封裝技術(shù)在負(fù)載開關(guān)中的應(yīng)用

從智能手機(jī)到汽車，消費者要求將更多功能封裝到越來越小的產(chǎn)品中。為了幫助實現(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)控制和電源時序的負(fù)載開關(guān))的封裝技術(shù)。封裝創(chuàng)新支持更高的功率密度，從而可以向每個印刷電路板上安裝更多半導(dǎo)體器件和功能。

晶圓級芯片封裝方式 (WCSP)

目前，尺寸最小的負(fù)載開關(guān)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。

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(shù)量將會限制負(fù)載開關(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，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)點和限制，但 TI 的 HotRod QFN 負(fù)載開關(guān)結(jié)合了這兩種封裝技術(shù)的優(yōu)點。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(dá) 6A 的電流。

表 1 通過比較 TPS22964C WCSP、TPS22975 引線鍵合 SON 和 TPS22992 負(fù)載開關(guān)，說明了這些優(yōu)點。

表 1：各種負(fù)載開關(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，但實現(xiàn)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(shù)量，例如電源正常和可調(diào)上升時間。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

TPS22992 負(fù)載開關(guān)結(jié)合了 WSCP 和 SON 的優(yōu)點，既具有 WCSP 解決方案尺寸小巧的優(yōu)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(fù)載開關(guān)使用 HotRod 封裝優(yōu)化小解決方案尺寸，同時支持大電流、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)新型封裝如何推動提高負(fù)載開關(guān)中的功率密度

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審核編輯：湯梓紅