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分立器件的结构及功能介绍
发布时间: 2021-02-01 15:54:16
内容来源: 网络整理
标签: 分立器件

分立器件是指具有单独功能且功能不能拆分的电子器件,依据芯片结构和功能的不同可以分为半导体二极管、三极管、桥式整流器、光电器件等。半导体分立器件主要由芯片、引线/框架、塑封外壳几部分组成,其中芯片决定器件功能,诸如整流、稳压、开关、保护等,引线/框架实现芯片与外部电路的连接以及热量的导出,塑封外壳则为芯片及内部结构提供保护,保证其功能的稳定实现,并与散热等核心性能高度相关。

分立器件的芯片与半导体行业通常理解的集成电路芯片有所差异。半导体电路功能实现的基础单元是由半导体材料构成的PN结,将PN结及其形成的图形以一定的方式刻到一小片硅片上形成半导体芯片。其中,分立器件(二极管、三极管等)芯片是指在一个硅片上通过掺杂、扩散等工艺只形成一个或少量PN结的芯片,其芯片的结构简单,功能也相对较为简单,主要是实现整流、稳压、开关、放大等既定的电路功能。而集成电路芯片是用特殊的半导体工艺将成千上万个PN结、电容、电阻、导线等形成的具有特定功能的图形刻到一小块硅片上形成芯片,因此集成电路芯片结构非常复杂,可以实现数字信号、模拟信号的处理与转换等复杂功能。

虽然芯片的集成带来了体积小、重量轻、可靠性高等优势,但对于一些难以集成的特定功能,例如高速开关、稳压保护、瞬态抑制和大电流、高电压、低功率等性能要求,以及出于线路结构、集成难度和成本、稳定性等各方面考虑,仍需要大量使用各种分立器件来完成,因此,分立器件与集成电路配合使用成为半导体产业的常态。

分立器件的产品分类

半导体分立器件按照芯片结构和功能可区分为二极管、三极管,以及由其通过一定方式连接形成的器件(如整流桥)。半导体产业起步于上世纪50年代,在发展历程中,半导体二极管、双极型晶体管(BJT)、场效应晶体管(Power-MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等先后出现,一般将双极型晶体管、场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管统称为三极管。

随着半导体产业的逐步发展,对芯片供电mA级别的电流需求、产品良率及成本制约下小功率元件无法集成、下游产品对半导体分立器件体积要求越来越苛刻等问题逐步凸显,无论是二极管还是三极管,在制造工艺上均面临突破上述发展瓶颈的需要。为解决上述问题,体积较小且通过电流较小的“小信号器件”概念开始被台湾分立器件厂商单独列出,并形成了一系列专业的工艺方法,可以用于各类二极管、三极管的生产。

随着小信号器件概念的出现,半导体分立器件在按照芯片结构、功能划分维度之外,又可按照功率、电流指标划分为小信号器件及功率器件两大类。世界半导体贸易统计协会(WSTS)将小信号器件定义为耗散功率小于1W(或者额定电流小于1A)的分立器件,而耗散功率不小于1W(或者额定电流不小于1A)的分立器件则归类为功率器件。

小信号器件与功率器件在生产工艺和产品应用方面存在显著差异。小信号器件芯片尺寸和封装尺寸均较小,对生产作业控制精度要求较高,对机械化自动化要求很高,并由于产品组件比较脆弱,需要在生产过程中给予很好的保护,同时其电性参数值均比较小,因此要求测试系统能够快速分辨出微小的电量变化,具备较高的测试精度。而功率器件芯片尺寸和封装尺寸都比较大,要求芯片与框架接触良好、封装体有较好的散热能力、封装应力尽可能小、测试过程中能够提供大电流高电压、并进行不同测试参数条件下自动比对筛选。由于前述差异,在半导体产业逐步专业化发展的过程中,器件在生产工艺及产品应用方面的差异程度超出了其在芯片结构及功能方面本身的差异,小信号器件、功率器件的概念逐步被普遍接受。

依据功率和电流对分立器件进行划分是业内通用的分类方法。中国电子技术标准化研究院2019年11月发布的最新《功率半导体分立器件产业及标准化白皮书(2019版)》将分立器件划分为小信号器件和功率器件;世界半导体贸易统计协会(WSTS)在其产品分类手册中也依据功率的标准采用了小信号器件、功率器件的划分;全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司Gartner将分立器件区分为小信号器件、功率器件、射频器件;业内知名公司东芝、罗姆、安世、威世、华润微、扬杰科技等都在其产品手册中采用了前述分类方法。

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