【導讀】在不斷發(fā)展的便攜式設備領域，對更小、更高效和更強大的解決方案的持續(xù)需求是。實現(xiàn)這一目標的一個關鍵方面是優(yōu)化電池管理電路，而這正是 Alpha and Omega Semiconductor (AOS) 突破性的 MRigidCSP（模制剛性芯片級封裝）技術發(fā)揮作用的地方。
在不斷發(fā)展的便攜式設備領域，對更小、更高效和更強大的解決方案的持續(xù)需求是。實現(xiàn)這一目標的一個關鍵方面是優(yōu)化電池管理電路，而這正是 Alpha and Omega Semiconductor (AOS) 突破性的 MRigidCSP（模制剛性芯片級封裝）技術發(fā)揮作用的地方。
AOS的 MRigidCSP 技術專為電池管理應用而定制。這項創(chuàng)新技術旨在降低導通電阻，同時增強機械強度。AOS 初提供 MRigidCSP 及其 AOCR33105E，這是一款 12V 共漏極雙 N 溝道 MOSFET。AOCR33105E 具有 2.08 × 1.45 mm 的緊湊尺寸、超低導通電阻（V GS = 4.5 V時低至 3 mΩ ）以及 HBM 2 級 (2 kV) 額定值的強大 ESD 保護。其獨特的共漏極配置（其中兩個 MOSFET 共享一個公共漏極）對于電池管理應用特別有價值，為便攜式電子設備中常見的細長 PCB 提供了節(jié)省空間的解決方案。
AOS MOSFET 產(chǎn)品線總監(jiān) Peter Wilson 在接受《電力電子新聞》采訪時表示，AOS 的 MRigidCSP 技術是用于鋰離子電池管理的雙向 MOSFET 的創(chuàng)新方法，特別是在智能手機、平板電腦和超級移動設備等移動設備中。薄筆記本。與傳統(tǒng)的晶圓級芯片級封裝 (WLCSP) 不同，在傳統(tǒng)的晶圓級芯片級封裝 (WLCSP) 中，裸片充當封裝并依賴厚基板來實現(xiàn)機械強度，而 MRigidCSP 將機械和電氣考慮因素分開。
“MRigidCSP 允許基板變薄 [<1.35 mm]，從而降低寄生電阻并為高充電電流提供更低的電阻，”Wilson 說。“為了在 PCB 組裝和產(chǎn)品使用壽命期間保持機械強度，MRigidCSP 添加了保護元件，確保 MOSFET 的耐用性。這種封裝技術滿足了快速充電移動應用中對更小、高性能、雙向 MOSFET 不斷增長的需求，將機械要求與電氣性能分離，以獲得結果。”
在手機和筆記本電腦等消費電子系統(tǒng)中，保護電路模塊 (PCM) 的關鍵組件用于管理鋰離子電池組的充電和放電，確保其安全高效運行。PCM 由各種元件組成，包括電池保護 IC、功率 MOSFET 和其他電子元件。
PCM 中采用了兩個功率 MOSFET：一個用于充電，另一個用于放電。這些 MOSFET 通常是 N 溝道 MOSFET，因其低導通電阻而被選擇。它們以兩種配置串聯(lián)連接：
配置 1：兩個 MOSFET 的漏極相連。
配置 2：兩個 MOSFET 的源極相連。
PCM 提供兩種將功率 MOSFET 與電池串聯(lián)的選項：
低側放置：在此模式下，功率 MOSFET 位于電池的負極端，通常稱為“接地端”。這種配置有其優(yōu)點和缺點，具體取決于具體的系統(tǒng)要求。
高側放置：在此模式下，功率 MOSFET 放置在電池的正極。這稱為“高端”配置，并且根據(jù)應用的需求也有其自己的優(yōu)點和缺點。
不同功率MOSFET背靠背連接模式及其布局的選擇是根據(jù)系統(tǒng)的具體要求進行的。系統(tǒng)設計、安全考慮和效率目標等因素會影響這些決策。總體而言，PCM 是確保消費電子產(chǎn)品中鋰離子電池組正常運行和保護的關鍵組件。
圖 1：電池保護板電路圖（Alpha and Omega Semiconductor）
便攜式設備中的電池管理
便攜式設備的快速充電要求電池管理電路具有更低的功率損耗，因此需要超低電阻。傳統(tǒng)的 WLCSP 會產(chǎn)生很大的電阻，尤其是在使用背對背 MOSFET 時。減少基板厚度以降低電阻會損害機械強度，可能會在 PCB 組裝回流過程中引起問題。
AOS 的 MRigidCSP 技術旨在應對這些挑戰(zhàn)，提供電氣性能改進和穩(wěn)健性。它與高深寬比 CSP 芯片尺寸兼容，解決與電池管理應用相關的生產(chǎn)問題。AOCR33105E采用的溝槽功率MOSFET技術設計。這種先進的封裝結構可確保增強的電池 MOSFET 在電路板制造過程中保持彈性，從而提供更高的性能和可靠性。
MRigidCSP 的主要特性之一是能夠降低電池管理電路的導通電阻。更低的導通電阻意味著更少的功率損耗，這在快速充電時代尤其重要。
“隨著快速充電應用中電流的增加，雙向 MOSFET 需要具有較低的電阻，以降低功率損耗，”Wilson 說。“功率損耗增加了需要減少的額外熱量。因此，需要一種低歐姆、雙向、共漏極 MOSFET，同時保持較小的外形尺寸。”
通過采用薄晶圓工藝，MRigidCSP 降低了共漏極 MOSFET 的寄生電阻。電阻的降低不僅可以加快充電速度，還可以確保 MOSFET 產(chǎn)生更少的熱量，從而防止損壞電池和其他組件。較低的電阻終會延長電池的充電壽命，這對消費者來說是一個重大的好處。
技術特點
減小芯片級封裝中的基板厚度通常會引起對機械強度的擔憂。然而，MRigidCSP 技術通過在薄晶圓上添加模制層來克服這一挑戰(zhàn)。這種創(chuàng)新方法有效地平衡了厚度的減小和必要的機械強度，確保封裝保持堅固可靠。
在標準 WLCSP 中，襯底電阻可能是影響性能的重要因素。MRigidCSP 技術通過優(yōu)化封裝設計緩解了這一問題。Wilson 表示，標準 WLCSP 依賴于芯片的總厚度來提高機械強度，而 MRigidCSP 采用薄晶圓和模塑層組合來實現(xiàn)機械強度和降低基板電阻。
AOS 對質量和可靠性的承諾在其 MRigidCSP 技術中得到體現(xiàn)。制造過程采用了的自動化技術，以確保高產(chǎn)量和穩(wěn)健性。
“AOS 工藝采用的自動化制造技術，確保制造具有高產(chǎn)量和高可靠性，”Wilson 說。
AOCR33105E 的 ESD 保護是確保便攜式設備安全和性能的重要功能。它可以防止在制造過程中和設備的整個使用壽命期間發(fā)生靜電放電事件，從而保護設備和用戶。
圖 2：12V 共漏極雙 N 溝道 MOSFET（Alpha and Omega Semiconductor）
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