功率半导体模块在电能控制与转换中发挥着关键作用，是节能减排的技术和基础器件，广泛应用于新能源、输配电、轨道交通和电动汽车等领域。功率模块封装技术是一门综合性学科，封装材料因功率模块封装方式的多样化而有所不同。从材料种类上可分为无机材料和有机材料，无机封装材料如凝胶陶瓷、玻璃等，由于烧结温度过高，应用较少；有机封装材料如环氧树脂、有机硅等高分子材料，在功率模块中应用广泛。绝缘栅双极晶体管（IGBT）具有尺寸小、通态电流大、导通电压低等特点，其模块根据封装形式可分为焊接式和压接式。
根据热动力学说，热是由电子、原子和分子等的转动、移动和振动产生的。物质的导热机理与构成物质的微观粒子运动密切相关。固体内部的导热载体包括声子、光子和电子。电子虽然具有较高的导热率，但因其自身带电，不具备绝缘性能，无法用于制备绝缘材料。光子的热传导作用要求材料具有投射性，仅适用于特殊玻璃或单晶体，不具有普遍意义。普通固体材料主要通过声子实现导热，如金属氧化物和无机非金属材料，其晶体结构的有序性会使声子平均自由程增大。
导热绝缘高分子材料分为非晶体和晶体两种。晶体的导热机理是晶粒的热振动，可用声子概念描述；非晶体的导热机理是无规律排列的分子或原子在固定位置做热振动，实现能量在原子和分子间的传递。由于非晶体可看作细晶粒的晶体，也可通过声子来分析其导热过程。然而，高分子材料的结晶度通常不高且结晶不完整，晶格与分子的树脂界面、非谐性振动和缺陷等会导致声子散射，从而降低聚合物的导热系数。
为制备高导热聚合物分子，从结构上看，高聚物分子应具备完善的结晶取向结构和共轭结构。但导热高分子的加工工艺复杂，难以实现规模化生产。因此，根据近代固体物理热传导理论，通常将具有较高导热率的填料掺杂在聚合物基体材料中，以制备导热聚合物基复合材料。
对于填充型导热聚合物基材料，其导热系数与聚合物数值基体有关。树脂中分散的导热填料有纤维状、粒状和片状等多种形状。当填料添加量较低时，填料以孤立形式存在于聚合物基体中，此时聚合物基体具有连续性，填料被聚合物集体包覆，类似于聚合物共混体系的海岛两相体系结构。当填料添加量超过阈值时，填料或聚集体会相互接触，形成局部导热链。随着填料量的增加，局部导热网和导热链相互贯穿，形成导热网络，从而提高填充复合材料的导热性能。当导热填料添加量达到特定值时，颗粒相互接触形成通路，使高聚合物从热不良导体转变为良导体，这种转变称为逾渗，相关理论可应用于填充型导热负荷材料。
有机硅材料是一种可靠、稳定的高分子材料，主要用于灌封和导热。有机硅凝胶是一种固液共存的特殊硅橡胶，质地柔软，不会对电子芯片产生机械应力。即使在 -50～200℃的环境下，其柔软性能也不会改变，能够保护 IGBT 芯片免受湿气侵蚀，实现减震、防尘、防潮、绝缘等效果。有机硅凝胶种类繁多，反应类型包括缩合型和加成型。缩合型有机硅胶具有自修复性和粘接性，但在反应过程中会产生小分子物质，收缩率较大，不适合用于功率半导体封装。加成型有机硅凝胶由贵金属催化剂、含氢硅油和乙烯基硅油等组成，反应过程为活性氢与乙烯基的加成反应，无副作用和收缩，因此在 IGBT 模块封装中得到广泛应用。
普通线性聚二甲基硅氧烷凝胶在 175℃以上的环境中储存超过 1000h 会变脆，导致介电性能和力学性能下降。普通有机硅凝胶在 200℃环境中会出现开裂和黄变现象，降低材料性能，这主要是由于有机硅凝胶纯度不足，受制备工艺和原材料纯度等因素影响。过高的离子含量会使有机硅凝胶在长时间的高电场和高温环境下出现硬化、黄变和金属离子迁移等情况，影响 IGBT 模块的可靠性。因此，应重视有机硅凝胶的质量。瓦克开发的超纯度有机硅凝胶总残余离子含量不超过 2×10??。随着 IGBT 模块封装方式的不断发展，对有机硅凝胶在封装中的应用提出了更高要求，耐高温性、高纯度与高阶电性成为其发展的主要方向。
环氧塑封材料可保护电路内部芯片免受外界环境影响，因此要求具有较高的热导率和机械强度。从构成上看，封装材料包括塑料、陶瓷和金属等，其中塑料封装材料占比约 95%。塑封材料以环氧树脂为重点，广泛应用于汽车行业、航空航天和电力电子等领域。
环氧塑封材料是一种高分子复合材料，以环氧树脂为基体，将固化促进剂、固化剂、填充剂等按一定比例通过适当工艺混合而成环氧模塑料。环氧树脂具有良好的粘接性，能与大部分物质良好粘附；收缩性好，交联固化过程中不产生小分子副产物；交联后形成三维立体结构，力学性能优良。国外环氧树脂塑料产业发展较早，产品多处于高端水平。我国环氧树脂产业起步较晚，但目前已涌现出大批新兴的环氧树脂产业。环氧塑封材料具有刚性和热膨胀系数的特点，但耐温性能有限，因此在中低压 MOSFET 电力电子模块中应用广泛。
在 IGBT 模块运行过程中，会受到高潮湿、冲击、机械振动等不利因素的影响，因此要求环氧灌封胶具有良好的抗冲击性、硬度和低吸水率。热失效是导致 IGBT 失效的重要原因之一，因此需重视 IGBT 封装材料的热性能。环氧树脂和固化物的交联密度、分子量等会阻碍分子链段运动，影响灌封胶的热稳定性。通过对不同环氧灌封胶的热失重分析曲线进行对比，可分析起始分解温度和不同温度下的残留率。经对比分析可知，2 号环氧灌封胶具有较好的耐热性。
这种环氧灌封胶采用低粘度脂环族环氧树脂，固化剂为甲基六氢苯酐的促进剂。通过 TMA 测试结果表明，该环氧灌封胶使用大分子链的酚醛树脂，分子柔性较大。
温度变化可能导致环氧灌封胶体开裂，影响封装效果。因此，环氧灌封胶的温度性能对 IGBT 模块的影响较大。若使用的环氧灌封胶在高温存储测试中表现不佳，CTE 值较大，经过温度循环和低温存储后出现脱离外壳和胶体的现象，导致封装失效，说明耐高温的环氧灌封胶存在问题，需要对其应用、种类和氧含量进行调整和优化。
