人们在讨论半导体时,往往很重视半导体芯片的作用。却较少提到外壳封装的发展。其实,作为一个半导体器件,其芯片必须通过一定的封装才能使它起到应有的作用。对功率半导体器件来说,还有这么几种特殊性:一是由于大量热量的产生,散热的考虑就特别重要。二是芯片常常较大,就必须考虑包装特别是焊接时的应力。三是近年来,由于功率MOSFET的发展,其芯片内阻已降到非常小。引线焊接及外壳包装的电阻已达到和芯片内阻可比拟的程度,所以降低“不计芯片的包装电阻”(DFPR)就变得十分重要。四是由于大量新型功率器件用于便⒆式或掌上电器,功率器件的包装日益沿用了大规模集成电路的各种最新发展模式,使它们能够配合在相应线路板上的应用。在去年国际功率半导体器件讨论会的十五个专题中,其中就有两个专题是讨论包装问题。这也是从一个侧面说明近年来工业界对这方面十分关注。因而很有必要有一篇专文去讨论它。
功率半导体器件的包装形式可非常粗略地分成下述六种,要仔细分类当
然就不止这些。要全面概括更不是一篇短文可以覆盖的了。
1)大功率器件用的传统的螺栓型或平板型封装
很多读者有丰富的应用传统大功率半导体器件的经验,因而对其外壳包装是相当熟悉的。对大功率半导体器件来说,其主要的封装模式这些年没有很大的变化。如所周知,平板型结构的外壳和管芯是以压接接触的,因而可避免焊接应力。同时平板型的结构可以采用双面散热。而螺栓型外壳和管芯则可以是焊接的,也可以是压接的,或称为内压接式,IR在内压接结构方面特别专长。最近新闻发布的整流元件即属于这种形式。
2)较大功率器件所用的模块
传统的晶闸管模块也有很多人很熟悉。近年来IGBT模块也日益普及。当然,不同的内涵也会有不同形式的模块。例如单个IGBT(常带有反并联二极管),双IGBT,或IGBT的三相桥等等,其模块结构有一定差异。如果把保护、触发甚至控制电路和IGBT都一起放进模块中去,其形式就更多了。当然,功率小一些,就可以有 MOSFET的模块。但最近有个见解是认为对于过小功率的模块可能还是采用分立器件更为便宜。有的桥式电路也可以称为模块。所以模块的范围是十分广泛的。目前又有多芯片模块(MCM)出现,它可以说是包装技术的一个新方向,我将在本文最后作专题叙述。

3)塑封直列式封装
最常见的TO220,TO247这两种封装可能是每个人都熟知的封装形式。这种塑封方式,实际上已可传送很大的电流。过去塑封的晶闸管或双向晶闸管,很少有超过25安培的。但现在IR公司采用Super TO247封装MOSFET,IRFP3703已可达到 210安培。所谓Super式的结构:是取消传统塑封器件顶端的那个螺孔,腾出这部分空间以焊接更大的芯片,IR所采用的 Super 247的包装,其电流容量可达同样包装的两倍。当然为了散热,在取消螺孔后,这些塑封器件是用夹具来使其紧贴线路板或散热器的。从而达到散热的目的。
有时在这些三端的外壳中,可能封了两个元件。例如IR的Co-Pack形式,最常见的是把IGBT和反并联二极管封在一起。
IR公司还有一种称为Fullpak的封装形式,是把整个器件全用塑料包起来,包括顶端的螺孔部分。这是为了绝缘。有时容易把Full的意思理解为应用了全部底板面积,那是不对的。由于Super及Fullpak这两种封装形式几乎同时出现,因而容易发生混淆。
4)塑封表面贴装,以及各种类似于IC的封装
功率器件的表面贴装是八十年代后发展起来的。有的是将原有的直列式包装直接改为表面贴装的,如SMD-220;也有沿用了许多为集成电路发展起来