僅填充5wt%功能粉體，IGBT封裝熱管理材料表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性能

IGBT 被稱為電力電子行業(yè)里的“CPU”，廣泛應(yīng)用于電機(jī)節(jié)能、軌道交通、智能電網(wǎng)、航空航天、家用電器、汽車電子、新能源發(fā)電、新能源汽車等領(lǐng)域。然而，IGBT器件在高功率和高頻率下工作時面臨一些臨界熱積累和電磁干擾(EMI)問題，這不僅會對器件的性能和可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響，還可能限制其在某些應(yīng)用中的廣泛應(yīng)用。因此，在IGBT的設(shè)計和制造過程中，選擇和優(yōu)化具有熱管理和電磁波吸收(EMA)性能的封裝材料尤為重要。

高分子材料因其重量輕、成本低、耐腐蝕、易加工等優(yōu)異性能被廣泛用作IGBT封裝材料。然而，高分子材料導(dǎo)熱系數(shù)低(~0.2 W/(mK))和波透射行為極大地限制了它們的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，引入導(dǎo)電粉體、導(dǎo)熱粉體（導(dǎo)熱劑）、導(dǎo)熱吸波劑等功能粉體(例如過渡金屬碳化物、單峰氮化硼、準(zhǔn)球氧化鋁、耐水解氮化鋁、類球氧化鎂、碳納米管、石墨烯和液態(tài)金屬等)被認(rèn)為是提高復(fù)合材料導(dǎo)熱性和抗電磁干擾的一種有效方式。然而由于高分子材料與功能粉體相容性較差，又需要填充大量粉體才能達(dá)到滿意的效果，導(dǎo)致材料的機(jī)械強(qiáng)度和加工性能無法得到保證。因此，功能粉體如何在低負(fù)荷下顯著提高復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)和EMA性能一直是研究熱點(diǎn)。

近期，華中科技大學(xué)楊君友教授和羅裕波教授團(tuán)隊針對開發(fā)具有優(yōu)異電磁抗干擾性和導(dǎo)熱性能的封裝材料取得最新進(jìn)展。在本研究中，采用獨(dú)特的三維碳結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)納米材料分散策略，制備了一種具有高電磁波吸收和熱傳導(dǎo)性能的新型環(huán)氧基封裝材料(MDCF@C-ZrO₂/EP)。特別是三維MDCF結(jié)構(gòu)有效地防止了堆積團(tuán)聚，促進(jìn)MDCF與C-ZrO₂之間形成豐富的異質(zhì)界面，從而改善了阻抗匹配，增強(qiáng)了電磁波耗散能力。值得注意的是，即使在僅5 wt%的填充水平下，材料的有效吸收帶寬可達(dá)到6.68 GHz，反射損耗為58.92 dB。此外，3D MDCF@C-ZrO₂顯著增強(qiáng)了聲子輸運(yùn)路徑，將純環(huán)氧樹脂的導(dǎo)熱系數(shù)提高了150%。因此，這項創(chuàng)新研究被認(rèn)為在實現(xiàn)IGBT在高功率和高頻電子領(lǐng)域的應(yīng)用方面具有巨大潛力。

來源：《Journal of Colloid And Interface Science》題為“Advanced multifunctional IGBT packing materials with enhanced thermal conductivity and electromagnetic wave absorption properties”。