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基于喷射点胶的电力电子模块电场自适应可控结构组装
Jet-Dispensing-Based Assembly of Electric Field Adaptively Controlled Structure in Power Electronic Modules
| 作者 | Ya Sun · Zhikang Yuan · Zhiwen Huang · Jun Hu · Jinliang He |
| 期刊 | IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology |
| 出版日期 | 2025年6月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 功率模块 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 局部放电 电场自适应控制结构 ZnO/环氧树脂复合材料 局部放电起始电压 电力电子模块 |
语言:
中文摘要
在功率模块中,“铜 - 陶瓷 - 硅胶”三相点处的局部放电对更高电压和功率密度的发展构成了重大挑战。本文采用一种可靠且可控的方法——喷射点胶,在电力电子模块中组装电场自适应控制结构,以优化电场分布。该结构由氧化锌/环氧树脂非线性导电复合材料构成,厚度控制在<inline-formula xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"> <tex-math notation="LaTeX">$300 \pm 50 \ \mu$ </tex-math></inline-formula>米。组装的电场自适应控制结构显著提高了模块的局部放电起始电压(PDIV),在正弦波作用下,局部放电起始电压从6.0千伏提高到13.2千伏,增幅达120.0%;在正极性方波脉冲作用下,从4.0千伏提高到9.6千伏,增幅为140.0%。本文为非线性材料在电力电子模块中的应用提供了新的视角。
English Abstract
In power modules, partial discharge (PD) at the triple points of “Copper-Ceramic-Silicone Gel” poses a significant challenge to the development of higher voltage and power density. This article utilized a reliable and controllable method, jet dispensing, to assemble the electric field adaptively controlled structure in power electronic modules to optimize the electric field distribution. The structure was composed of ZnO/epoxy resin nonlinear conductivity composites, with the thickness controlled at 300~ ~50~ m. The assembled electric field adaptively controlled structure significantly enhanced the PD inception voltage (PDIV) of the module from 6.0 to 13.2 kV, with a 120.0% increase under the sinusoidal waves, and from 4.0 to 9.6 kV under positive polarity square-wave pulses, with an increased ratio of 140.0%. This article provides a new perspective on the application of nonlinear materials in power electronic modules.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的电场自适应控制结构技术对我们在高压大功率产品领域的突破具有重要战略价值。
当前,阳光电源的光伏逆变器和储能变流器正朝着更高电压等级(1500V及以上)和更高功率密度方向发展。功率模块中"铜-陶瓷-硅凝胶"三相点的局部放电问题一直是制约产品电压等级提升和可靠性的关键瓶颈。该技术采用喷射点胶工艺组装ZnO/环氧树脂非线性导电复合材料,将局部放电起始电压提升120%-140%,这意味着我们的功率模块可以在更高电压下安全运行,直接支撑1500V+系统架构的可靠性需求。
从技术成熟度评估,喷射点胶是相对成熟的工业化制造工艺,300±50μm的厚度控制精度在现有产线上可实现,这为快速产业化提供了基础。该技术若应用于我们的大功率IGBT模块和SiC模块封装,可显著提升产品在高海拔、高湿等极端环境下的耐压性能,增强储能系统和光伏逆变器的长期可靠性。
然而,技术应用仍面临挑战:一是非线性材料的长期稳定性需在实际工况下(温度循环、湿热老化)充分验证;二是材料成本和工艺复杂度对产品经济性的影响需评估;三是需建立与现有封装工艺的兼容性方案。
建议我们的中央研究院功率电子团队跟进该技术方向,开展材料适配性研究和可靠性验证,这将为阳光电源在超高压大容量储能系统和高功率密度逆变器领域建立技术壁垒,巩固全球领先地位。