第1章 功率半导体封装的定义和分类

1.1 半导体的封装

如前言所述，半导体封装在半导体产品走向应用的过程中起着承前启后的作用，一般来说，封装主要提供以下作用：

1）保护芯片，使其免受外界损伤；

2）重新分配输入/输出（I/O），为后续的板级装配提供足够的空间；

3）对多芯片内互联，可以使用标准的内互联技术进行互联，也可采用其他互联方式来实现电气性能从芯片向外界传递的功能；

4）为芯片提供一定的耐受性保护要求，满足温度、压力或化学等环境条件下的使用要求。

按照不同的解读方式，封装可以分为以下几种：

1）按照和PCB连接方式的不同分为通孔直插式封装（Through Hole Technology，THT）和表面贴片式封装（Surface Mount Technology，SMT）。

2）按照封装材料分为金属封装、陶瓷封装、塑料封装。

集成电路早期的封装材料是采用有机树脂和蜡的混合体，用充填或灌注的方法来实现封装的，显然可靠性很差。也曾应用橡胶来进行密封，由于其耐热、耐油及电性能都不理想而被淘汰。使用广泛、性能最为可靠的气密密封材料是玻璃-金属封接、陶瓷-金属封接和低熔玻璃-陶瓷封接。出于大量生产和降低成本的需要，塑料模型封装开始大量涌现，它是以热固性树脂通过模具进行加热、加压来完成的，其可靠性取决于有机树脂及添加剂的特性和成型条件，但由于其耐热性较差同时具有吸湿性，还不能与其他封接材料性能相当，尚属于半气密或非气密的封接材料。

集成电路发展初期，其封装主要是在半导体晶体管的金属圆形外壳基础上增加外引线数而形成的。但金属圆形外壳的引线数受结构的限制不可能无限增多，而且这种封装引线过多也不利于集成电路的测试和安装，从而出现了扁平式封装。而扁平式封装不易焊接，随着波峰焊技术的发展又出现了双列式封装。由于军事技术的发展和整机小型化的需要，集成电路的封装又有了新的变化，相继产生了片式载体封装、四面引线扁平封装、针栅阵列封装、载带自动焊接封装等。同时，为了适应集成电路发展的需要，还出现了功率型封装、混合集成电路封装，以及适应某些特定环境和要求的恒温封装、抗辐照封装和光电封装。并且各类封装逐步形成系列，引线数从几条直到上千条，已能够充分满足集成电路发展的需要。

3）按使用环境要求分，可以分为抗辐射封装、常温封装；

4）按照应用和封装外形分为功率型封装、混合集成电路封装、光电封装、存储器封装、处理器封装等，比如，TO封装、模块封装，DIP、SOP、PLCC、QFP、QFN、BGA、CSP、Flip-Chip，以及COG、COF等不同封装类型，可以有交叉，也可以只是单一的品种。

我们所介绍的封装主要是功率型封装，从材料上讲涵盖了塑封、陶瓷和多种基板类型；从安装方法来说既有直插式也有表面贴装式。所谓功率型封装是指应用于功率场所的封装，和一般集成电路封装有明显的区别是功率器件一般工作在大电流、高电压的应用场景，因此散热是功率封装首先需要考虑和解决的问题，其次是材料的选择和相应的工艺路线。功率半导体器件是电力电子应用产品的基础。近年来，由于器件被应用的需求所激励，发展很迅速。一代新器件总会带动一代新装置登上应用的舞台，使之体积更小，质量更轻，更加安全可靠，更加节能，并开拓出更新的应用领域。半导体分立器件作为半导体器件基本产品门类之一，是介于电子整机行业和原材料行业之间的中间产品，是电子信息产业的基础和核心领域之一。

近年来，随着全球范围内电子信息产业的快速发展壮大，半导体分立器件特别是功率半导体分立器件市场一直保持较好的发展势头。这些器件是以功率集成为特点的，有单芯片上的功率集成，也有功率器件与控制电路的模块集成，有功率、数字和模拟电路构成子系统的多芯片集成，有封装时将多个功能不同的芯片集成在一个外壳或一个模块里的集成。图1-1是功率封装的发展路线图。

功率半导体封装主要包括三大类：

TO系列：TO220，TO251/252，TO263，TO247等系列；

QFN/DFN系列：包括MOSFET和多芯片Dr. MOS系列，采用铜片（Clip）工艺的散热和电性能更优秀；

模块系列：从智能功率模块（Integrated Power Module，IPM）到大功率模块系列。

下面就对这些封装的异同和特点展开详细介绍。