近期，基本半導體推出內絕緣型的TO-220封裝碳化硅肖特基二極管產品。該產品在內部集成一個陶瓷片用于絕緣和導熱，可簡化生產步驟，提高生產質量和整機的長期可靠性，有效解決產業界痛點問題。內絕緣TO-220封裝外形跟普通鐵封TO-220產品基本一致，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內絕緣的結構示意圖
產業界使用TO-220F（全塑封）已有較長歷史，其優點是全塑封外殼絕緣，在安裝時涂上導熱硅脂可直接打螺絲，不用墊絕緣布，節省工時。而其缺點也很明顯，Rthjc（結-殼熱阻）比鐵封（TO-220）熱阻大，導致電流輸出能力僅鐵封的30~40%，芯片電流利用率較低。相對應的，鐵封二極管產品的優勢在于背板與晶片直接焊接，Rthjc（結-殼熱阻）較小，電流輸出能力比TO-220F（全塑封）更強；缺點是其金屬外殼與陰極相連，在安裝時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熱，安裝工藝復雜，工時消耗較大。在設計過程中，需特別注意材料長期應用的可靠性問題：比如絕緣子在高溫及溫度循環的作用下會出現老化形變的情況，同樣硅膠布在高溫及溫度循環的作用下也會老化。絕緣子被污染物覆蓋，表面出現爬電現象，導致電源損壞。內絕緣TO-220產品的出現提供了一個新的可能，下面具體介紹全塑封、鐵封和內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，以解決絕緣和導熱的問題，設計時可綜合考慮效率、質量、成本這幾個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。該工藝簡單，工時少，治具要求低，精度要求低。但是絕緣子和陶瓷片弱點在于質量及可靠性，陶瓷片工藝需要2次涂硅脂。
內絕緣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，無耐壓風險，絕緣由內部陶瓷片完成，省工時，一次性通過率最高。
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，無耐壓風險。
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節，爬電的處理比較好，回避了污染問題。但對治具要求高，精度要求高，工時高，熱阻大（電流能力損失大），維修時比較麻煩。
由上表內容可以看出，內絕緣TO-220省工時，可靠性高， 安裝增加的熱阻小。
內絕緣封裝把導熱與絕緣兩個任務都集成到器件內部，簡化了生產工藝，省了工時。例如普通TO-220+陶瓷墊片工藝需經過陶瓷墊片背面涂導熱硅脂、壓散熱器、器件背面涂導熱硅脂、壓陶瓷墊片和螺絲套絕緣子后鎖在散熱器5個步驟，內絕緣器件安裝只需器件背面涂導熱硅脂、壓散熱器和螺絲鎖在散熱器上3個步驟。
內絕緣封裝有助于提升電源產品生產質量。因為陶瓷片易碎裂，會導致人工成本增加，工時更長，耐壓測試易失敗，影響生產通過率；由于陶瓷墊片易碎，為保證產品質量，設計時需增加陶瓷墊片厚度，但其厚度會導致熱阻上升。內絕緣封裝使整機長期可靠性提高，回避了絕緣子造成的可靠性薄弱環節：絕緣子的可靠性較差，長期高溫會老化，此外因絕緣子較薄，粉塵污染后有爬電的風險。對比基本半導體三種TO-220封裝的（10A晶片）熱阻參數，可發現內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，最后的系統熱阻更高，與內絕緣封裝系統熱阻差距不明顯。
熱阻的計算式：
（d：材料的厚度，單位：m ；λ：材料的熱導率，單位：W/m*K ；A：材料的面積，單位：m2）。
根據熱阻計算公式，可以估算出陶瓷墊片及導熱硅脂的熱阻（不精確）厚度假設為1mm，λ=24W/m*K，尺寸=15mm*10mm（TO-220背板尺寸）：厚度假設為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或多或少增加熱阻，TO-220內絕緣封裝無需墊片，減少了不必要熱阻的增加。基本半導體推出的內絕緣型TO-220封裝碳化硅肖特基二極管產品，從優化安裝工藝、提升產品質量、減少熱阻等方面很好地解決了絕緣和導熱痛點。
*:under development
