從智慧手機到汽車，消費者要求將更多功能封裝到越來越小的產品中。為了説明實現這一目標，TI 優化了其半導體器件（包括用於子系統控制和電源時序的負載開關）的封裝技術。封裝創新支援更高的功率密度，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。
晶圓級晶片封裝方式 (WCSP)
目前，尺寸最小的負載開關採用的是晶圓級晶片封裝方式 (WCSP)。圖1展示了四引腳WCSP器件的示例。
圖 1：四引腳 WCSP 器件
WCSP技術使用矽片並將焊球連接到底部，可讓封裝尺寸盡可能小，並使該技術在載流能力和封裝面積方面極具競爭力。由於WCSP盡可能減小了外形尺寸，用於輸入和輸出引腳的焊球數量將會限制負載開關能夠支援的最大電流。
採用引線鍵合技術的塑膠封裝
需要更高電流的應用或工業PC這樣的更嚴苛的製造工藝需要採用塑膠封裝。圖2展示了採用引線鍵合技術的塑膠封裝實現。
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晶片連接到引線，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。但引線鍵合塑膠封裝需要為鍵合線本身提供大量空間，與晶片尺寸本身相比，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。
塑膠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。
圖 3：TI HotRod QFN結構和晶片連接
這些無引線塑膠封裝使用銅柱將晶片連接到封裝，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，並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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產品和封裝類型 |
TPS22964C WCSP |
TPS22975引線鍵合SON |
TPS22992 HotRod封裝 |
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輸入電壓 |
1 V 至 5.5V |
0.6 V 至 5.7 V |
0.1 V 至 5.5V |
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電流最大值 |
3 A |
6 A |
6 A |
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導通電阻 |
13mΩ |
16mΩ |
8.7mΩ |
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可調上升時間 |
否 |
是 |
是 |
|
電源正常信號 |
否 |
否 |
是 |
|
可調快速輸出放電 |
否 |
否 |
是 |
|
解決方案尺寸 |
1.26mm2 |
4mm2 |
1.56mm2 |
表 1：各種負載開關解決方案的比較
雖然TPS22975引線鍵合SON器件也可支援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，支援的電流最低。
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。
其他資源
• 閱讀技術白皮書“何時將開關改為集成的負載開關”。
• 閱讀應用報告“負載開關基礎知識”，瞭解有關負載開關的更多資訊。
• 閱讀電子書“11種保護電源路徑的方法”，瞭解設計技巧。
• 閱讀應用報告“增強型HotRod QFN封裝：在業界超小的4A轉換器中實現低EMI性能”。
• 查看TI的QFN和WCSP封裝解決方案。
關於德州儀器(TI)
德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球性的半導體公司，致力於設計、製造、測試和銷售類比和嵌入式處理晶片，用於工業、汽車、個人電子產品、通信設備和企業系統等市場。我們致力於通過半導體技術讓電子產品更經濟實用，創造一個更美好的世界。如今，每一代創新都建立在上一代創新的基礎之上，使我們的技術變得更小巧、更快速、更可靠、更實惠，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。欲瞭解更多資訊，請訪問公司網站www.ti.com.cn。
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