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創新型封裝如何推動提高負載開關中的功率密度

作者:德州儀器時間:2022-04-26來源:電子產品世界收藏

從智能手機到汽車,消費者要求將更多功能到越來越小的產品中。為了幫助實現這一目標,TI 優化了其半導體器件(包括用于子系統控制和電源時序的)的技術。創新支持更高的,從而可以向每個印刷電路板上安裝更多半導體器件和功能。

本文引用地址:http://www.advisorsnote.com/article/202204/433519.htm

晶圓級芯片封裝方式 (WCSP)

目前,尺寸最小的采用的是晶圓級芯片封裝方式 (WCSP)。圖1展示了四引腳WCSP器件的示例。

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圖1 四引腳WCSP器件

WCSP技術使用硅片并將焊球連接到底部,可讓封裝尺寸盡可能小,并使該技術在載流能力和封裝面積方面極具競爭力。由于WCSP盡可能減小了外形尺寸,用于輸入和輸出引腳的焊球數量將會限制能夠支持的最大電流。

采用引線鍵合技術的塑料封裝

需要更高電流的應用或工業PC這樣的更嚴苛的制造工藝需要采用塑料封裝。圖2展示了采用引線鍵合技術的塑料封裝實現。

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圖2 標準引線鍵合Quad-Flat No Lead (QFN)封裝

QFN或Small-Outline No Lead (SON) 封裝使用引線鍵合技術將芯片連接到引線,從而在為自發熱提供良好散熱特性的同時,讓更大電流從輸入端流向輸出端。但引線鍵合塑料封裝需要為鍵合線本身提供大量空間,與芯片尺寸本身相比,需要更大的封裝。鍵合線還可增加電源路徑的電阻,從而增加負載開關的總體導通電阻。在這種情況下,折衷方案是在更大尺寸和更高功率支持之間進行平衡。

塑料HotRod封裝 

雖然WCSP和引線鍵合封裝都有其優點和限制,但TI的HotRod QFN負載開關結合了這兩種封裝技術的優點。圖3展示了HotRod封裝的分解圖。

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圖3 TI HotRod QFN結構和芯片連接

這些無引線塑料封裝使用銅柱將芯片連接到封裝,因為這種方法比鍵合線需要的空間小,從而可以盡可能減小封裝尺寸。銅柱還支持高電流電平,并且為電流路徑增加的電阻極小,允許單個引腳傳輸高達6A的電流。

表1通過比較TPS22964C WCSP、TPS22975引線鍵合SON和TPS22992負載開關,說明了這些優點。

表1 各種負載開關解決方案的比較

產品和封裝類型

TPS22964C WCSP

TPS22975引線鍵合SON

TPS22992 HotRod封裝

輸入電壓

1 V 至 5.5V

0.6 V 至 5.7 V

0.1 V 至 5.5V

電流最大值

3 A

6 A

6 A

導通電阻

13m?

16m?

8.7m?

可調上升時間

電源正常信號

可調快速輸出放電

解決方案尺寸

1.26mm2

4mm2

1.56mm2

雖然TPS22975引線鍵合SON器件也可支持6A電流,但實現這一電流電平需要使用兩個引腳來提供輸入和輸出電壓,這會限制其他功能的數量,例如電源正常和可調上升時間。鍵合線還可增加器件的導通電阻,從而限制最大電流。

WCSP負載開關是這三種解決方案中最小的,但其受限的引腳使其具有的功能最少,支持的電流最低。

結語

TPS22992負載開關結合了WSCP和SON的優點,既具有WCSP解決方案尺寸小巧的優點,也具有引線鍵合SON解決方案的大電流支持和額外功能。TI的 TPS22992和TPS22998負載開關使用HotRod封裝優化小解決方案尺寸,同時支持大電流、低導通電阻和許多器件功能。



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