[發明專利]水泥灌封材料及其制造方法

在審

• 申請號: 202210743291.8
• 申請日: 2022-06-28
• 公開（公告）號: CN115403353A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 高涵彥;劉盼;張國旗
• 申請（專利權）人: 復旦大學;復旦大學義烏研究院
• 主分類號: C04B28/34
• 分類號: C04B28/34;C04B111/20;C04B111/27;C04B111/34
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

本發明提供了一種磷酸鈣基水泥灌封材料及其制造方法，所述磷酸鈣基水泥中均勻分布有納米聚酰亞胺纖維和氮化硼粉末，其中所述納米聚酰亞胺纖維的質量分數為1％?10％，纖維長度范圍為10微米?200微米，纖維直徑范圍為30納米?200納米，所述氮化硼粉末的質量分數為0.1％?70％，粒徑范圍為0.01微米?200微米。采用磷酸鈣基水泥作為基礎封裝材料，降低了成本，比現有任何一種體系的成本都低；上述灌封材料體系耐高溫，能耐受350℃的高溫；改善了水泥水化的過程，降低了氣孔率；降低了裂縫形成的可能性，改善了水泥抗水霧和鹽霧的能力。納米聚酰亞胺纖維和氮化硼粉末形成了三維導熱網絡，提高了水泥的熱導率。

技術領域

本發明涉及封裝材料領域，尤其涉及一種水泥灌封材料及其制造方法。

背景技術

隨著電力電子系統的快速發展，全球能源互聯的需求和泛在電力物聯網的提出，以Si(硅)單質為基礎的電力電子器件的性能已經達到了其理論極限。在各種挑戰和實際需求的驅動下，需要不斷的提高器件的開關和導通性能，寬禁帶半導體因此孕育而生。但是目前的電子封裝體系都是基于Si(硅)器件開發的，而當使用寬禁帶半導體器件替代硅器件，向著高壓、高溫和高頻方向的發展時，原有的封裝體系不適用，封裝材料已經成為制約寬禁帶半導體器件性能的重要瓶頸。

對于灌封材料，在Si(硅)器件中使用的是環氧樹脂或者硅膠，作為有機物它們有著共同的缺陷——不耐高溫，最高能承受的工作溫度僅為175℃。而寬禁帶半導體器件在工作中，常常能夠達到250℃以上，甚至更高。所以尋找耐高溫的灌封材料是當務之急。同時，還需要考慮到成本問題，發展新材料往往意味著成本的增加，而環氧樹脂或硅膠經過多年的發展成本穩定且相對較低，綜上，開發耐高溫低成本的灌封材料是寬禁帶半導體實際應用的必要條件。

在灌封膠行業內，主要有三大灌封材料，分別是環氧樹脂灌封膠、聚氨酯灌封膠及有機硅灌封膠。這三種灌封膠材料經過數十年的研發改進，占據了灌封膠行業99％以上的份額。環氧樹脂灌封膠，灌封后修復性不好；不能同時兼備良好的耐高低溫性能，一般耐高溫性好，耐低溫性就差，反之亦然；固化過程發熱量大，耐沖擊損傷能力較差。聚氨酯灌封膠，具有一定的毒性，耐溫一般，一般不超過100℃。混合后氣泡多，一定要真空灌封。固化過程會放熱，有一定的應力產生。長時間紫外線照射，會破壞其化學結構，耐候性較差。有機硅灌封膠，缺點是對材質粘接力差，單價較高。耐高溫需要特殊調制。

如若用水泥灌封膠則可以解決大量上述問題，但是水泥材料也有自己的缺點。比如可能存在氣孔，長時間使用可能會產生裂縫。水泥中的金屬離子在電場的作用下可能發生遷移造成水泥開裂。同時水泥可能會和器件表面的金屬層發生化學反應。因此，應用于寬禁帶半導體灌封中的水泥材料需要進行改性。

現有技術中，對于灌封材料的研究，依舊集中在對原有成熟材料體系的改性上。即利用各種無機有機填充料，對環氧樹脂，有機硅橡膠進行改性，從而使得改性后的材料有著優異的性質。比如，利用氧化鋁和有機硅橡膠復合，制的可以導熱絕緣的灌封材料。利用氮化鋁，氧化鋁和環氧樹脂混合制的電阻高導熱好的灌封材料。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種水泥灌封材料及其制造方法降低水泥的氣孔率，能夠提高水泥的熱學、力學、和電學性能，降低水泥和金屬表面反應的活性，提高其抗壓性能，使得水泥不易開裂。

為了解決上述問題，本發明提供了一種水泥灌封材料，所述水泥中包括高分子聚合物纖維和無機陶瓷填料，其中所述高分子聚合物纖維的質量分數為1％-10％，纖維長度范圍為10微米-200微米，纖維直徑范圍為30納米-200納米，所述無機陶瓷填料的質量分數為0.1％-70％，粒徑范圍為0.01微米-200微米。