硅烷偶联剂改性纳米AlN对碳化硅器件封装用有机硅弹体耐电及老化特性的影响.pdfVIP

2022 年 8 月 电 工 技 术 学 报 Vol.37 No. 16 第 37 卷第 16 期 TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Aug. 2022 DOI: 10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220264 硅烷偶联剂改性纳米AlN 对碳化硅器件 封装用有机硅弹体耐电及老化特性的影响 1,2,3 1,2 1 1 2 陈向荣 王启隆 黄小凡 张添胤 任 娜 （1. 浙江大学电气工程学院 杭州 310027 2. 浙江大学杭州国际科创中心 杭州 311200 3. 浙江大学先进电气国际研究中心 海宁 314400 ） 摘要 为了研究硅烷偶联剂改性纳米氮化铝（AlN ）对有机硅弹体耐电及高温老化特性的影 响，该文将纯有机硅弹体及其硅烷偶联剂改性纳米AlN 复合材料在250 ℃高温下热老化500h ，对 老化前后的试样进行形貌分析、扫描电镜（SEM ）断面表征、热重分析（TGA ）、直流电导率及 去极化电流测试、空间电荷测量、介电谱、直流击穿实验和量子化学计算，并对硅弹体基体和纳 米AlN 界面在老化过程中的状态变化进行分析，提出热老化前后的界面模型。结果表明：纯有机 硅弹体热老化后热分解产生大量断链和内部微孔，其浅陷阱密度增加；对于纳米复合材料，老化 前硅弹体基体与纳米AlN 之间存在界面间隙，浅陷阱深度减小；热老化前后的界面状态对硅弹体 纳米复合材料的热稳定性和电气性能产生了明显的影响，热老化后硅弹体基体与纳米AlN 之间形 成化学键和氢键，提高纳米复合材料的热分解温度，也使其深陷阱深度和密度增加。相比于老化 后的纯有机硅弹体，老化后的纳米复合材料直流电导率更低、空间电荷积累更少、直流击穿场强 明显提升，且质量分数 3%纳米掺杂的复合材料具有最好的热分解抑制效果。研究结果表明，适 量掺杂的硅烷偶联剂改性纳米AlN 可显著提升有机硅弹体的耐电及老化特性，满足碳化硅器件封 装材料长期高温应用的要求。 关键词：有机硅弹体 纳米复合材料 电气性能 热老化 量子化学计算 中图分类号：TM211 Effect of Silane Coupling Agent Modified Nano-AlN on Electrical and Aging Properties of Silicone Elastomer for SiC Device Packaging Chen Xiangrong1,2,3 Wang Qilong 1,2 Huang Xiaofan 1 Zhang Tianyin 1 Ren Na2 （1. College of Electrical Engineering Zhejiang University Hangzhou 310027 China 2. Hangzhou Global Scientific and Technological Innovation Center Zhejiang University Hangzhou 311200 China 3. Advanced Electrical International Research Center Zhejiang University Haining 314400 China ） Abstract To study the effect of the silane coupling agent modified nano-aluminum nitride (AlN) fillers on the electrical and h