從智能手機(jī)到汽車(chē),消費(fèi)者要求將更多功能封裝到越來(lái)越小的產(chǎn)品中。為了幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),TI 優(yōu)化了其半導(dǎo)體器件(包括用于子系統(tǒng)控制和電源時(shí)序的負(fù)載開(kāi)關(guān))的封裝技術(shù)。封裝創(chuàng)新支持更高的功率密度,從而可以向每個(gè)印刷電路板上安裝更多半導(dǎo)體器件和功能。
晶圓級(jí)芯片封裝方式 (WCSP)
目前,尺寸最小的負(fù)載開(kāi)關(guān)采用的是晶圓級(jí)芯片封裝方式 (WCSP)。圖 1 展示了四引腳 WCSP 器件的示例。
圖 1:四引腳 WCSP 器件
WCSP 技術(shù)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(shù)在載流能力和封裝面積方面極具競(jìng)爭(zhēng)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(shù)量將會(huì)限制負(fù)載開(kāi)關(guān)能夠支持的最大電流。
采用引線鍵合技術(shù)的塑料封裝
需要更高電流的應(yīng)用或工業(yè) PC 這樣的更嚴(yán)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(shù)的塑料封裝實(shí)現(xiàn)。
圖 2:標(biāo)準(zhǔn)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(shù)將芯片連接到引線,從而在為自發(fā)熱提供良好散熱特性的同時(shí),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(fù)載開(kāi)關(guān)的總體導(dǎo)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(jìn)行平衡。
塑料 HotRod 封裝
雖然 WCSP 和引線鍵合封裝都有其優(yōu)點(diǎn)和限制,但 TI 的 HotRod QFN 負(fù)載開(kāi)關(guān)結(jié)合了這兩種封裝技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。圖 3 展示了 HotRod 封裝的分解圖。
圖 3:TI HotRod QFN 結(jié)構(gòu)和芯片連接
這些無(wú)引線塑料封裝使用銅柱將芯片連接到封裝,因?yàn)檫@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(gè)引腳傳輸高達(dá) 6A 的電流。
表 1 通過(guò)比較 TPS22964C WCSP、TPS22975 引線鍵合 SON 和 TPS22992 負(fù)載開(kāi)關(guān),說(shuō)明了這些優(yōu)點(diǎn)。
表 1:各種負(fù)載開(kāi)關(guān)解決方案的比較
雖然 TPS22975 引線鍵合 SON 器件也可支持 6A 電流,但實(shí)現(xiàn)這一電流電平需要使用兩個(gè)引腳來(lái)提供輸入和輸出電壓,這會(huì)限制其他功能的數(shù)量,例如電源正常和可調(diào)上升時(shí)間。鍵合線還可增加器件的導(dǎo)通電阻,從而限制最大電流。
WCSP 負(fù)載開(kāi)關(guān)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(jié)語(yǔ)
TPS22992 負(fù)載開(kāi)關(guān)結(jié)合了 WSCP 和 SON 的優(yōu)點(diǎn),既具有 WCSP 解決方案尺寸小巧的優(yōu)點(diǎn),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(fù)載開(kāi)關(guān)使用 HotRod 封裝優(yōu)化小解決方案尺寸,同時(shí)支持大電流、低導(dǎo)通電阻和許多器件功能。
原文標(biāo)題:技術(shù)干貨|創(chuàng)新型封裝如何推動(dòng)提高負(fù)載開(kāi)關(guān)中的功率密度
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