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创新型封装如何推动提高负载开关中的功率密度

judy — Fri, 29 Apr 2022 07:00:45 +0000

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

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

阅读技术白皮书“何时将开关改为集成的负载开关”。
阅读应用报告“负载开关基础知识”，了解有关负载开关的更多信息。
阅读电子书“11种保护电源路径的方法”，了解设计技巧。
阅读应用报告“增强型HotRod QFN封装：在业界超小的4A转换器中实现低EMI性能”。
查看TI的QFN和WCSP封装解决方案。

关于德州仪器(TI)
德州仪器（TI）（纳斯达克股票代码：TXN）是一家全球性的半导体公司，致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片，用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用，创造一个更美好的世界。如今，每一代创新都建立在上一代创新的基础之上，使我们的技术变得更小巧、更快速、更可靠、更实惠，从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用，这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。欲了解更多信息，请访问公司网站www.ti.com.cn 。

负载开关

圣邦微电子推出集成NMOS双通道负载开关SGM2596

judy — Wed, 27 Apr 2022 06:18:11 +0000

SGM2596是一颗集成NMOS双通道负载开关，0.6V至5.7V宽压输入，16mΩ低导通内阻，每个通道支持高达6A连续负载电流、22μA低静态工作电流和6nA的超低关断电流，且每个通道独立控制，并各自外置软启动设置管脚，配置灵活、使用方便。芯片具有过温保护功能，工作温度范围-40℃至+105℃，采用散热性能良好的TDFN-3×2-14AL绿色封装。

SGM2596典型特性

0.6V至5.7V宽压输入；

每个通道集成一个16mΩ低导通内阻NMOS开关；

每个通道支持最大6A连续负载电流；

22μA（典型值）静态电流和6nA（典型值）超低关断电流；

每个通道使能独立控制且符合I/O口标准逻辑电平；

具备软启动功能且每路输出上升斜率独立控制；

热关断保护和自恢复功能；

每个通道自带快速输出放电（QOD）功能（仅限SGM2596D）；

-40℃至+105℃工作温度范围；

自带散热焊盘且符合环保理念的TDFN-3×2-14AL绿色封装。

SGM2596核心特点

1.集成双路负载开关，可大大减少占板面积；16mΩ低导通内阻可进一步提升效率，每路支持高达6A连续负载电流，非常适合像超级本、上网本、SSD驱动器或便携类设备等大电流应用场合。

2.每个通道使能独立控制，接口电平满足标准I/O口逻辑电平，可直接输出控制单片机或CPU等I/O口，实现时序控制更简单。另外每个通道软启动通过外设电容独立控制，可有效减小开通时涌浪电流，使用配置更灵活。如下图所示，SGM2596实现有序控制示意图。

3.SGM2596D具有快速输出放电（QOD）功能，对于满足快速开关机功能特别有效。当系统关机后，可将SGM2596D输出电容上的电荷快速释放掉，为下一次重新上电做好准备，避免系统因时序混乱而无法启动。

4.SGM2596具有低静态工作电流和超低关断电流。通常在电池供电的低功耗产品中，这两项指标是特别要关注的。低静态工作电流可大大降低设备正常工作时的功耗，使其单、双通道下都可以维持比较低的静态功耗，尽可能延长设备使用和续航时间；6nA超低关断电流可大大减小设备待机或者睡眠状态下的功耗，极大地延长了设备待机时间。

5.启动及关闭波形。在启动过程中，输出按照内部的软启动设计，缓起爬升避免输入的涌浪电流冲击；关闭过程中按照设定的tOFF时间进行关断功率管。

微源半导体推出可穿戴应用的低功耗小体积负载开关 - LP5240HVF

judy — Tue, 25 Jan 2022 06:14:53 +0000

随着全球可穿戴市场的逐渐兴起，可穿戴产品出货量不断增长。据CCS Insights预测，可穿戴式产品的成长速度将高于手机和平板，至2025年，全球可穿戴产品整体出货量将达3.8亿只。

可穿戴产品形态主要有智能手表、智能手环和智能眼镜等。为了满足更多应用体验，通过连接互联网与各类软件应用相结合，使用户能够感知和监测自身生理状况与周边环境状况，无需手动便能迅速查看、回复和分享信息，其功能覆盖了健康管理、运动测量、社交互动、休闲游戏、影音娱乐、定位导航、移动支付等诸多领域。随着功能不断增加和长期使用，势必会造成耗电量高，影响用户使用体验。为了提高产品续航能力，可穿戴产品系统的电源管理要求在需要时开启或关闭各个系统模块的电源。

以目前可穿戴应用中份额最高的智能手环手表产品为例，如下框图。常见的开启或关闭的方案有三种：一是使用负载开关(如微源产品：LP5240HVF)；二是采用分立功率MOS管做开关方式；三是直接采用带使能控制的超低静态电流的LDO(微源发布首颗超低功耗LDO, Iq低达0.8uA -- LP3996)。

可穿戴手表/手环典型应用

在这些方案中，负载开关能够灵活控制不同负载模块的供电，也可实现系统各模块的上电时序要求。负载模块即使是处于关断状态，漏电流也相对较高，而在负载前面放置一个负载开关可显著减小漏电流和大幅降低功耗。另外，当DC/DC转换器或LDO关闭时，负载电压保持浮空，断电取决于负载，而使用带快速输出放电功能的负载开关，负载将以受控方式快速断电。除此外，相比分立功率MOS还有许多优势，下面是分别使用微源LP5240HVF负载开关与分立功率MOS开关(基于PMOS+BJT +电容结构)的对比数据：

LP5240HVF 主要参数

近几年，越来越多的智能穿戴设备产品中都在大量使用集成负载开关来替代分立功率MOS作开关，使终端产品实现更小体积、更优续航性能，使电路设计结构优化，实现更多功能集成。为了优化客户设计和可靠性，微源近期推出超低功耗、超小体积负载开关-LP5240HVF。

LP5240HVF 功能及性能介绍

为了提高电池的续航能力，LP5240待机功耗只有220nA,同时为了满足在用户使用过程中，能够快速将功能打开和关闭，在输出端增加了快速放电功能，EN关闭后，VOUT下降至0V的时间小于75uS。

关于微源半导体

微源半导体是行业领先的模拟芯片设计公司，持续专注以电源管理芯片为主的模拟芯片领域，全球布局研发中心和销售中心，致力于为客户提供完整的电源管理解决方案和技术服务。产品广泛应用于电池系统、显示系统、无线通讯系统和个人穿戴系统等3C市场相关产品。

自成立以来，微源半导体快速成为全球领先的电源管理方案提供商，以上千种产品、超十亿颗级别使用量服务于上万家客户。微源始终坚持产品质量第一，持续高研发投入，致力于设计更可靠、品质更安全、交付更有保障，努力成为客户首选电源合作伙伴。

网址：www.lowpowersemi.com