Power-Tipp HotRod-QFN: Leistungsfähigkeit von Lastschaltern pimpen

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Lastschalter im Vergleich: In diesem Power-Tipp geben wir einen Überblick zu den Gehäusetechniken WCSP und QFN (SON). Das HotRod-QFN-Gehäuse verbindet die Vorteile von WCSP und QFN. Das sind die Eigenschaften.

Ob im Smartphone oder im Auto – stets wünschen sich die Konsumenten immer mehr Features bei immer weniger Platzbedarf. Texas Instruments hat deshalb die Gehäusetechnik für seine Halbleiterbausteine optimiert, unter anderem für die Lastschalter, mit denen Subsysteme gesteuert und das Power-Sequencing koordiniert wird. Die entwickelten Bausteine ermöglichen eine höhere Leistungsdichte, d. h. es können mehr Halbleiterbausteine und Funktionen auf einer Leiterplatte untergebracht werden.

Wafer Chip Scale: Kleinstes Gehäuse für Lastschalter

Die derzeit kleinsten Lastschalter werden im WCSP-Gehäuse (Wafer Chip-Scale Pack­aging) angeboten, wie es in Bild 1 mit vier Anschlüssen zu sehen ist. Bei der WCSP-Technik wird die Unterseite des Die mit Lotkügelchen versehen, was einen extrem kleinen Footprint ergibt und die Technik bezüglich der Stromtragfähigkeit und der Gehäusefläche unschlagbar macht.

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Wegen der minimierten Abmessungen hat die Zahl der als Eingang und Ausgang verwendeten Kontakte Auswirkungen auf den Maximalstrom des Lastschalters.

QFN: Kunststoffgehäuse für höhere Ströme

Anwendungen mit höheren Strömen oder raueren Fertigungsprozessen erfordern Kunststoffgehäuse (Bild 2). Bei Gehäusen der Bauarten QFN (Quad-Flat No lead) oder SON (Small-Outline No lead) ist der Die durch Bonddrähte mit den Anschlüssen verbunden, was hohe Stromstärken ermöglicht und für eine gute Wärmeableitung sorgt.

Bei Wirebond-Kunststoffgehäusen wird jedoch viel Platz für die Verbindungsdrähte benötigt, sodass verglichen mit den Abmessungen des Die ein größeres Gehäuse erforderlich ist. Außerdem erhöhen die Bonddrähte den On-Widerstand des Lastschalters, sodass immer zwischen Leistung und Gehäusegröße abgewogen werden muss.

HotRod-QFN-Gehäuse: Das sind die Vorteile

Das HotRod-QFN-Gehäuse (Bild 3) vereint die Vorteile der beiden gerade beschriebenen Gehäusebauarten. Im Englischen steht hot rodding als Slangwort für Modifikationen im Gitarrenbau.

In diesen Leadless-Kunststoffgehäusen verbinden Kupferstäbe Die und Gehäuse. Da hierfür weniger Fläche erforderlich ist als für Bonddrähte, lässt sich die Gehäusegröße minimieren. Die Stäbe eignen sich zudem für höhere Stromstärken und lassen den Widerstand des Stromwegs nur geringfügig ansteigen, sodass Stromstärken bis zu 6 A durch jeden einzelnen Pin fließen können.

In Tabelle 1 werden die Lastschalter TPS22964C (im WCSP-Gehäuse), TPS22975 (im Wirebond-QFN-Gehäuse) und TPS22992 (im HotRod-QFN-Gehäuse) miteinander verglichen.

Der der Lastschalter TPS22975 im Wirebond-QFN-Gehäuse verträgt zwar ebenfalls Stromstärken bis zu 6 A, benötigt dafür aber je zwei Eingangs- und Ausgangs-Pins, was die Zahl der zusätzlichen Funktionen (z. B. Power Good und einstellbare Anstiegszeit) einschränkt. Da die Bonddrähte außerdem den On-Widerstand erhöhen, ist der Maximalstrom begrenzt.

Die kleinste der drei Optionen ist die WCSP-Version, jedoch ergibt die begrenzte Pin-Anzahl das geringste Funktionsangebot und den niedrigsten Maximalstrom.

* Aleksandras Kaknevicius ist Elektroingenieur bei Texas Instruments in Dallas / USA.

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