创新型封装如何推动提高负载开关中的功率密度

作者：德州仪器

从智能手机到汽车，消费者要求将更多功能封装到越来越小的产品中。为了帮助实现这一目标，TI 优化了其半导体器件（包括用于子系统控制和电源时序的负载开关）的封装技术。封装创新支持更高的功率密度，从而可以向每个印刷电路板上安装更多半导体器件和功能。

晶圆级芯片封装方式 (WCSP)

目前，尺寸最小的负载开关采用的是晶圆级芯片封装方式 (WCSP)。图1展示了四引脚WCSP器件的示例。


图 1：四引脚 WCSP 器件

WCSP技术使用硅片并将焊球连接到底部，可让封装尺寸尽可能小，并使该技术在载流能力和封装面积方面极具竞争力。由于WCSP尽可能减小了外形尺寸，用于输入和输出引脚的焊球数量将会限制负载开关能够支持的最大电流。

采用引线键合技术的塑料封装

需要更高电流的应用或工业PC这样的更严苛的制造工艺需要采用塑料封装。图2展示了采用引线键合技术的塑料封装实现。


图 2：标准引线键合 Quad-Flat No Lead (QFN) 封装

QFN或Small-Outline No Lead (SON) 封装使用引线键合技术将芯片连接到引线，从而在为自发热提供良好散热特性的同时，让更大电流从输入端流向输出端。但引线键合塑料封装需要为键合线本身提供大量空间，与芯片尺寸本身相比，需要更大的封装。键合线还可增加电源路径的电阻，从而增加负载开关的总体导通电阻。在这种情况下，折衷方案是在更大尺寸和更高功率支持之间进行平衡。

塑料HotRod封装

虽然WCSP和引线键合封装都有其优点和限制，但TI的HotRod QFN负载开关结合了这两种封装技术的优点。图3展示了HotRod封装的分解图。


图 3：TI HotRod QFN结构和芯片连接

这些无引线塑料封装使用铜柱将芯片连接到封装，因为这种方法比键合线需要的空间小，从而可以尽可能减小封装尺寸。铜柱还支持高电流电平，并且为电流路径增加的电阻极小，允许单个引脚传输高达6A的电流。

表1通过比较TPS22964C WCSP、TPS22975引线键合SON和TPS22992负载开关，说明了这些优点。

表 1：各种负载开关解决方案的比较

       产品和封装类型  TPS22964C WCSP  TPS22975引线键合SON  TPS22992 HotRod封装
  输入电压  1 V 至 5.5V  0.6 V 至 5.7 V  0.1 V 至 5.5V
  电流最大值  3:00 AM  6:00 AM  6:00 AM
  导通电阻  13mΩ  16mΩ  8.7mΩ
  可调上升时间  否  是  是
  电源正常信号  否  否  是
  可调快速输出放电  否  否  是
  解决方案尺寸  1.26mm2  4mm2  1.56mm2

虽然TPS22975引线键合SON器件也可支持6A电流，但实现这一电流电平需要使用两个引脚来提供输入和输出电压，这会限制其他功能的数量，例如电源正常和可调上升时间。键合线还可增加器件的导通电阻，从而限制最大电流。

WCSP负载开关是这三种解决方案中最小的，但其受限的引脚使其具有的功能最少，支持的电流最低。

结语

TPS22992负载开关结合了WSCP和SON的优点，既具有WCSP解决方案尺寸小巧的优点，也具有引线键合SON解决方案的大电流支持和额外功能。TI的 TPS22992和TPS22998负载开关使用HotRod封装优化小解决方案尺寸，同时支持大电流、低导通电阻和许多器件功能。
其他资源
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