双芯片TO-252引线框架及半导体封装器件制造技术

本发明专利技术公开一种双芯片TO‑252引线框架，其引线单元包括第一基岛、第二基岛以及四只引线脚，其中，位于引线单元最左侧或最右侧的第一引线脚与第一基岛相连；第二基岛位于与第一引线脚相邻的第二引线脚的末端；第二、第三、第四引线脚之间的间距为TO‑252‑5L标准脚距，第一与第二引线脚之间的间距为标准脚距的两倍。本发明专利技术在具有低成本优势的同时，显著提高了封装体的散热性能。

【技术实现步骤摘要】
双芯片TO-252引线框架及半导体封装器件
本专利技术涉及半导体器件的封装，具体而言，涉及一种双芯片TO-252引线框架，以及采用所述引线框架的半导体封装器件。
技术介绍
作为新一代的照明光源，发光二极管(LED)已经得到广泛应用。在全球照明市场，LED照明预计占了七成以上。从1％到70％的市场占有率，LED照明只用了不到十年的时间。如此快的成长速度，基于两方面原因，一是LED照明确实更节能环保；二是LED照明灯具成本迅速下降，甚至已经低于传统照明灯具的成本。五年前，1瓦LED发光芯片平均价格在1元人民币，而当前同样芯片的价格不超过0.1元人民币，价格下降10倍以上。与之类似，在过去五年间，LED灯具其他所有配件的价格也下降了10倍以上。这当然包括用做LED驱动电源核心器件的恒流驱动集成电路，俗称恒流驱动芯片。五年前，恒流驱动芯片市场价在2元人民币左右，当前最便宜的驱动芯片价格已低于0.15元人民币。价廉的主要原因是，芯片用量实在太大。目前，芯片每个月的用量在5亿只到10亿只之间，比五年前增长50倍以上。可以说，过去五年就是LED恒流驱动芯片飞速发展的五年。本专利技术主要涉及LED恒流驱动芯片的封装。芯片封装，简单来讲，就是将芯片晶圆厂生产的集成电路裸片(Die)放到一块起承载作用的引线框架上，再将管脚引出，然后固定包装成为一个整体。封装可以起到保护芯片的作用，相当于芯片的外壳，不仅能固定、密封芯片，还能增强其电热性能。因此，对集成电路而言，封装非常重要。半导体产业历史并不长，从1949年专利技术双极半导体三极管以来，还不到七十年。所以半导体封装最开始围绕着三极管展开，经过几十年的发展，逐渐形成系列成熟封装，比如TO-89系列、TO-220系列以及TO-252系列，均为三个脚；前缀TO是英文TransistorOutline(三极管外形)的缩写。其中，TO-89系列是插件封装，适合小电流、小功率应用；TO-220系列也是插件封装，可以安装外部散热器，适合大电流、大功率应用；TO-252系列是表贴封装，主要依靠PCB(印刷电路板)帮助散热，适合中等电流、中等功率应用，适于自动化生产。集成电路在1959年专利技术，比半导体三极管晚十年，距今不到六十年。最早发展成熟的集成电路封装是双列直插封装DIP(DualIn-linePackage)，如DIP-28、DIP-14、DIP-8。上世纪70年代到80年代初，计算机CPU就采用DIP封装。上世纪70年代末期，PHILIP公司开发出了小外型表贴封装SOP(SmallOutlinePackage)，比如SOP-8、SOP-16、SOP-28，至今仍在大量采用。由此逐渐派生出SSOP、TSSOP系列封装，非常成功。早期主流LED照明驱动电源中，恒流驱动芯片所包含的两个部分——恒流控制芯片与功率三极管，是分开封装的；比如恒流控制芯片采用SOP-8封装的单芯片，而功率管采用TO-220或者TO-252封装的MOS三极管。在五年前，开始流行控制芯片与功率三极管合封的SOP-8和DIP-8封装，这两种封装框架都有两个互相绝缘的基岛。合封的恒流驱动芯片大大降低了LED驱动电源的成本，同时也大为简化了LED驱动电源的生产，使得LED灯具照明市场快速成长。刚开始由于合封DIP-8具有更好的散热能力，它占据了大部分市场。但因表贴SOP-8封装比DIP-8封装成本更低、并更适合LED驱动电源的自动化生产，合封SOP-8后来居上迅速反超，成为LED照明市场的绝对封装霸主。直到目前，SOP-8和DIP-8合封封装仍是LED恒流驱动芯片的绝对主流封装形式，市场占比95％以上，其中DIP-8封装占比不超过5％。而控制芯片和功率管分开封装的形式占了剩下不到5％的市场，这其中90％以上功率管采用TO-252表贴封装；这是因为与插件封装的TO-220相比，TO-252封装成本较低，表贴更有利于LED照明电源的自动化生产。LED恒流驱动芯片的封装演化历史总结如下：最开始恒流控制芯片和功率管分开封装；再过渡到二者的合封阶段，先是插件合封DIP-8，随后迅速过渡到更低成本的表贴合封SOP-8。很明显，低成本是LED恒流驱动芯片封装演化的第一主导因素。第二主导因素则是追求高的生产效率。同样是合封，合封DIP-8不仅在封装成本上高于合封SOP-8，而且在生产效率上要低得多。合封SOP-8优点是成本低，不超过5分人民币，封装成本上优化空间不大。但合封SOP-8也有缺点，就是封装体散热性能不好。LED恒流驱动合封芯片是带控制器的开关式功率器件，对封装体的散热性能有要求。但是，SOP-8早期为普通集成电路而开发，并不适合功率器件。SOP-8封装体主要靠八只细金属管脚将热导到PCB上来散热，其次通过塑封体直接向周边空气散热，这也是SOP-8散热不好的原因所在。开关功率器件的热全部来自功率损耗。损耗分为两部分，一部分是功率器件的寄生电容所产生的开关损耗，这部分损耗与开关频率基本成线性关系；另一部分是功率管在导通阶段由于导通电阻而产生的导通损耗。因为开关频率不高，一般在50KHz左右，所以LED恒流驱动芯片的开关损耗只占次要部分。主要损耗为导通损耗，占八成以上，而且与功率管的导通电阻成线性关系。因此，功率器件总损耗可近似等于导通损耗，如公式1所示，其中K为比例系数。在输入电压、输出电流、输出功率均不变的情况下，K就是一个常数。PLOSS≈K*Rdson(1)上式说明，在外部条件一定的情况下，功率器件的热损耗PLOSS与功率管导通电阻Rdson基本成正比。导通电阻越大，热损耗就越大，对合封芯片封装体的散热压力也就越大。在热损耗相同的情况下，合封芯片封装体的散热能力越差，芯片工作温度就会越高；而芯片工作温度都有一个上限，比如最高不能超过120摄氏度(这里只是举例，实际情况可能不同)。合封SOP-8的散热性能比合封DIP-8差一倍以上(DIP-8金属管脚粗一倍以上，塑封体体积也要大两到三倍)，这意味着，在同样的工作环境下，SOP-8封装芯片要比DIP-8封装芯片工作温度高一倍以上。再结合公式1可以得出，在同样的工作条件下要得到同样的芯片工作温度，SOP-8内部功率管的导通电阻Rdson要比DIP-8内部功率管的导通电阻Rdson小一倍，也就是功率管的面积要大一倍，对应的功率管成本就要高一倍。下表列出目前两种流行合封封装各个指标之间的对比关系。为方便起见，所有指标以合封SOP-8为标准进行归一化。其中，“效率成本”比对指的是，使用芯片成品加工成LED照明驱动电源的物料和加工费用的对比。一方面，由于合封DIP-8是插件，一般采用手工插件，效率低、费用高；另一方面，由于合封DIP-8体积大，PCB面积也大，物料成本也会增加，所以其效率成本远比合封SOP-8高。“总应用成本”包括三部分：“封装成本”、“功率管成本”与“效率成本”。如下表所列，合封DIP-8的总应用成本为合封SOP-8总应用成本的两倍以上，它在市场上败给后者也属情理之中。合封SOP-8合封DIP-8散热性能12封装成本12.5功率管成本10.5效率成本14总应用成本12～3倍LED照明进入市场不过十年，未来三十年内，还看不到可替代的照明技术。就LED恒流驱动芯片而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TO‑252引线框架，包括多个通过连接筋相连的引线单元，所述引线单元包括第一基岛、第二基岛以及四只引线脚，其中，所述第一基岛用于承载第一芯片，相对于第二基岛下沉一预定高度；位于所述引线单元最左侧或最右侧的第一引线脚与第一基岛相连；所述第二基岛用于承载第二芯片，位于与所述第一引线脚相邻的第二引线脚的末端；第二、第三、第四引线脚之间的间距为T0‑252‑5L标准脚距，第一与第二引线脚之间的间距为所述标准脚距的两倍。

【技术特征摘要】
1.一种TO-252引线框架，包括多个通过连接筋相连的引线单元，所述引线单元包括第一基岛、第二基岛以及四只引线脚，其中，所述第一基岛用于承载第一芯片，相对于第二基岛下沉一预定高度；位于所述引线单元最左侧或最右侧的第一引线脚与第一基岛相连；所述第二基岛用于承载第二芯片，位于与所述第一引线脚相邻的第二引线脚的末端；第二、第三、第四引线脚之间的间距为T0-252-5L标准脚距，第一与第二引线脚之间的间距为所述标准脚距的两倍。2.如权利要求1所述的引线框架，其特征在于，所述第二基岛的最小宽度为，T0-252-5L标准脚距与标准管脚宽度之和。3.如权利要求1所述的引线框架，其特征在于，所述第一基岛的外形与面积采用T0-252-5L标准。4.如权利要求1所述的引线框架，其特征在于，所述第一芯片为功率芯片，第二芯片为LED恒流控制芯片，所述第一引线脚为功率管高压输入脚。5.一种半导体封装器件，包括塑封体、封装在所述塑封体之内的引线单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：许瑞清，刘立国，
申请(专利权)人：北京模电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11