图1 含气泡有机硅凝胶样品
Fig.1 Silicone gel sample with bubbles
摘要 有机硅凝胶内气泡缺陷是高压IGBT器件封装的绝缘薄弱环节。该文针对有机硅凝胶内气泡缺陷对放电特性的影响，制备了指定位置含有气泡的有机硅凝胶实验样品，提出了有机硅凝胶内部气泡含量的量化方法，面向器件运行条件下所承受的正极性重复方波电压工况，建立了基于局部放电电流脉冲测量方法的有机硅凝胶局部放电特性实验平台，提出了方波电压下放电电流脉冲的准确测量与提取的方法，通过实验获得了有机硅凝胶内气泡含量对局部放电分布特性及电流脉冲波形参数的影响规律，并给出了气泡对有机硅凝胶局部放电特性的影响机理的定性解释。结果表明：正极性重复方波电压下，有机硅凝胶的局部放电起始电压与熄灭电压均随气泡含量的增加而显著下降，反向放电比例随气泡含量的增加而增加，脉冲上升时间、下降时间随气泡含量的增加而减小。该文成果可为IGBT器件有机硅凝胶灌封工艺的改进提供指导，并为有机硅凝胶气泡含量检测奠定基础。
关键词：IGBT器件绝缘 有机硅凝胶 气泡 正极性重复方波电压 局部放电
高压大功率绝缘栅双极晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）因其优异的开关速度、导通特性以及较小的驱动功率，已成为智能电网与轨道交通等领域的核心器件[1-5]。随着碳化硅技术的发展，高压IGBT器件的电压等级已从硅基器件的6.5 kV[6]大幅提高至27 kV[7]，这对器件内部封装绝缘的可靠性提出了更高的要求。
有机硅凝胶因其良好的绝缘性能与较低的弹性模量，广泛应用于高压IGBT器件的灌封[8]。在灌封器件时一般需要将两种组分的有机硅凝胶充分搅拌混合，再灌入器件内部[9-10]。由于器件内部结构复杂，灌封过程中难免会向有机硅凝胶中引入气泡。气泡的介电常数与绝缘强度较有机硅凝胶低，因此气泡可能导致高压器件内部绝缘中发生局部放电，是器件封装绝缘的薄弱环节[11-12]。
目前针对有机硅凝胶内气泡的脱除，国内外科研人员已开展了一些研究，并提出了改善脱气的方法[10,13]。然而由于器件内部结构非常复杂，脱气时仍可能无法将气泡完全脱除[14-15]。因此，为了指导器件灌封工艺和检测灌封质量，有必要研究气泡对灌封用有机硅凝胶绝缘特性的影响。
自2000年以来，国内外学者针对气泡对有机硅凝胶在交流电压下放电特性的影响已开展了一些研究。2000年，T. Ebke等研究了交流电压下气泡对有机硅凝胶放电的影响，发现气泡会显著降低有机硅凝胶的绝缘性能，局部放电首先发生在气泡内[16]。2008年，G. Finis等研究了交流电压下脱气过程对有机硅凝胶击穿电压的影响，发现与脱气样品相比，未经真空处理的样品的击穿电压降低了30%以上[17]。2020年，M. Borghei等通过仿真针对航空用器件研究了不同气压下有机硅凝胶内气泡对放电的影响[18]。2021年，Li Kaixuan等研究了有机硅凝胶的制备工艺对有机硅凝胶绝缘性能的影响，发现固化时间对其几乎没有影响，而脱气时间越长，有机硅凝胶在交流电压下的绝缘性能越好[19]。
IGBT作为全控型器件，通常工作在重复开通关断的状态，在阻断状态下承受高电压，而导通状态下几乎不承受电压，因此其内部绝缘承受电压为正极性重复方波电压[20]。而在方波电压下，绝缘的薄弱环节更易发生放电[21-22]。2019年，G. Rizzo等研究了方波电压下有机硅凝胶内气泡的形变与位移特性，发现气泡的直径会出现微小波动，可能导致放电的发生[23]。2020年，You Haoyang研究了焊接型模块内的双面履铜板（Direct Bonded Copper, DBC）-有机硅凝胶结构在方波脉冲下的局部放电行为，并基于微小气泡的存在给出了定性的机理解释[12]。2022年，I. Semenov等研究了器件用DBC与液态硅油界面处含气泡缺陷时交流电压与方波电压下的放电起始特性，发现方波电压下气泡缺陷更容易放电[11]。
综上所述，气泡是影响有机硅凝胶的绝缘特性的关键因素，而方波电压下有机硅凝胶内部气泡对其放电特性的影响，目前还未被系统研究。因此，本文建立基于局部放电电流脉冲测量的正极性方波电压下局部放电实验平台，提出有机硅凝胶内气泡的定量表征方法，通过准确提取位移电流干扰下局部放电电流脉冲，详细地分析气泡含量对方波下有机硅凝胶局部放电的起始电压、放电极性、脉冲参数等特性的影响，并给出气泡对放电的影响机制的定性解释。
有学者在研究有机硅凝胶气泡缺陷时采用了球-球电极结构[16]，在该电极结构下，气泡内发生局部放电后，样品立即击穿，显然过短的可持续加压时间对于放电特性的认知是不利的。因此，本文采用针-板电极结构来形成局部高场强区域，防止样品直接击穿，选用针-板电极的另一个重要原因是控制放电发生位置，便于高场强区的气泡量的控制。
有机硅凝胶在两种组分混合后2 h左右，从液态固化为凝胶状，因此，本文利用这种特性，采用分层灌封的方式，进行有机硅凝胶内部气泡的制备。
首先将两种组分的有机硅凝胶充分混合完毕，并分为A、B、C三份。将A份有机硅凝胶灌封进样品腔体中并按照文献[10]的方式进行脱气。然后将腔体和剩余有机硅凝胶在环境温度为25 ℃的洁净环境下静置105 min后，搅拌B份有机硅凝胶引入气泡，倒入实验腔体中。此时，由于有机硅凝胶的动力粘度较大，气泡受到的摩擦阻力过大[24]，无法自主上浮，但是由于A、B份有机硅凝胶仍存在一定的流动性，因此在A、B层之间不会存在界面。最后将脱气处理过的C份有机硅凝胶倒入实验腔体中，最终得到含气泡有机硅凝胶样品如图1a所示。
图1 含气泡有机硅凝胶样品
Fig.1 Silicone gel sample with bubbles
通过该方法，可以控制含气泡有机硅凝胶的位置及厚度。实验用样品的气泡层中心位于针电极处，其厚度控制在1 cm左右，便于对气泡进行定量分析。
实验用腔体的结构如图1b所示，由主腔体、绝缘套管、观测窗、紧固螺钉、电极等结构组成。
研究气泡对放电特性的影响，首先需要将有机硅凝胶内部气泡的含量进行量化。
通过1.1节中的样品制备方法，可以将气泡层的厚度控制在较小的范围内，但当气泡含量较多时，气泡不可避免地出现层叠，难以计数。因此，本文提出了如下气泡定量方法：将样品置于黑色背景板上，用自带光源的显微镜拍摄高清图像，通过图像中白色亮斑的面积大小对气泡量进行估算。具体步骤如下。
首先将带气泡的样品腔体放入显微镜下拍摄得到如图2a所示彩色高清图像，然后截取针尖附近5 mm×5 mm的区域得到图像O。在对彩色图像亮度进行分析时，一般将其每个像素的三原色进行加权平均，进而转化为仅保留亮度信息的灰度图像矩阵A。加权平均算法为
（1）
式中，aij为图像A中第i行第j列的像素对应灰度值；rij、gij、bij分别为图像O中对应像素点的红色值、绿色值和蓝色值。A中元素的取值范围为[0, 255]。
图2 含气泡样品处理流程及结果
Fig.2 Processing process and results of samples containing bubbles
再将相同腔体封装的良好脱气样品放置显微镜下拍摄图像，截取相同区域并进行灰度处理得到A′，然后用式（2）对A进行映射得到图像矩阵C。
（2）
式中，cij为图像C中第i行第j列的像素对应灰度值；aM与
分别为图像A中灰度的最大值与图像A′中灰度的平均值。因此可以认为，矩阵C中所有非零元素均为气泡反射光强，且排除了由于光源不稳定而可能引入的误差。
那么图像矩阵A的气泡含量ε一定程度上可以用式（3）来表征。
（3）
式中，n为矩阵A的行数和列数。
按照1.1节中气泡的制备方法，制作了一个无可见气泡的样品和三个不同气泡含量的样品，并通过上述定量方法，计算得到样品气泡的含量分别为32%、55%、74%。含可见气泡样品的图像C分别如图2b～图2d所示。
根据方波电压下局部放电测量的相关标准，建立如图3所示实验平台[25]。高压方波源由AMP 40B20型电压放大器和AFG3022C型信号发生器构成，最高输出电压为40 kV，最小调节步长为4 V。所加正极性方波电压通过North Star PVM-4型高压探头进行测量，实验中所选用的限流电阻为10 kΩ的无局部放电电阻。局部放电电流脉冲测量系统由阻值为500 Ω的采样电阻、PP-018 型宽频电压探头和Lecory HDO 6104A型示波器配合构成。
图3 实验平台示意图
Fig.3 Schematic diagram of the experiment platform
实验所加方波为正极性重复方波电压，方波电压频率为50 Hz，上升时间和下降时间均约为15 μs。
实验过程中，保持40 V/s的升压速度，匀速升压至10个方波周期中稳定存在至少5个局部放电电流脉冲，将此时的电压记录为局部放电起始电压（Partial Discharge Inception Voltage, PDIV）。随后以40 V/s的速度降压至10个方波周期内稳定少于5个局部放电电流脉冲，记录此时电压为局部放电熄灭电压（Partial Discharge Extinction Voltage, PDEV）。
由于局部放电具有一定的随机性，因此每个气泡含量下的样品进行至少6次实验，然后用威布尔（Weibull）分布对PDIV与PDEV进行统计特性的分析。Weibull分布的双参数概率函数为
（4）
式中，α为威布尔分布的尺度参数，此处为放电概率为63％时对应的电压值；β为形状参数，用于衡量数据的分散程度；P(U)为电压为U时的放电概率。不同气泡量下测得的PDIV与PDEV的威布尔分布如图4所示，相关Weibull分布的拟合参数见表1。
从表1可以看出，随着气泡含量的增加，有机硅凝胶样品的局部放电起始电压与熄灭电压均显著下降，尤其是气泡量为74%的样品的PDIV较无气泡样品下降了42%，PDEV下降了46%。因此，气泡的存在会显著地降低有机硅凝胶的绝缘性能。此外，有机硅凝胶放电基础特性还包括放电电流的波形特性。
图4 不同气泡量下样品局部放电电压的Weibull分布
Fig 4 Weibull distribution of PD voltage of samples with different amount of bubbles
表1 不同气泡量下局部放电电压威布尔分布的拟合参数
Tab.1 Fitting parameters of the Weibull distribution of partial discharge voltage with different bubble amount
气泡量(%)PDIVPDEV α/kVβα/kVβ 013.9518.1310.3117.12 3211.3110.768.6011.27 5510.1412.138.0312.69 748.0418.255.5822.54
无可见气泡样品发生局部放电时，方波上升下降沿处的电压信号与电流信号如图5a所示，由于方波电压在上升下降沿处du/dt的数量级达108 V/s，因此在电流信号曲线上可以观察到位移电流，而位移电流上依附有正向和反向的局部放电电流脉冲。
74%气泡含量样品的电压信号与电流信号如图5b所示，可以观察到含气泡样品仍存在正向和反向的局部放电脉冲，说明气泡并不会改变有机硅凝胶在正极性方波下同时发生正负极性局部放电的特性，但对于正负极性放电的占比、局部放电电流脉冲幅值等存在一定的影响。由于局部放电的随机性，需要进一步分析不同气泡量样品放电的统计特性。
图5 样品局部放电起始电压下的电压电流波形
Fig.5 Voltage current waveforms of the samples under PDIV
为了更深入地探究气泡对放电特性的影响，需要研究局部放电电流脉冲的波形参数等统计特性，而这需要将放电脉冲从位移电流干扰中完整地提取出来。
由图5可知，上下边沿处高du/dt引起的位移电流会对局部放电电流脉冲的准确提取造成干扰。现有方波电压下局部放电电流脉冲的测量方式主要为利用辅助样品[26]、辅助电源[27]或光信号辅助[12]等。文献[28]通过检测局部放电产生的光信号，来辅助局部放电电流脉冲的提取，然而本样品有机硅凝胶中含较多气泡，会干扰光信号的测量。此外，该方法适用于实验室研究，然而实际器件的外绝缘往往并不是透明材料。因此，本文提出了一种不依靠辅助设备的脉冲提取方法。
首先，将原电流信号i0按照式（5）进行高斯滤波，得到信号i′。
（5）
（6）
式中，w为高斯滤波宽度，此处取61；g(·)为高斯权函数；σ为高斯分布的标准差，此处取1。此时i′已完全滤除位移电流影响，但局部放电信号失真且i′中存在高频噪声。
然后，获得i′中幅值高于噪声水平的脉冲的时域参数tpm（m=1, 2,…, M，M为局部放电脉冲的个数）。
最后，将原电流i0中以tpm为中心、0.3 μs邻域内的信号缺省，并用保形分段三次样条插值法将缺省信号补全，从而获得完整的位移电流iD。则局部放电脉冲信号ip=i0-iD，此时ip中的局部放电电流脉冲不失真且完全滤除位移电流，此外还不存在高频噪声。脉冲提取效果如图6所示。
图6 脉冲提取效果
Fig.6 The effect of the pulse extraction method
通过3.1节中的脉冲提取方法，对不同气泡含量样品分别提取了至少50个周期内的放电脉冲。需要强调的是，为了去除电压幅值对有机硅凝胶放电的影响[28]，所有放电均在方波电压为13 kV时采集。为了体现气泡量对放电分布特性的影响，将不同气泡量样品的单脉冲放电量与正反向局部放电极性占比用误差棒进行展示，中心点为参数的均值，界限为参数的标准差。具体结果如图7所示。
图7 气泡量对有机硅凝胶局部放电的分布特性的影响
Fig.7 Effect of bubble amount on the distribution characteristics of partial discharges of silicone gel
从图7中可以看出，样品中单次局部放电的电荷量整体上随着气泡量的增加而增加，正向放电占比随着气泡量的增加从55 %减少至37 %。此外，气泡量对有机硅凝胶局部放电统计特性的影响还体现在局部放电电流脉冲的波形参数上。
根据电流脉冲波形分析技术[29-30]，本文分析了气泡量对局部放电电流脉冲幅值、上升时间tr、下降时间tf、脉冲宽度tw、上升速率vr、下降速率vf的影响，不同气泡量对波形参数的影响如图8所示。需要注意的是，为了便于比较正向与反向的放电，脉冲幅值及下降速率均采用绝对值。
图8 气泡量对局部放电电流脉冲波形参数的影响
Fig.8 Effect of bubble amount on PD current pulse waveform parameters
整体上看，随着有机硅凝胶内部气泡含量从0%增加至74%，局部放电电流脉冲幅值出现增加趋势，脉冲上升速率、下降速率则增加至原先的3～5倍，而脉冲上升时间、下降时间及脉冲宽度随气泡含量的增加而降低约50%。
此外，如图8a所示，反向放电的脉冲幅值整体上均大于正向放电，放电脉冲幅值的分散性随气泡含量的变化差别不大。如图8b～图8d所示，放电脉冲上升时间等参数的分散性随气泡含量的增加而减小；如图8e和图8f所示，反向放电的上升速率和下降速率的分散性随气泡含量的增加而大幅增加，且需要说明的是，为了更好的展示效果，图8e和图8f中误差棒界限为标准差的1/100。
现有研究对有机硅凝胶内部的局部放电现象的机理分析都基于其内部的微小气泡[12,28,31]，并分析了放电发展与气泡之间的相互作用关系。但文献中气泡形成的原因是放电焦耳热引起的有机硅凝胶内部硅油汽化，这与本文中有机硅凝胶内部存在的空气气泡有所不同，而这种内部气体成分主要为氮气和氧气的气泡对于有机硅凝胶在方波电压下放电的影响机制仍未见讨论。
4.1.1 放电起始阶段
有机硅凝胶在正极性重复方波电压下，发生局部放电的根本原因是绝缘材料中的电场强度超过其击穿临界电场强度[32]。由于空气的电阻率与相对介电常数较有机硅凝胶小，在方波电压下，气泡内的电场强度比有机硅凝胶大。此外，空气的击穿电场强度更小，因此，气泡比同位置有机硅凝胶更容易发生放电。
为了定量研究气泡对电场分布的影响，按照实验腔体的实际结构和正极性方波电压波形，建立电场仿真的有限元模型，计算了针尖附近存在单个气泡时的电场分布。计算中，气泡直径取为0.2 mm，根据实验样品中气泡与针电极的位置关系，将气泡中心与针尖距离设为0.3 mm。图9a为方波电压上升沿结束时刻的电场分布云图，图9b为该时刻的电场强度沿截线的分布。在13 kV正极性方波电压作用下，有机硅凝胶内最大电场强度为26.4 kV/mm，气泡内最大电场强度为8.6 kV/mm。空气的放电临界电场强度为3 kV/mm，而根据现有实验研究，有机硅凝胶在室温下的放电临界击穿电场强度远高于26.4 kV/mm[10]。因此，气泡会首先发生放电。
图9 气泡对方波电压下电场分布的影响
Fig.9 Effect of bubbles on electric field distribution under square wave voltage
此外，有机硅凝胶中基础硅油成分为端乙烯基聚二甲基硅氧烷[10]，其对氮气和氧气具有一定的渗透性[33]。因此，部分气体分子将通过有机硅凝胶中的硅油扩散到高场强区，同样会降低有机硅凝胶整体的绝缘强度。而随着样品内部气泡量的增加，空气-硅凝胶界面的面积也会增大，被有机硅凝胶吸收的气体分子也会增加，进而导致有机硅凝胶击穿临界场强的降低。
4.1.2 放电发展阶段
随着局部放电的发生，有机硅凝胶内部聚合物受载流子撞击或局部放电的作用，裂解形成有机气体，并在电场和载流子的作用下进一步发展为电树枝[34-37]，如图10所示。与无气泡有机硅凝胶内电树枝不同，对于含气泡的有机硅凝胶，其内部电树在发展过程中会穿过气泡。随着有机硅凝胶内气泡密度的增加，电树发展过程中穿过气泡的概率也会增加，这将显著加快电树枝的发展，导致放电更加剧烈，单次脉冲放电量增加。
图10 有机硅凝胶内的电树
Fig.10 Electric trees in silicone gel
有机硅凝胶在正极性重复方波电压下，发生正向和反向放电的根本原因是式（7）所示的电荷对外施电场的调制作用[26]。
（7）
式中，Er为合成电场强度；Eu为外施电场强度；Ec为空间电荷电场强度。
正反向放电时的电场示意图如图11所示。由图11a可知，电压上升沿处，外施电压不断增加，此时合成电场以Eu为主导，因此有机硅凝胶发生正向放电。而当外施电压下降时，如图11b所示，正电荷已聚集较多，此时合成电场以Ec为主导，因此发生反向放电。在上述电荷对电场的调制作用下，有无气泡样品均会出现正向和反向放电。
图11 正反向放电时的电场示意图
Fig.11 Electric field composition during forward and backward discharge
由4.1.2节分析可知，有机硅凝胶内电树会穿过气泡，因此以氮气和氧气为主的气体成分会进入电树气道，参与放电过程，进而影响放电脉冲的波形。有机硅凝胶内部不同气泡量影响局部放电脉冲波形的主要原因是电树气道内部载流子迁移率的差异。
首先，局部放电电流脉冲的上升时间tr对应局部放电形成期间的主电子崩到达阳极的过程[38]。当外加电压U达到放电起始电压U0后，强电场区内的初始电子崩开始产生并向针电极发展。由于电子的迁移速度远大于离子，此时电子对脉冲电流的贡献起主导作用。随着初始电子崩前端的电离程度快速加剧，放电电流迅速增加，最终电子崩头部电子被电极吸收时，电流脉冲达到峰值。因此，局部放电脉冲的上升时间主要取决于电子崩到达阳极的时间，而电子在介质中的迁移速度ve为
（8）
式中，μe为电子的迁移率。由于含有气泡的有机硅凝胶放电通道内部存在空气，稀释了由较大分子构成的有机气体，提升了电子的迁移率。因此，在外施电场不变的情况下，会出现如图8所示的有机硅凝胶局部放电脉冲的上升时间随着气泡量的增加而显著降低。
其次，局部放电电流脉冲的下降时间tf对应局部放电后的正离子的迁移过程[39]。电子被阳极金属吸收后，正离子对脉冲电流的贡献起主导作用。此时，正离子在电场作用下向阴极方向迁移。与上升时间tr类似，正离子的迁移速度vp受空气的影响而提升，因此，如图8所示放电电流脉冲的下降时间也随着气泡量的增加而减小，进而脉冲宽度tw也随之减小。
此外，随着气泡量的增加，放电产生的正离子会更快地被外施电场扫到放电通道一端，因此空间电荷对电场调制的效果更强，进而导致以空间电荷电场为主导的反向放电也会增强，主要体现在反向放电占比及单次反向放电的电荷量随气泡含量的显著提升。
本文针对正极性重复方波电压下气泡量对有机硅凝胶放电特性的影响开展了实验研究，主要成果如下：
1）制备了针-板电极结构下含气泡的有机硅凝胶样品，提出了样品内气泡的定量表征方法，开展了0%、32%、55%、74%气泡含量样品的正极性重复方波放电实验。结果表明，随着气泡量的增加，样品PDIV和PDEV会逐渐降低，当气泡量达到74%时，PDIV最大下降了42 %，PDEV最大下降了46%。
2）实现了在正极性方波电压的高du/dt引起的位移电流干扰下，局部放电电流脉冲的准确提取，分析了不同气泡量样品放电的统计特性。结果表明，在本文所研究的气泡含量的范围内，随着气泡含量的增加，正向放电占比会逐渐降低，而放电电流脉冲的上升速率及下降速率会逐渐增加，相比于无气泡的样品，当气泡含量达到74%时，正向放电占比从55%减少至37%，而脉冲上升速率及下降速率会增加至原先的3～5倍。
3）结合放电脉冲的产生机理及气泡的特征，分析了有机硅凝胶内存在气泡时的放电起始与发展过程，通过有机硅凝胶气道内载流子迁移率的变化，给出了气泡对有机硅凝胶放电脉冲波形参数的影响机理分析。本文成果可为器件有机硅凝胶气泡量的检测奠定基础。
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Abstract With the increasing voltage level of high-voltage IGBT modules, the package insulation of modules requires higher reliability. Therefore, the silicone gel with excellent insulation performance and low elastic modulus is widely used in the packaging of high-voltage IGBT modules. However, the bubble defect in silicone gel is the weak insulation link of package insulation. In this paper, the effect of bubble defect on the discharge characteristics of silicone gel under positive square wave voltage is investigated.
Firstly, the needle plate electrode structure is selected to form a local high field area to prevent the direct breakdown of the sample. The silicone gel samples containing bubbles in the specified position are prepared by layered potting. By analyzing the area of bright white spots in the high-definition images of the samples taken by the microscope, the amount of bubbles in the samples is estimated, and the content of bubbles in the prepared samples is determined to be 0%, 32%, 55%, and 74%, respectively. An experimental platform for partial discharge characteristics of silicone gel based on the partial discharge current pulse measurement method is established for the positive repeated square wave voltage consistent with the module operation condition.
Secondly, partial discharge experiments with different bubble contents are carried out under positive repeated square wave voltage. The statistical characteristics of PDIV and PDEV of each sample are analyzed by Weibull distribution. It is found that with the increase of bubble content, the partial discharge inception voltage(PDIV) and partial discharge extinction voltage (PDEV) of silicone gel samples are significantly decreased, especially the PDIV and PDEV of 74% bubble content samples are decreased by 42% and 46%, respectively.
Thirdly, a method to extract the discharge current pulse from the displacement current is proposed, and the obtained discharge current pulse has no distortion and no high-frequency noise. By analyzing the discharge pulses of samples with different bubble content for at least 50 cycles, it is found that with the increase of bubble content in silicone gel from 0% to 74%, the charge amount of a single local discharge in the sample shows an overall increasing trend, the proportion of forward discharge decreases from 55% to 37%, the rising and falling rate of the pulse increase by 3～5 times, and the rise time and fall time of the pulse decrease about 50%.
Finally, the discharge process with air bubbles in the silicone gel and the mechanical explanation of the effect of air bubbles on the discharge characteristics are analyzed. The simulation results show that the field strength in the bubble is larger than that in the silicone gel under the square wave voltage, while the breakdown field strength of the air is smaller. Therefore, the bubble is more prone to discharge than the silicone gel. In addition, part of the gas molecules will diffuse to the high field strength region through the silicone oil, which will also reduce the overall insulation strength of the silicone gel. In the process of partial discharge development, the electric tree inside the silicone gel will pass through the bubble, and the air components will enter the electric tree airway to participate in the discharge process, resulting in the improvement of the carrier mobility inside the electric tree airway, and then lead to the change of the partial discharge pulse waveform. The results of this paper can guide the improvement of silicone gel encapsulation technology and lay a foundation for the detection of bubble amounts in silicone gel.
keywords:IGBT module insulation, silicone gel, void, positive repetitive square wave voltage, partial discharge
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.221798
中图分类号：TM211
国家电网有限公司总部科技项目资助（5500-202299490A-2-0-KJ）。
收稿日期 2022-09-23
改稿日期 2022-10-28
李学宝 男，1988年生，副教授，博士生导师，研究方向为高压大功率电力电子器件封装。E-mail：lxb08357x@ncepu.edu.cn（通信作者）
刘相辰 男，1997年生，硕士研究生，研究方向为高压大功率电力电子器件绝缘。E-mail：120202201087@ncepu.edu.cn
（编辑 李冰）