分立器件封装及其主流类型

摘 要：分立器件封装也是微电子生产技术的基础和先导-本文介绍国内外半导体分立器件封装技术及产品的主要发展状况，评述了其商贸市场的发展趋势。
关键词：半导体；封装；分立器件
中图分类号：TN305．94；TN32 文献标识码： A 文章编号： 1681-1070(2005)02-12-6
1 引言
半导体分立器件是集成电路的前世今生，相对而言，它是单个无联系的、具有器件功能特性的管芯，封装在一个管壳内的电子器件，在大功率、高反压、高频高速、射频微波、低噪声、高灵敏度等很多应用场合起着举足轻重与不可替代的关键作用。一些先进的半导体生产工艺和封装技术已应用到分立器件制造中，新的封装形式日新月异，新结构、新器件源源而来，产业规模也不断扩大，成为半导体产业的一大支柱：中国目前已成为全球最大的分立器件市场，分立器件占整个半导体市场的比例达40％左右，远高于国际平均值的10％：国内电子信息产业规模1．88万亿元超过日本，成为仅次于美国位居世界第二位的国内第一大产业：有需求就有供给，整机产业决定了分立器件市场今后的走向，同时也确定分立器件生产企业须从市场角度出发，高度关注主流动向的深刻影响，在此影响下如能不断调整产品结构及产业规划，多元化和多样化通盘考虑，实施可持续发展战略，分立器件还很有希望。
2 微小尺寸封装
芯片制作技术早巳进入深亚微米时代，管芯面积大大缩减，化学机械抛光精密减薄优势显现，真正的挑战在于使用这些微小、超薄的管芯进行组装的封装技术，促进封装的技术含量与投资规模快速提升。另一方面，在相同空间增添更多功能的整机发展趋势仍未停止，应用需求封装采用更先进的技术，向高性能的微型化小尺寸封装外形演绎、目前，分立器件微小尺寸封装有更多规格版本供货，提供了更低的成本和空间优势，简化外围电路设计更自由，易连接．例如，数字晶体管的小平腿微缩表面贴封装TSFP-3的尺寸为(1．0×0．6×0．4)mm，比工业标准SOT-23还要小86％。
金属膜MELF无引线圆柱形二极管是小外形器件SOD的先驱，为统一尺寸和使用方便，也采用小外形晶体管SOT以及DPAK、D2PAK、SOD-123、DO-214AA／AB／AC、DO-216AA、SOD-882等封装类别，随整机产品结构变化继续研发新封装。具体而言，SOD-123是一种鸥翼型引线塑封二极管，其尺寸和SOT-23相同，电路板PCB占位面积和0．5W的MELF封装类似兼容，现正被SOD-123FL矮型扁平引脚封装逐步取代，并已确立其市场地位。在亚洲更流行一种微封装SMA的J引线DO-214AC，这种表面贴装一般额定在1A／W，它比DO-214AB更窄，占用较小的PCB空间。DO-216AA集低外形、低功率、小尺寸及电流处理能力于一体化，尺寸比SMA小一半，而热性能一样，最大厚度1．1mm．新型变容二极管采用尺寸只有(1．0×0．6)mm的超小型扁平封装SFP封装类型，实际安装面积大约减少40％，而且其内部电容偏差值保证达到1．8％，可减少整机生产线上的调谐工作量，高频开关二极管也采用超小型SFP封装。SOD-882为新一代小型分立无引线扁平封装，已用于众多的开关、齐纳、肖特基、变容、波段开关、PIN二极管等产品，采用非常薄的纸带包装，在标准180mm卷轴上能够提供1万只产品。
SOT-23／89／143是表面贴装SMT初行时业界的主要封装变革范例，现在这类封装已被尺寸更小巧、热特性更佳的新型SOT、薄型小外形封装TSOP、薄型微缩小外形封装TSSOP、微缩小外形封装SSOP所逐渐替换，各大厂家均有独自的创新系列产品及市场目标，例如，5或6条引脚的新型SOT-553／563封装大大缩减了PCB面积和厚度，超小型、低厚度如表1所示。封装性能通常按热特性及其占据的PCB面积之比来进行评估，具体评估情况如表2所示，其热特性提高的关键是采用扁平引脚设计，而表2中的其他两种类型均为翼型引脚，SOT-553／563已投人数十种小信号的双极晶体管、开关或肖特基二极管、数字晶体管、偏压电阻晶体管的封装生产中，硅以及硅锗射频双极晶体管可采用标准的SOT封装，工作频率可达20GHz，小尺寸塑封SOT、TSFP、单／X2晶体管封装TSLP-3／6等的实际应用覆盖整个有线和无线领域。表3显示出市场上常见的贴片式分立功率器件的微型封装特点，热阻θJC与封装形式相关。近年来，功率半导体封装外包业务正迅速增长，预测到2006年功率半导体封装市场的年度复合增长率为36．6%。



随着微小尺寸封装技术不断发展，许多厂商加速商品化生产占据更小PCB面积的半导体分立器件。与此同时，充分应用微小尺寸封装的后发优势，研发在一个封装外壳中密封双／多只分立器件管芯的复合化、阵列化的产品纷纷上市，进一步提高PCB面积效率：另外，还可将有关控制、外围电路芯片及某些无源元件也组合在一起，发展成多芯片模块。
3 复合化封装
严格地讲，复合化封装仍属微小尺寸封装类别，只是更多的分立器件管芯被整合进同一封装中，双管芯封装居多，封装引出脚更多也是一大特色。市场上最常见的有国内生产厂家推出的有引脚直插式封装5、6、14引脚的开关对管、互补对管、复合对管、4晶体管阵列，结构上有共发射板、共集电板、独立双PNP管、独立PNP／NPN管、独立4晶体管阵列、达林顿管等类别，在各类整机多种形式的电路中，PCB的排列紧凑而简化，焊点相应减少，应用起来十分灵活方便。
在多数情况下，6引脚封装可以容纳单、双管芯，TSOP-6的引线座增大，能容纳的单、双管芯的最大尺寸分别为(1．016×1．778)mm和(0．6096×0．7112)mm，现用于封装N和P沟器件、双N与P沟器件及互补MOSFET。微型封装Micro 8是一种薄外形8引脚封装，比SO-8小50％左右，也可封装一个或两个管芯，单管芯尺寸面积为(1．778×2．59)mm双管芯为(1．106×1．778)mm。将MOS-FET与肖特基二极管复合化封装称其为FETKY器件，这种混合封装包括一只控制及同步MOSFET与二极管，可改善电流密度，并使封装寄生电阻与封装电感减至最小：比较常见的还有把绝缘栅双极晶体管IGBT和反并联二极管封装在一起的结构，便于应用-在一个超微型SOT-666封装内结合低VCE sat晶体管及带电阻晶体管功能，推出具备集成负载转换功能的晶体管，1A、40-80V的SC-74封装的这种晶体管针对汽车与消费应用：SOT-363分为标准配置和反向配置(半偏置或全偏置)，封装中装有两只相同的双逻辑门的射频MOSFET，这种合二为一使得器件更加小型化，并降低PCB面积和成本，同时提供高功率增益、低功能以及静电放电ESD保护。