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    3. 《電子技術應用》
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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

      2022-04-28
      來源:德州儀器

      從智能手機到汽車,消費者要求將更多功能封裝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負載開關)的封裝技術。封裝創新支持更高的功率密度,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。

      晶圓級芯片封裝方式 (WCSP)

      目前,尺寸最小的負載開關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負載開關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。

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      表 1:各種負載開關解決方案的比較

      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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