT芯片、续流二极管（FWD）芯片、DBC基板、键合线、引线框架等密集元器件。常压灌封时，胶液在流经这些复杂空间时极易在元器件底部、键合线根部和引线框架转角处裹挟气泡，且这些位置的气泡极难通过静置自行排出。残留气泡的危害是多方面的：①气泡处形成绝缘薄弱点，在高电场强度下成为局部放电（Partial Discharge）的起始点，严重时导致绝缘击穿；②气泡降低了灌封胶与元器件表面的有效接触面积，削弱热传导能力；③气泡在温度循环中反复膨胀收缩，加速灌封胶的疲劳裂纹扩展[1][4]。

必须采用真空灌封工艺：在≤10 mbar（1 kPa）的真空环境下执行灌注操作。在低压环境中，溶解在胶液中的气体因外部压力降低而析出形成气泡，气泡体积因内外压差急剧膨胀，浮力大增，快速上浮并从胶液表面逸出。同时，IGBT模块内部空腔中的残余空气在真空条件下被抽出，为胶液的无空洞填充创造条件。国际先进的真空灌封系统（如Atlas Copco Scheugenpflug VDS系列）通常将真空度控制在≤1 mbar，以确保最佳的脱泡效果[4]。

3.4  CTE匹配问题

IGBT功率模块是由多种材料层叠组合的复合结构体，各材料层的CTE存在显著差异。以典型的焊接式IGBT模块为例：硅（Si）芯片CTE约2.6 ppm/℃；氧化铝（Al₂O₃）陶瓷基板CTE约7.0 ppm/℃；DBC铜层CTE约17 ppm/℃；铝端子CTE约23 ppm/℃；而MG-152固化物在Tg以下的CTE为73 ppm/℃（7.3×10⁻⁵/℃），Tg以上为206 ppm/℃（20.6×10⁻⁵/℃）[5]。灌封胶与芯片之间的CTE差异高达一个数量级以上。

在温度冲击试验（-40℃~150℃）中，巨大的CTE失配将在灌封胶与元器件界面处产生剧烈的热应力。MG-152/HY-336体系应对CTE失配的核心机制在于其低杨氏模量（0.53 MPa）和高断裂伸长率（162%）的协同作用：低模量确保在给定应变下产生的应力极小，高伸长率则保证材料在大应变条件下仍不发生断裂。换言之，该材料以“柔性顺从”的方式适应各材料层的差异热膨胀，而非以“刚性约束”的方式硬性匹配CTE——这正是其区别于传统硬质环氧灌封胶的核心设计思想[1][5][8]。

4  真空灌胶工艺系统设计

4.1  工艺流程概述

参考国际先进真空灌封系统（如Atlas Copco Scheugenpflug VDS系列）的工艺架构[4]，结合IGBT模块环氧灌封的特殊需求，完整的工艺流程设计如下：物料预热（40~50℃，降低粘度提高流动性）→物料真空脱气（≤10 mbar，15~30 min，去除溶解气体）→产品装载与腔体抽真空（≤10 mbar）→真空环境下XYZ三轴自动灌注→缓慢破真空（≥30 s，利用大气压辅助填充）→加温固化（60~80℃/4 h或25℃/24 h）→固化后检测。

上述流程中，物料预热和真空脱气是前处理环节，目的是在灌注前将胶液调整至最佳工作状态；真空灌注是核心工艺环节，决定灌封的充填率和气泡水平；缓慢破真空是关键辅助步骤——大气压（101.3 kPa）与腔内残余真空之间的压差可将胶液压入模块内部的微小间隙和死角区域，实现完整充填[4]。

4.2  氮气保护系统

氮气保护系统的设计目标是在整个生产过程中为胺类固化剂HY-336提供惰性气氛隔离。系统设计原理如下：在A组分（MG-152）和B组分（HY-336）料桶的密封盖上分别设置氮气入口，持续通入纯度≥99.9%的干燥氮气（露点≤-40℃），维持料桶内微正压0.01~0.05 MPa表压。氮气保护的目的有二：①对B组分（HY-336）而言，氮气覆盖层隔绝了固化剂与大气CO₂和H₂O的接触，从根本上杜绝氨基甲酸酯结晶的生成；②对A组分（MG-152）而言，氮气覆盖防止高填料体系吸收空气中的水分——吸湿不仅会导致固化物中出现微泡，还可能劣化环氧基团的反应活性。

氮气保护系统的组成为：氮气发生器（或高压钢瓶）→二级减压阀→精密流量计（0~10 L/min）→单向阀→料桶密封盖氮气接口。系统设计中应特别注意：在换桶、清洗管路、停机维护等操作间歇期间，氮气保护必须持续运行不可中断，否则短时间内暴露于空气的HY-336固化剂即可开始结晶过程。

4.3  真空脱气与真空灌封

真空脱气分两个阶段：第一阶段为料桶内预脱气——将A/B组分分别或混合后的胶液置于密封容器中，抽真空至≤10 mbar，同时启动低速搅拌（1~3 rpm），在真空条件下搅拌脱气15~30分钟，使溶解在胶液中的空气和挥发性成分充分析出逸散；第二阶段为真空腔体灌封——将待灌封的IGBT模块放入真空灌封箱，箱体密封后抽真空至≤10 mbar，达到设定真空度后启动XYZ三轴自动灌注机构执行灌封操作[4]。

灌注参数控制是确保灌封质量的关键。针对MG-152/HY-336体系（混合粘度560 mPa·s，含填料），推荐注射压力0.1~0.3 MPa，灌注速度根据模块内腔体积和复杂程度调整，典型灌注量为每模块10~50 mL。为进一步降低工作粘度、提高胶液在模块内部的渗透性，建议对物料进行预加热至40~50℃（此时粘度可降至200~300 mPa·s范围），同时输料管路也需配备加热保温装置维持工作温度[1][4]。灌注完成后的破真空方式对灌封质量有重要影响：应采用缓慢泄压方式，从≤10 mbar恢复至大气压的时间建议≥30秒，使大气压均匀地将胶液压入模块内部所有间隙，避免急速泄压造成的胶液飞溅或气泡回裹。

4.4  填料均匀性控制

除料桶持续搅拌外，生产过程中还需采取多项措施确保填料分布均匀：①料桶侧壁安装超声波探头或光学密度传感器，实时监测胶液密度的垂直分布变化，当上下层密度差超过设定阈值（如±3%）时发出报警提示；②低速搅拌（1~3 rpm螺旋桨）配合料桶加温（40~50℃）协同作用——升温降低粘度有助于搅拌效果的充分发挥；③每班次开工前执行“预循环排料”程序——将管路中停留时间超过2小时的胶液排出并回收，确保进入灌封工位的胶液填料含量均匀一致；④定期取样测量胶液比重，与标准值（混合后约1.05~1.08）进行比对验证[4]。

5  上海普轩电子科技真空灌胶系统的工程解决方案

上海普轩电子科技有限公司是国内专业从事自动灌胶设备研发与制造的企业，在真空灌胶技术领域积累了丰富的工程经验。针对高填料环氧灌封胶在IGBT功率模块封装中的工艺难点，普轩电子科技开发了集物料制备、氮气保护、真空脱泡、精密计量和真空灌注功能于一体的全自动真空灌胶系统。以下从系统各子模块的角度阐述其工程解决方案。

5.1  双桶供料系统

系统采用“工作桶+备料桶”双桶设计。工作桶直接向灌封工位供料，备料桶在高真空状态下通过隔膜泵自动向工作桶补料。备料桶和工作桶之间设置液位传感器联锁控制——当工作桶液位降至下限时自动启动补料泵，液位达到上限时自动停止。双桶设计的核心优势在于：①备料桶可在不中断生产的情况下更换物料，实现连续供料；②备料桶在高真空（≤5 mbar）下长时间静态脱气，为工作桶提供已充分脱气的胶液；③两个料桶均配备独立的氮气保护接口和搅拌装置，确保整个供料链路中物料始终处于受控状态。

5.2  全程氮气密封保护

A组分（MG-152）料桶和B组分（HY-336）料桶的桶盖均设计有专用氮气接口，通过精密减压阀和流量控制阀持续通入高纯度干燥氮气。桶内维持0.02~0.05 MPa微正压覆盖，不仅杜绝了HY-336固化剂的结晶问题，也有效防止了MG-152高填料体系的吸湿劣化。氮气保护覆盖从开机到关机的全生产周期，包括换桶、清洗等操作间歇期。系统配备氮气压力传感器和流量监控，当氮气供给异常时自动报警并暂停供料，杜绝物料暴露于空气中的风险。

5.3  低速搅拌与加热控温

针对MG-152高填料主剂的沉降问题，工作桶和备料桶均配备低速螺旋搅拌装置，搅拌转速可调范围1~10 rpm，搅拌桨采用螺旋桨式结构，可在不引入气泡的前提下保持填料的均匀悬浮。同时，料桶外壁和输料管路全线包覆电加热套，温度控制范围40~60℃（精度±1℃），通过PID温控器实现精确温度管理。加温的双重作用为：①降低MG-152的工作粘度（40℃时粘度约为25℃的1/2~1/3），改善灌封流动性和渗透性；②防止HY-336在低温环境下可能出现的粘度异常升高。

5.4  伞型/薄膜式真空脱泡装置

系统集成了伞型（薄膜式）真空脱泡装置。其工作原理为：将混合后的胶液在真空环境中通过特殊的伞形分布器展开为薄膜状态（膜厚<1 mm），使胶液中的溶解气体和微泡在极短的扩散距离内快速析出逸散。与传统的桶内搅拌脱泡方式相比，薄膜脱泡的效率可提升5~10倍，尤其适合MG-152/HY-336这种中等粘度+高填料的胶液体系。脱泡完成后的胶液直接进入灌封计量系统，最大限度减少二次混入气泡的可能。

5.5  精密计量与真空灌注

A/B组分的精密计量采用高精度齿轮泵，确保100∶50重量比的计量精度控制在±1%以内。齿轮泵的选型针对高填料胶液进行了特殊优化——齿轮间隙、密封材质和耐磨涂层均考虑了无机填料的磨蚀性。灌注执行机构为XYZ三轴精密运动平台，配合VDS型真空腔体工作。真空腔体的极限真空度可达≤5 mbar，满足高可靠性电子元器件灌封的脱泡要求。三轴运动精度±0.1 mm，可根据不同IGBT模块的几何尺寸编程灌注轨迹，实现精确的多点、多层灌注。

综上所述，上海普轩电子科技的真空灌胶系统通过双桶供料、氮气密封、低速搅拌、加热控温、薄膜脱泡和精密计量灌注六大子系统的有机集成，系统性地解决了高填料环氧灌封胶在IGBT模块封装中面临的全部核心工艺挑战，为环氧灌封胶的量产化应用提供了可靠的装备保障。

6  工艺验证与质量评估

环氧灌封工艺的可靠性验证是确保IGBT模块产品质量的必要环节。参考IEC 62477-1功率电子变换器安全要求[6]及IEC 60068-2-14环境测试标准[7]，结合行业工程实践，建议实施以下关键测试项目。

6.1  混合比例核查

每班次开工前和生产过程中定期（建议每2~4小时）取样，采用滴定分析法验证A/B组分的实际混合比例。目标值为100∶50±1（重量比）。混合比例偏差超过±2%时应立即停机排查计量系统。此外，可通过DSC（差示扫描量热法）测量混合胶液的反应热焓值，与标准曲线比对确认混合均匀性。

6.2  气泡检测

灌封固化后的IGBT模块采用X射线检测（X-ray Inspection）或超声波扫描（C-SAM）进行内部气泡检测。抽检比例建议不低于5%（每批次）。判定标准：单个气泡直径不超过0.5 mm，同一芯片区域内气泡总面积不超过该区域面积的1%，键合线根部区域不允许存在气泡。X射线检测可同时检查灌封胶与元器件之间是否存在脱空（Delamination），为灌封工艺参数的优化提供反馈数据[10]。

6.3  温度循环测试

参考IEC 60068-2-14标准（环境测试——温度冲击）[7]，对灌封完成的IGBT模块执行温度循环测试。推荐条件为：-40℃~150℃，每个温度极值保持30分钟，转移时间≤30秒，循环次数1000次。测试后检查项目包括：灌封胶表面有无开裂、灌封胶与模块外壳有无脱离、灌封胶与DBC基板及芯片表面有无分层、键合线拉力测试（参考MIL-STD-883方法2011）无显著劣化。国产环氧灌封胶的应用研究表明，CTE值是影响温度循环可靠性的最关键参数——CTE值偏大的灌封胶在低温存储和温度循环后容易出现胶体与外壳脱离的失效模式[1]。

6.4  绝缘耐压测试

参考IEC 62477-1标准[6]对灌封后IGBT模块进行绝缘耐压测试。测试条件为在模块主端子与散热面（基板）之间施加规定的交流或直流电压，持续60秒，漏电流不超过规定限值。同时测量局部放电（Partial Discharge）起始电压，要求在额定绝缘电压下无可检测的局部放电信号。绝缘耐压测试直接反映灌封质量——气泡、裂纹和脱空均会导致绝缘强度下降和局部放电电压降低。

6.5  固化完整性确认

每批次灌封产品取随行样块进行Shore A硬度测试，目标值42±5（Shore A）。硬度偏低提示固化不完全（可能原因为A/B比例偏差或固化时间/温度不足），硬度偏高提示可能存在过度交联或物料变质。同时可采用FTIR（傅里叶变换红外光谱）分析固化度，监测环氧基团特征吸收峰（约910 cm⁻¹）的消失程度，定量评估固化转化率[1]。

7  结论

（1）环氧灌封胶以其高机械强度、低成本和简化工艺等优势，正在成为IGBT功率模块封装领域替代有机硅凝胶的重要技术路线。以Pelnox MG-152/HY-336为代表的柔性环氧灌封胶，通过低模量（0.53 MPa）、高伸长率（162%）和低Tg（-9℃）的材料设计，在提供环氧级绝缘保护的同时有效缓释温度循环中的热机械应力，是IGBT模块灌封的优选材料体系之一[1][5]。

（2）高填料环氧灌封胶体系在生产应用中的核心工艺难点包括三个方面：胺类固化剂与空气中CO₂/H₂O反应导致的结晶堵管问题；高密度无机填料在静置状态下的沉降分层问题；中等粘度高填料胶液在IGBT模块复杂内腔中的真空脱泡问题。这三大难点相互关联，必须系统性地予以解决。

（3）全程氮气覆盖保护+真空脱气灌封+低速搅拌防沉降+管路加热控温，是解决上述工艺难点的完整工程方案。氮气保护从根本上杜绝固化剂结晶，真空灌封确保无气泡充填，低速搅拌维持填料均匀分散，加热控温优化胶液流动性——四者协同配合，缺一不可。

（4）上海普轩电子科技有限公司的真空灌胶系统集成了双桶供料、氮气密封、螺旋搅拌、加热控温、伞型薄膜脱泡、精密齿轮泵计量和XYZ三轴真空灌注等全部关键功能，系统性地解决了高填料环氧灌封胶在IGBT模块封装中的各项工艺挑战，为IGBT封装生产线提供了可靠的工艺装备保障。

（5）展望未来，随着碳化硅（SiC）功率器件的日益普及，IGBT/SiC模块的结温将向200℃甚至更高温度拓展。这对灌封材料的耐热性（Tg需>200℃）、灌封设备的温控能力以及材料与设备的适配性提出了更为严苛的要求[2][8]。真空灌封设备需要具备更宽的温度控制范围、更高的真空度、更精准的计量能力，以适配下一代高温环氧或聚酰亚胺灌封材料。上海普轩电子科技将持续在真空灌封技术领域深耕，为功率半导体封装行业的技术进步贡献力量。

参考文献

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[2]  艾邦半导体网. 高分子材料在功率模块封装中的研究与应用：环氧树脂[EB/OL]. (2023-03-27). https://www.cmpe360.com/p/216528.

[3]  CN114250050B. 一种环氧树脂组合物及其制备和在IGBT半导体封装上的应用[P]. 中国, 2022.

[4]  Atlas Copco Scheugenpflug. Atmospheric Potting & Vacuum Potting[EB/OL]. https://www.atlascopco.com/en-us/itba/plp/dispensing-potting-bonding/potting.

[5]  PELNOX LTD. 技术资料 SL-1578: Pelnox MG-152/Pelcure HY-336一般特性[Z]. https://www.pelnox.co.jp/en/product_detail/mg-152_hy-336/.

[6]  IEC 62477-1:2012. 功率电子变换器的安全要求——第1部分：总则[S].

[7]  IEC 60068-2-14:2009. 环境测试——第2-14部分：测试方法——测试N：温度变化[S].

[8]  艾邦半导体网. 环氧树脂和一体化绝缘金属基板（IMB）相结合提高功率模块可靠性[EB/OL]. (2023-06-18). https://www.ab-sm.com/a/33175.

[9]  三菱电机. 第7代IGBT模块NX封装技术[EB/OL]. http://mitsubishi.6li.com/hynews/1067.html.

[10] 艾邦半导体网. 台芯科技——IGBT模块封装专题报告[EB/OL]. (2022-03-25). https://www.ab-sm.com/a/41011.