绝缘材料对模块绝缘电压的影响

随着电子技术的不断发展，各种器件向模块化方向发展，电力器件也不例外。特别是近几年来，各种电力模块如雨后春笋般不断涌现。很多种电力模块要求输出电极与金属底板之间电绝缘。其实这是这些模块很重要的特点。这样，我们可以把多个模块安装在同一块散热器（板上），使整机体积小，重量轻，线路排布合理，维修方便。因此如何保证模块绝缘电压达到规定标准（目前***标准为2500V交流有效值），提高其可靠性是至关重要的。影响绝缘电压的因素有很多，但很重要的一个因素就是绝缘材料。本文针对这个因素进行讨论。

2　实验设计考虑

有绝缘要求的模块一般采用二层灌料（见模块内部结构示意图）。上层使用环氧树脂，以提高模块的机械强度，下层使用有弹性的硅凝胶或硅橡胶，起到保护芯片，提高模块绝缘强度的作用。硅橡胶在室温下接触空气就能固化。其固化机理是：表面接触空气首先固化，然后逐渐往里层推进。因此，如果胶层太厚，里层可能产生固化不彻底的现象。而且硅橡胶固化时会放出低分子气体，这样会使胶体产生许多气泡。所以，实际上硅橡胶很少用于灌注。硅凝胶则不同，它有A、B两种成分组成，其中一个成份含有催化剂。二种成份均匀搅拌后就可注入模块，经真空排尽气泡后，放在100℃左右的高温中几个小时就能固化。固化彻底，不放出低分子气体，胶体不产生气泡。下面对2种硅凝胶进行试验、分析讨论。

我们从组装好的大批量整流模块中随机抽取80只并分成两组进行试验。一组40只用I号硅凝胶灌封，另一组40只用Ⅱ号硅凝胶灌封。按照它们各自固化条件进行固化，然后灌封相同的环氧。对这两组成品模块各取20只直接进行绝缘电压测试；而另外各20只进行高低温（－40℃，＋150℃）试验并冲击5次，然后进行绝缘电压测试。

3　实验结果

（1）测试仪器：介质击穿装置C2674（常州电机电器总厂制造）

（2）测试合格判据：室温，加电压1 min，不击穿。

（3）测试程序：先在2 500 V下测试，对合格的模块再在3 000 V下测试，然后再在4 000V下测试。

（4）测试数据列于表1、表2。表1为对试验的成品模块直接进行测试所得各组（各20只）中损坏的模块数。表2为对试验的成品模块进行高低温冲击（－40℃，＋150℃）试验，冲击5次后再进行测试，所得各组（各20只）中损坏的模块数。

（5）从表1可以看出，当电压为2 500 V时，用Ⅰ号硅凝胶灌封的模块已有1只损坏，电压为4 000 V时，Ⅰ号胶有2只损坏，电压越高损坏越多。而用Ⅱ号硅凝胶灌封的模块当电压达到4 000 V时，没有1只损坏。

从表2可以看出，经过高低温冲击后测试，用Ⅰ号胶灌封的模块损坏情况更为严重，而用Ⅱ号胶灌封的模块则当电压达到4 000 V时，一只不坏。

以上情况说明，用Ⅱ胶灌封的模块绝缘电压无论是合格率还是可靠性均明显优于用Ⅰ号胶灌封的模块。

4　实验结果分析、讨论

从模块内部结构示意图可以看出，模块的绝缘电压实质上是由电极引线靠近金属底板的部分与金属底板之间的绝缘决定的。虽然它们之间有绝缘强度很高的陶瓷片，但陶瓷片边缘却是个薄弱环节，必须用硅凝胶进行保护。显然，如果硅凝胶与陶瓷片粘接不好，甚至完全脱开，则必然导致绝缘电压下降。解剖损坏的模块，确实可以发现在击穿处，硅凝胶与陶瓷片已脱开。

Ⅰ号硅凝胶的固化产物虽然其本身绝缘强度很高，但与陶瓷的粘接差，弹性差，这种胶很容易与陶瓷片脱开，使模块绝缘电压合格率降低。若再经过高低温冲击后，则脱开情况更为严重，模块绝缘电压合格率更低。Ⅱ号胶则相反。其固化产物本身绝缘强度高，更重要的是它与陶瓷片粘接好，弹性好。因此，即使其经过高低温冲击，仍与陶瓷片粘得很牢。所以用它灌封的模块绝缘合格率高，可靠性高。

5　结　论

根据实验结果及对其的分析，我们认为，硅凝胶的性能对模块的绝缘电压起着关键性的作用。要选择本身绝缘强度高，而且与陶瓷片粘接性好，弹性好的硅凝胶灌封。只有这样，模块的绝缘电压合格率及其可靠性才能得到保证。本文来自www.yzybdg.com 亚博电工