近期，基本半導(dǎo)體推出內(nèi)絕緣型的TO-220封裝碳化硅肖特基二極管產(chǎn)品。該產(chǎn)品在內(nèi)部集成一個(gè)陶瓷片用于絕緣和導(dǎo)熱，可簡(jiǎn)化生產(chǎn)步驟，提高生產(chǎn)質(zhì)量和整機(jī)的長(zhǎng)期可靠性，有效解決產(chǎn)業(yè)界痛點(diǎn)問(wèn)題。內(nèi)絕緣TO-220封裝外形跟普通鐵封TO-220產(chǎn)品基本一致，但其背面散熱器不再是二極管的陰極，屬于懸浮電位。
圖1. TO-220內(nèi)絕緣的結(jié)構(gòu)示意圖
全塑封及鐵封TO-220優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
產(chǎn)業(yè)界使用TO-220F（全塑封）已有較長(zhǎng)歷史，其優(yōu)點(diǎn)是全塑封外殼絕緣，在安裝時(shí)涂上導(dǎo)熱硅脂可直接打螺絲，不用墊絕緣布，節(jié)省工時(shí)。而其缺點(diǎn)也很明顯，Rthjc（結(jié)-殼熱阻）比鐵封（TO-220）熱阻大，導(dǎo)致電流輸出能力僅鐵封的30~40%，芯片電流利用率較低。相對(duì)應(yīng)的，鐵封二極管產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)在于背板與晶片直接焊接，Rthjc（結(jié)-殼熱阻）較小，電流輸出能力比TO-220F（全塑封）更強(qiáng)；缺點(diǎn)是其金屬外殼與陰極相連，在安裝時(shí)需使用鎖螺絲或壓條方式固定，還需使用絕緣硅膠布、硅膠墊、硅膠套或者陶瓷墊片材料用于絕緣及導(dǎo)熱，安裝工藝復(fù)雜，工時(shí)消耗較大。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需特別注意材料長(zhǎng)期應(yīng)用的可靠性問(wèn)題：比如絕緣子在高溫及溫度循環(huán)的作用下會(huì)出現(xiàn)老化形變的情況，同樣硅膠布在高溫及溫度循環(huán)的作用下也會(huì)老化。絕緣子被污染物覆蓋，表面出現(xiàn)爬電現(xiàn)象，導(dǎo)致電源損壞。內(nèi)絕緣TO-220產(chǎn)品的出現(xiàn)提供了一個(gè)新的可能，下面具體介紹全塑封、鐵封和內(nèi)絕緣封裝的安裝工藝。
TO-220二極管主要有螺絲和壓條兩種工藝路線，以解決絕緣和導(dǎo)熱的問(wèn)題，設(shè)計(jì)時(shí)可綜合考慮效率、質(zhì)量、成本這幾個(gè)因素選擇適合的工藝。
鐵封TO-220采用硅膠布或者陶瓷墊片，再配合絕緣子、螺絲安裝。該工藝簡(jiǎn)單，工時(shí)少，治具要求低，精度要求低。但是絕緣子和陶瓷片弱點(diǎn)在于質(zhì)量及可靠性，陶瓷片工藝需要2次涂硅脂。
內(nèi)絕緣TO-220加螺絲工藝只需在器件背面涂一次硅脂，不使用絕緣子，無(wú)耐壓風(fēng)險(xiǎn)，絕緣由內(nèi)部陶瓷片完成，省工時(shí)，一次性通過(guò)率最高。
全塑封TO-220加螺絲工藝也只需在器件背面涂一次硅脂，不使用絕緣子，無(wú)耐壓風(fēng)險(xiǎn)。
壓條工藝采用硅膠墊、硅膠布或者硅膠套，配合壓條使用。壓條工藝可省掉涂硅脂環(huán)節(jié)，爬電的處理比較好，回避了污染問(wèn)題。但對(duì)治具要求高，精度要求高，工時(shí)高，熱阻大（電流能力損失大），維修時(shí)比較麻煩。
由上表內(nèi)容可以看出，內(nèi)絕緣TO-220省工時(shí)，可靠性高， 安裝增加的熱阻小。
內(nèi)絕緣封裝三大應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
1、簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝及縮短工時(shí)
內(nèi)絕緣封裝把導(dǎo)熱與絕緣兩個(gè)任務(wù)都集成到器件內(nèi)部，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，省了工時(shí)。例如普通TO-220+陶瓷墊片工藝需經(jīng)過(guò)陶瓷墊片背面涂導(dǎo)熱硅脂、壓散熱器、器件背面涂導(dǎo)熱硅脂、壓陶瓷墊片和螺絲套絕緣子后鎖在散熱器5個(gè)步驟，內(nèi)絕緣器件安裝只需器件背面涂導(dǎo)熱硅脂、壓散熱器和螺絲鎖在散熱器上3個(gè)步驟。
2、提高生產(chǎn)質(zhì)量和長(zhǎng)期可靠性內(nèi)絕緣封裝有助于提升電源產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。因?yàn)樘沾善姿榱眩瑫?huì)導(dǎo)致人工成本增加，工時(shí)更長(zhǎng)，耐壓測(cè)試易失敗，影響生產(chǎn)通過(guò)率；由于陶瓷墊片易碎，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)計(jì)時(shí)需增加陶瓷墊片厚度，但其厚度會(huì)導(dǎo)致熱阻上升。內(nèi)絕緣封裝使整機(jī)長(zhǎng)期可靠性提高，回避了絕緣子造成的可靠性薄弱環(huán)節(jié)：絕緣子的可靠性較差，長(zhǎng)期高溫會(huì)老化，此外因絕緣子較薄，粉塵污染后有爬電的風(fēng)險(xiǎn)。3、內(nèi)絕緣封裝熱阻優(yōu)勢(shì)明顯對(duì)比基本半導(dǎo)體三種TO-220封裝的（10A晶片）熱阻參數(shù)，可發(fā)現(xiàn)內(nèi)絕緣封裝比全塑封封裝熱阻更低，鐵封封裝因需在外部裝陶瓷片或硅膠布，最后的系統(tǒng)熱阻更高，與內(nèi)絕緣封裝系統(tǒng)熱阻差距不明顯。
熱導(dǎo)率、熱阻計(jì)算式及常用導(dǎo)熱材料的熱導(dǎo)率
熱阻的計(jì)算式：
（d：材料的厚度，單位：m ；λ：材料的熱導(dǎo)率，單位：W/m*K ；A：材料的面積，單位：m2）。
根據(jù)熱阻計(jì)算公式，可以估算出陶瓷墊片及導(dǎo)熱硅脂的熱阻（不精確）厚度假設(shè)為1mm，λ=24W/m*K，尺寸=15mm*10mm（TO-220背板尺寸）：厚度假設(shè)為10um，λ=1.5W/m*K，尺寸=15mm*10mm（TO-220背板尺寸）：使用不同材料的墊片都會(huì)或多或少增加熱阻，TO-220內(nèi)絕緣封裝無(wú)需墊片，減少了不必要熱阻的增加。基本半導(dǎo)體推出的內(nèi)絕緣型TO-220封裝碳化硅肖特基二極管產(chǎn)品，從優(yōu)化安裝工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少熱阻等方面很好地解決了絕緣和導(dǎo)熱痛點(diǎn)。
*:under development
