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储能系统技术 储能系统 GaN器件 ★ 5.0

无机非金属材料在电力电子封装中的应用综述

Review of Inorganic Nonmetallic Materials in Power Electronics Packaging Application

作者 Junwei Chen · Tiancheng Tian · Chao Gu · Huidan Zeng · Fengze Hou · Guoqi Zhang
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年3月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 GaN器件
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电力电子器件 无机非金属材料 封装技术 陶瓷基板 热界面材料
语言:

中文摘要

电力电子器件在推动电子系统技术发展中起着关键作用,对于节能、提高电力控制效率、降低噪声以及减小尺寸和体积至关重要。功率模块的发展基于创新的封装结构、技术和材料。本文全面综述了电力电子封装中的无机非金属封装材料和技术。首先分析了电力电子的封装结构和发展趋势。接着详细讨论了诸如水泥和玻璃等无机非金属封装剂。还回顾了传统陶瓷基板,并阐述了多层陶瓷技术(包括低温共烧陶瓷)作为基板的优势,同时展望了碳化硅颗粒增强铝基复合材料和金刚石等无机复合基板的商业化前景。随后,文章概述了用于热界面材料的无机非金属填料,着重介绍了石墨烯和氮化硼等二维材料的应用,并介绍了无机非金属相变材料。最后,探讨了无机非金属材料在嵌入式封装技术中的应用及未来发展趋势。

English Abstract

Power electronics devices, pivotal in advancing electronic system technology, are essential for energy saving, enhancing power control efficiency, reducing noise, and minimizing size and volume. The evolution of power modules is based on innovative packaging structures, technologies, and materials. This article provides a comprehensive review of inorganic nonmetallic packaging materials and technologies in power electronics packaging. It first analyzes the packaging structures and trends of power electronics. The article then discusses inorganic nonmetallic encapsulants such as cement and glass in detail. It also reviews traditional ceramic substrates and elaborates on the advantages of multilayer ceramic technologies, including low-temperature co-fired ceramics, as substrates, while looking forward to the commercialization of inorganic composite substrates such as SiCp/Al matrix composites and diamond. Subsequently, the article overviews inorganic nonmetallic fillers for thermal interface materials, emphasizing the application of two-dimensional materials such as graphene and boron nitride, and introduces inorganic nonmetallic phase change materials. Finally, it explores the application and future development trends of inorganic nonmetallic materials in embedded packaging technologies.
S

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看,这篇关于功率电子封装中无机非金属材料的综述论文具有重要的战略参考价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商,我们的核心产品高度依赖功率电子器件的性能提升,而封装技术正是决定器件可靠性、功率密度和热管理效率的关键环节。

论文重点探讨的多层陶瓷技术(LTCC)、碳化硅颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al)以及金刚石基板等先进陶瓷基板材料,对我们开发下一代高功率密度逆变器具有直接应用价值。特别是在大功率集中式逆变器和储能变流器领域,这些材料优异的热导率和热膨胀匹配特性能够有效解决SiC、GaN等宽禁带半导体器件的散热瓶颈,支撑我们向更高开关频率和更紧凑设计演进。

石墨烯和氮化硼等二维材料作为导热界面材料填料的应用,为改善我们产品的热界面管理提供了新思路,这对提升户外光伏逆变器在极端温度环境下的长期可靠性至关重要。无机相变材料的引入也为储能系统的热管理提供了被动式解决方案的可能性。

然而,技术挑战同样明显:多数先进无机材料仍处于实验室向产业化过渡阶段,成本和工艺成熟度是制约因素。建议我们与上游封装材料供应商建立联合开发机制,针对新能源应用场景的特殊需求(如高湿度、盐雾、温度循环),定制化开发封装材料体系,在确保可靠性的前提下推动技术商业化落地,巩固我们在功率电子技术领域的领先优势。