[发明专利]水泥灌封材料及其制造方法

说明书

本发明提供了一种磷酸钙基水泥灌封材料及其制造方法，所述磷酸钙基水泥中均匀分布有纳米聚酰亚胺纤维和氮化硼粉末，其中所述纳米聚酰亚胺纤维的质量分数为1％‑10％，纤维长度范围为10微米‑200微米，纤维直径范围为30纳米‑200纳米，所述氮化硼粉末的质量分数为0.1％‑70％，粒径范围为0.01微米‑200微米。采用磷酸钙基水泥作为基础封装材料，降低了成本，比现有任何一种体系的成本都低；上述灌封材料体系耐高温，能耐受350℃的高温；改善了水泥水化的过程，降低了气孔率；降低了裂缝形成的可能性，改善了水泥抗水雾和盐雾的能力。纳米聚酰亚胺纤维和氮化硼粉末形成了三维导热网络，提高了水泥的热导率。

技术领域

本发明涉及封装材料领域，尤其涉及一种水泥灌封材料及其制造方法。

背景技术

随着电力电子系统的快速发展，全球能源互联的需求和泛在电力物联网的提出，以Si(硅)单质为基础的电力电子器件的性能已经达到了其理论极限。在各种挑战和实际需求的驱动下，需要不断的提高器件的开关和导通性能，宽禁带半导体因此孕育而生。但是目前的电子封装体系都是基于Si(硅)器件开发的，而当使用宽禁带半导体器件替代硅器件，向着高压、高温和高频方向的发展时，原有的封装体系不适用，封装材料已经成为制约宽禁带半导体器件性能的重要瓶颈。

对于灌封材料，在Si(硅)器件中使用的是环氧树脂或者硅胶，作为有机物它们有着共同的缺陷——不耐高温，最高能承受的工作温度仅为175℃。而宽禁带半导体器件在工作中，常常能够达到250℃以上，甚至更高。所以寻找耐高温的灌封材料是当务之急。同时，还需要考虑到成本问题，发展新材料往往意味着成本的增加，而环氧树脂或硅胶经过多年的发展成本稳定且相对较低，综上，开发耐高温低成本的灌封材料是宽禁带半导体实际应用的必要条件。

在灌封胶行业内，主要有三大灌封材料，分别是环氧树脂灌封胶、聚氨酯灌封胶及有机硅灌封胶。这三种灌封胶材料经过数十年的研发改进，占据了灌封胶行业99％以上的份额。环氧树脂灌封胶，灌封后修复性不好；不能同时兼备良好的耐高低温性能，一般耐高温性好，耐低温性就差，反之亦然；固化过程发热量大，耐冲击损伤能力较差。聚氨酯灌封胶，具有一定的毒性，耐温一般，一般不超过100℃。混合后气泡多，一定要真空灌封。固化过程会放热，有一定的应力产生。长时间紫外线照射，会破坏其化学结构，耐候性较差。有机硅灌封胶，缺点是对材质粘接力差，单价较高。耐高温需要特殊调制。

如若用水泥灌封胶则可以解决大量上述问题，但是水泥材料也有自己的缺点。比如可能存在气孔，长时间使用可能会产生裂缝。水泥中的金属离子在电场的作用下可能发生迁移造成水泥开裂。同时水泥可能会和器件表面的金属层发生化学反应。因此，应用于宽禁带半导体灌封中的水泥材料需要进行改性。

现有技术中，对于灌封材料的研究，依旧集中在对原有成熟材料体系的改性上。即利用各种无机有机填充料，对环氧树脂，有机硅橡胶进行改性，从而使得改性后的材料有着优异的性质。比如，利用氧化铝和有机硅橡胶复合，制的可以导热绝缘的灌封材料。利用氮化铝，氧化铝和环氧树脂混合制的电阻高导热好的灌封材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种水泥灌封材料及其制造方法降低水泥的气孔率，能够提高水泥的热学、力学、和电学性能，降低水泥和金属表面反应的活性，提高其抗压性能，使得水泥不易开裂。

为了解决上述问题，本发明提供了一种水泥灌封材料，所述水泥中包括高分子聚合物纤维和无机陶瓷填料，其中所述高分子聚合物纤维的质量分数为1％-10％，纤维长度范围为10微米-200微米，纤维直径范围为30纳米-200纳米，所述无机陶瓷填料的质量分数为0.1％-70％，粒径范围为0.01微米-200微米。