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Autore: Aleksandras Kaknevicius Job Title – Electrical Engineer, Texas Instruments
I clienti chiedono di aggiungere sempre più funzionalità in prodotti sempre più piccoli, che si tratti di smartphone o automobili. Per sostenere questa tendenza, TI ha ottimizzato la propria tecnologia per i package dei propri dispositivi a semiconduttore, compresi gli interruttori di carico utilizzati per il controllo dei sottosistemi e per il sequenziamento dell’alimentazione. L’innovazione nel campo dei package consente di ottenere una maggiore densità di potenza e di posizionare un numero ancora maggiore di dispositivi e funzionalità a semiconduttore su ciascun circuito stampato.
Package WCSP (Wafer Chip-Scale Packaging)
Gli interruttori di carico più piccoli oggi disponibili sono in package di tipo WCSP (Wafer Chip-Scale Packaging). La Figura 1 mostra un esempio di un dispositivo WCSP a quattro pin.
Figura 1: Dispositivo WCSP a quattro pin
La tecnica WCSP posiziona delle sfere di saldatura sul fondo del die di silicio, riducendone l’ingombro il più possibile e ottenendo una tecnologia competitiva dal punto di vista del trasporto di corrente e dell’area del package. Poiché il WCSP riduce al minimo il fattore di forma, il numero di sfere di saldatura utilizzate per i pin di ingresso e di uscita limita la corrente massima che può essere supportata dall’interruttore di carico.
Package in plastica con tecnologia wire-bond
Le applicazioni a corrente più elevata o con processi di produzione più gravosi, come i PC industriali, richiedono l’implementazione di package in plastica. La Figura 2 mostra l’implementazione tradizionale di un package in plastica con tecnologia wire-bond.
Figura 2: Package wire-bond QFN (Quad-Flat No lead) standard
I package QFN o SON (Small-Outline No lead) utilizzano la tecnologia wire-bond per collegare il die ai conduttori; questo sistema permette il passaggio di maggiori quantità di corrente dall’ingresso all’uscita offrendo buone caratteristiche termiche per l’autoriscaldamento. I package wire-bond in plastica richiedono tuttavia molto spazio per fili bond wire stessi e, quindi, un package di maggiori dimensioni rispetto al die stesso. Inoltre, i fili bond wire aumentano la resistenza sul percorso di alimentazione, facendo quindi salire la resistenza di accensione complessiva dell’interruttore di carico. In questo caso, il compromesso è fra maggiori dimensioni e supporto per potenze superiori.
Package HotRod in plastica
Mentre sia i package WCSP che wire-bond presentano vantaggi e limiti tipici, gli interruttori di carico HotRod QFN di TI offrono i vantaggi di entrambe le tecnologie di package. La Figura 3 mostra un package HotRod nel dettaglio.
Figura 3: Struttura di HotRod QFN di TI e fissaggio al die
Questi package in plastica leadless utilizzano pilastri in rame per collegare il die al package; poiché quest’ultimo occupa un’area minore rispetto ai fili bond wire, diventa possibile ridurre al minimo le dimensioni del package. Inoltre, i pilastri supportano anche livelli di corrente elevati e aggiungono pochissima resistenza al percorso di alimentazione, consentendo di far passare fino a 6 A di corrente attraverso un singolo pin.
La Tabella 1 mostra questi vantaggi con un confronto tra gli interruttori di carico TPS22964C WCSP, TPS22975 wire-bond SON e TPS22992.
| Prodotto e tipo di package | TPS22964C WCSP | TPS22975 wire-bond SON | Package TPS2
2992 HotRod |
| Tensione di ingresso | Da 1 V a 5,5 V | Da 0,6 V a 5,7 V | Da 0,1 V a 5,5 V |
| Corrente massima | 3 A | 6 A | 6 A |
| Resistenza di accensione | 13 mΩ | 16 mΩ | 8,7 mΩ |
| Tempo di salita regolabile | No | Sì | Sì |
| Segnale POWER GOOD | No | No | Sì |
| Scarica di uscita rapida regolabile | No | No | Sì |
| Dimensioni della soluzione | 1,26 mm2 | 4 mm2 | 1,56 mm2 |
Tabella 1: Confronto tra varie soluzioni per interruttore di carico
Sebbene il dispositivo SON wire-bond TPS22975 sia in grado di supportare anche 6 A di corrente, raggiungere questo livello di corrente richiede l’uso di due pin sia per la tensione di ingresso che di uscita, il che limita il numero di funzionalità aggiuntive, come il segnale di POWER GOOD e il tempo di salita regolabile. I fili bond wire aumentano inoltre la resistenza di accensione del dispositivo e limitano la corrente massima.
L’interruttore di carico WCSP è la più piccola delle tre soluzioni, ma presenta il numero minore di funzionalità e supporta la corrente più bassa a causa dei limiti dei pin.
Altri componenti trattati nel post: TPS22992, TPS22964C, TPS22975, TPS22998
Conclusione
L’interruttore di carico TPS22992 unisce i vantaggi di WSCP e SON e come vantaggi offre le dimensioni ridotte della soluzione WCSP con il supporto per correnti elevate e le funzionalità aggiuntive della soluzione SON wire-bond. Gli interruttori di carico TPS22992 e TPS22998 di TI utilizzano il package HotRod per ottimizzare e ridurre le dimensioni della soluzione, supportando al tempo stesso correnti elevate, bassa resistenza di accensione e molte funzionalità del dispositivo.
