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

從智能手機(jī)到汽車，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。

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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)。

產(chǎn)品和封裝類型?? ?TPS22964C WCSP?? ?TPS22975引線鍵合SON?? ?TPS22992 HotRod封裝
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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。

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