电力电子模块封装硅胶电荷输运与陷阱特性研究

摘要

高压功率模块封装绝缘承受单极性的电应力,而高压功率模块封装绝缘中的空间电荷问题却没有得到足够的研究。本文研究了封装硅胶材料在不同温度下的空间电荷输运行为和陷阱能态分布特性。基于研发的空间电荷与陷阱能态联合测量系统,在3~15 kV/mm的外施电场和40、60、80℃温度下对封装硅胶进行空间电荷和等温松弛电流联合测量。结果表明:空间电荷积累情况随着温度的升高和外加电场的增大而恶化。电极附近积累了同极性的电荷,畸变了局部电场分布。此外,本文提出了一种基于非负最小二乘迭代算法的改进型等温松弛电流分析方法,分析了不同温度下封装硅胶的去极化松弛电流,获得0.8~1.2 eV的陷阱能级分布,有助于理解空间电荷输运行为背后的机理。空间电荷的积累导致局部场畸变,畸变的电场会导致局部放电和封装绝缘失效。因此,高压功率模块的封装设计时应该考虑空间电荷问题。