一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体及其制备方法

本发明涉及大功率半导体器件的封装绝缘材料，尤其涉及一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体及其制备方法。

背景技术：

1、高压大功率半导体器件是现代工业的重要核心部件，在新型电力系统、电气化交通等领域发挥重要作用。

2、现有技术考虑到二甲基有机硅弹性体材料具有良好的电气绝缘性能，且其固化后具有弹性与粘性，以及良好的阻燃性、防化学腐蚀性，可以为器件内部应力均衡和粘结提供支撑，故二甲基有机硅弹性体材料成为半导体器件的主要封装绝缘材料。

3、然而，随着宽禁带半导体碳化硅、氮化镓等材料技术的进步，功率半导体器件向更高电压等级发展，且工作温度更高。基于碳化硅材料研制的光导开关开通上升时间可达2.05ns、脉冲电压74.5kv。此外，新型大功率半导体器件如碳化硅半导体器件在充分利用的情况下可以达到300℃的工作温度，高温环境将加剧器件封装的老化。现有的二甲基有机硅弹性体难以满足新型大功率半导体器件对封装绝缘材料提出的耐高压、耐高温的需要，所以，有必要需求新型的大功率半导体器件的封装绝缘材料以满足实际使用需求。

4、为此，本发明提供一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体及其制备方法。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体及其制备方法。本发明为了提高封装绝缘材料的耐高压和耐高温，通过在传统二甲基硅弹性体的基础上，引入大体积苯基基团，增加了聚硅氧烷的空间位阻，同时引入的苯基基团之间的π-π相互作用也有效增强了分子间的作用力，从而显著提高了硅弹性体分子链的内旋转阻力，能够有效抑制链段运动引起的振动现象，增强其耐高电压的能力，使得本发明制备的苯基硅弹性体在分子振动、电荷行为和气泡放电方面有较强的耐受能力，从而使得弹性体材料的耐电耐温性能大幅提高，可以更好的满足新型大功率半导体器件的封装要求，为半导体器件发展提供帮助，对大功率半导体器件进步，新型电力系统发展有着重要的意义。

2、本发明的一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体及其制备方法是通过以下技术方案实现的：

3、本发明的第一个目的是提供一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，制备甲基苯基端乙烯基聚硅氧烷：

5、于保护气氛围中，以甲苯为溶剂，以八甲基环四硅氧烷和八苯基环四硅氧烷为原料，在四甲基氢氧化铵的催化作用下进行聚合反应，获得甲基苯基聚硅氧烷；以二甲基端乙烯基硅油作为封端剂，对所述甲基苯基聚硅氧烷进行共聚反应，获得甲基苯基端乙烯基聚硅氧烷。

6、步骤2，交联形成大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体：

7、将所述甲基苯基端乙烯基聚硅氧烷与抑制剂、甲基苯基侧链含氢硅油和甲基苯基端含氢硅油混匀，获得混合物；在铂金催化剂的催化作用下，对所述混合物进行搅拌反应以使各组分发生交联，真空抽气处理后固化，获得所述大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体。

8、其中，所述二甲基端乙烯基硅油的粘度为5～20。

9、优选地，所述聚合反应的反应温度为80～100℃。

10、优选地，所述共聚反应时的反应温度为100～120℃。

11、优选地，所述甲苯、八甲基环四硅氧烷与八苯基环四硅氧烷的质量比为9～11:9～11:0.8～1.1；且所述四甲基氢氧化铵为所述八甲基环四硅氧烷与八苯基环四硅氧烷质量总和的0.4％～0.6％。

12、优选地，所述二甲基端乙烯基硅油与所述八甲基环四硅氧烷的质量比为2～4:10。

13、优选地，所述铂金催化剂为铂金硅油溶液；且所述铂金硅油溶液中铂金含量为2000ppm。

14、优选地，所述铂金催化剂的用量为所述混合物料的5～10ppm。

15、优选地，所述甲基苯基端乙烯基聚硅氧烷与抑制剂、甲基苯基侧链含氢硅油、甲基苯基端含氢硅油的质量比为9～11:0.01:0.56:0.32。

16、优选地，所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇。

17、本发明的第二个目的是提供一种上述制备方法制备的大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体。

18、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

19、现有的二甲基硅弹性体无法满足大功率半导体器件耐温耐电的需要，而本发明的制备方法工艺易操作，有利于推广进行大规模生产，适用于高压大功率半导体器件封装用的苯基硅弹性体合成。

20、本发明制备的苯基硅弹性体在分子振动、电荷行为和气泡放电方面有较强的耐受能力。本发明在传统二甲基硅弹性体的基础上，引入大体积苯基基团以增加硅弹性体材料的空间位阻，同时引入的大体积苯基基团之间的π-π相互作用也有效增强了分子间的作用力，这两个因素显著提高了硅弹性体分子链的内旋转阻力，能够有效抑制链段运动引起的振动现象，增强其耐高电压的能力。而且苯基基团具有较高的键能，共轭结构中的大π键将激发能在分子间或分子内进行转移，从而避免了键的断裂，因而具有更强的耐受高温的能力。因此，相较于传统的有机硅弹性体而言，本发明制备的苯基硅弹性体的耐电耐温性能大幅提高，工频交流电场下最高击穿电压可达71kv/mm，耐温可达250℃，可长期工作在200℃环境中，可以更好的满足新型大功率半导体器件的封装要求，为半导体器件发展提供帮助，对大功率半导体器件进步，新型电力系统发展有着重要的意义。

技术特征：

1.一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应的反应温度为80～100℃。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共聚反应时的反应温度为100～120℃。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲苯、八甲基环四硅氧烷与八苯基环四硅氧烷的质量比为9～11:9～11:0.8～1.1；

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二甲基端乙烯基硅油与所述八甲基环四硅氧烷的质量比为2～4:10。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂金催化剂为铂金硅油溶液；且所述铂金硅油溶液中铂金含量为2000ppm。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铂金催化剂的用量为所述混合物料的5～10ppm。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述甲基苯基端乙烯基聚硅氧烷与抑制剂、甲基苯基侧链含氢硅油、甲基苯基端含氢硅油的质量比为9～11:0.01:0.56:0.32。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述抑制剂为1-乙炔基-1-环己醇。

10.一种权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备的大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体。

技术总结本发明属于大功率半导体器件的封装绝缘材料技术领域，公开一种大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体及其制备方法；所述制备方法为：于保护气氛围中，于甲苯中，使八甲基环四硅氧烷和八苯基环四硅氧烷为原料在四甲基氢氧化铵催化下聚合获得甲基苯基聚硅氧烷；将二甲基端乙烯基硅油与甲基苯基聚硅氧烷共聚的产物与抑制剂、甲基苯基侧链含氢硅油和甲基苯基端含氢硅油混匀后在铂金催化剂的催化下交联形成大功率半导体器件封装用苯基硅弹性体。本发明制备的苯基硅弹性体在直流电场下击穿电压可达66kv/mm，最高耐压可达71kv/mm，耐温可达250℃，可长期工作在200℃环境中，可以满足新型大功率半导体器件的封装要求。技术研发人员：何东欣,李玉超,李清泉,刘洪顺,王浩晨,李庆发受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18