TI创新性封装如何提高功率密度

从智能手机到汽车，消费者希望将更多功能集成到更小的产品中。为顺应这一趋势，TI已针对封装技术进行了优化，包括用于子系统控制和电源时序的负载开关。封装技术的创新可以提高功率密度，即在每个印刷电路板上设置更多的器件和功能。

晶圆芯片级封装（WCSP）

现如今尺寸最小的负载开关都使用晶圆芯片级封装（WCSP）。图1为具四引脚的WCSP封装器件。

 

图1. 四引脚WCSP封装器件

WCSP封装技术通过将焊球连接于硅片底部来尽可能地减小占用空间，这使得该技术在载流和封装面积方面更具竞争力。由于WCSP技术最小化了物理尺寸，连接输入和输出引脚的焊球数量有限，也就限制了负载开关可以支持的最大电流。

采用丝焊技术的塑料封装

高电流或制造工艺要求严苛的应用（如工业PC）中需要使用塑料封装。图2为采用丝焊技术的塑料封装。

 

图2. 标准丝焊方形扁平无引脚封装

QFN或SON(小外形无引脚)封装技术通过丝焊技术将硅片与引脚进行连接，这使得更高的电流能够从输入端流向输出端，同时为器件提供良好的散热性。丝焊塑料封装需要为接合线本身提供很大的空间，甚至比硅片本身占有的封装空间还要大。接合线还会增加电源路径的电阻，从而增加负载开关的总导通电阻。因此需要在更大尺寸和更高的功率支持之间进行权衡。

塑料HotRod封装

虽然WCSP封装和接合线封装都有各自的优缺点，但TI的HotRod QFN负载开关却兼具两种封装技术的优势。图3为HotRod封装的结构示意图。

 

图3. TI HotRod QFN封装结构及其与硅片的连接

这些无引线塑料封装使用铜柱将硅片与封装进行连接，由于比接合线占用的面积更少，因此可以最大限度地减小封装尺寸。这些铜柱可以支持大电流，引入电源路径的电阻较小，且允许高达 6 A 的电流通过单个引脚。

表1为TPS22964C WCSP，TPS22975 SON和TPS22992 HotRod三种封装优势的对比。

 

表1. 各负载开关解决方案的对比

虽然TPS22975 SON封装器件支持6A的电流，但需要引入支持该电流水平的输入和输出引脚，这也就限制了功率良好和可调上升时间等方面的性能。接合线还会增加导通电阻，限制最大电流。

采用WCSP封装的负载开关是三种解决方案中尺寸最小的，但有限的引脚数量限制了其更多功能的实现和可支持的最大电流。

总结

TPS22992负载开关结合了WSCP和SON的优势，兼具小尺寸和高电流等特点。TI的TPS22992 和TPS22998负载开关通过HotRod封装来解决小型化的问题，同时支持高电流、低导通电阻等特性。