IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，中文名字叫“绝缘栅双极型晶体管”。目前主要应用在IGBT模块灌封的是有环氧胶和有机硅凝胶两个产品。主流的大功率IGBT模块都是选用的硅凝胶和环氧胶配合使用，给模块提供很好的电气绝缘保护（有机硅凝胶），又能给模块给予很好的机械强度保护（环氧胶）。
有机硅凝胶封装的IGBT
图片来源：
Published in 2019 IEEE AFRICON 2019
Experimental Investigation of IGBT Silicone Gel Removal
S. S. Bugingo, P. Freere, Kathy Garde, H. Schalekamp, P. Ghimire, Ross Schultz
有机硅凝胶是一种既可以常温下固化又可以升温固化的液体加成型硅凝胶,具有优异的防潮、防水、耐臭氧、耐辐射、耐气候老化等特性，可在-40℃～200℃长期使用，电器性能优良，化学稳定性好。水样般清澈透明的硅凝胶又叫果冻胶，广泛应用于电子灌封、照明和医疗等领域离子含量低，为芯片提供最佳的绝缘保护。应力超低，因为本身的模量只有10-3，减少芯片收到的应力。
灌封就是将液态产品用机械或手工方式灌入装有电子元件、线路的器件内，在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。
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灌封强化电子器件的整体性，提高对外来冲击、震动的抵抗力；
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提高内部元件、线路间绝缘，有利于器件小型化、轻量化；
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避免元件、线路直接暴露，改善器件的防水、防潮性能，并提高使用性能和稳定参数
硅凝胶的基本介绍
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有机硅是半有机半无机材料
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无机-有机杂化结构，是有机硅材料特性的根本所在
由于具有上图的空间排布，所以有机硅材料具有良好的低模量和弹性，疏水性，阻燃性，介电稳定性。
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有机硅本身吸水率很低
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表面材质 |
水接触角 |
表面张力(mN/m) |
24小时本身吸水率 |
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有机硅 |
100-110 |
21-22 |
0.1-0.3% |
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玻璃 |
0 |
75 |
0 |
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PBT |
88 |
39.5 |
0.1-0.3% |
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环氧 |
85 |
40 |
0.015 |
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PTFE |
118-120 |
18-20 |
0.001-0.005% |
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有机硅的卓越的耐老化性来自硅氧键的高键能
Si键和C键的键能（kJ/mol）
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元素 |
碳 |
硅 |
氢 |
氧 |
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硅键 |
334-242 |
188 |
303 |
422 |
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碳键 |
344 |
344-242 |
413 |
344 |
• 有机硅的硅氧健键能是422kJ/mol，高于主链是碳碳键键能为344 kJ/mol的传统有机橡胶和树脂，例如环氧树脂等
• 紫外线的能量：398kJ/mol
• 因此有机硅的热稳定性，耐UV性能，耐候性能以及耐化学性等性 能都要高出传统有机橡胶和树脂，例如环氧树脂等
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无毒害
卤素测试方法 :
参照EN 14582：2016方法测定，采用IC进行分析
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单位 |
MDL |
1 |
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氟 |
mg/kg |
50 |
ND |
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氯 |
mg/kg |
50 |
ND |
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溴 |
mg/kg |
50 |
ND |
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碘 |
mg/kg |
50 |
ND |
• 卤素含量低于50PPM
• 符合RoHS标准不含有重金属
• 符合REACH标准
• 部分产品通过UL认证
• 不添加双酚A，短链石蜡油，增塑剂等有害物质
• 部分产品通过FDA认证
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离子含量低
满足高等级电子封装客户的要求，经过特别处理的有机硅产品离子含量可以达到如下级别：
Cl- <5ppm
Na+ <3ppm
K+ <1ppm
IGBT行业对胶水基本需求：
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胶水性能 |
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锥入度 (9.38g锥, 1/10mm) : 50-90 |
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粘度: <1200 mPa.s |
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操作时间: ≥1小时 |
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体积收缩: <0.2% |
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粘结力: > 1kgf/cm2 (PBT) |
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体积电阻率: 1015.Ωcm |
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介电强度: 20KV/mm |
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介电常数: <3.0 |
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耐高温: 180-210℃ |
IGBT硅凝胶锥入度测试
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工艺性能 |
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加热固化，UV一般不需要 |
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双组份设备供胶，也有单 |
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组分的胶水 |
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保质期长 |
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操作期长,固化快 |
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脱泡快速 |
IGBT行业一般老化测试条件：
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高温UL |
180°C 3000小时或者200°C 1000小时 |
胶体不开裂，硬度变化不大 |
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HAST实验 |
130°C 90-95%湿度 96小时 |
9KV电压5mA电流，60秒测试，10秒升压，测试耐电压击穿性能 |
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冷热循环 |
-40°C-125°C |
9KV电压5mA电流，60秒测试，10秒升压，测试耐电压击穿性能 |
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盐雾试验 |
无 |
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常见与硅胶“相关”的问题：
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常见问题 |
主要原因 |
解决方法 |
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硅胶变硬 |
1.高温下硅胶交联增加，硬度增加 |
1.采用耐高温的硅胶 |
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2.时间长了硬度增加 |
2.前期固化不够,或者硅胶配方差 |
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气泡 |
1.工艺和设备操作不当混入气泡(常温) |
1.控制工艺 |
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2.胶水本身挥发率高(易发生高温气泡) |
2.采用低挥发,耐高温的胶水 |
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3.过电流电压产生气泡 |
3.采用极性集团少的硅胶 |
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4.硅胶和边框胶不兼容反应 |
4.采用适合的边框密封胶 |
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5.清洗剂残留挥发 |
5.采用合适的清洗剂 |
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固化抑制 |
硅胶是铂金加成体系催化剂易与含硫、磷、氨等元素反应造成失效 |
1.灌胶前彻底清洗线路板 |
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2.采用抗抑制的硅胶 |
素材来源：
1：安徽汉碟电子材料
2：大功率IGBT模块有机硅凝胶介绍 曾亮
原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：硅凝胶在IGBT模块应用介绍