تقنية MRigidCSP: طفرة في تطبيقات إدارة البطارية في الأجهزة المحمولة
في عالم الأجهزة المحمولة الذي يتطور باستمرار، هناك طلب ثابت يتمثل في حلول أصغر حجمًا وأكثر كفاءة وقوة. أحد الجوانب الحاسمة لتحقيق ذلك هو تحسين دوائر إدارة البطارية، وهنا يأتي دور تقنية MRigidCSP (حزمة مقياس الرقاقة الصلبة المقولبة) الرائدة من Alpha وOmega Semiconductor (AOS’s).
تم تصميم تقنية MRigidCSP الخاصة بـ AOS لتطبيقات إدارة البطارية. تهدف هذه التقنية المبتكرة إلى تقليل المقاومة مع تعزيز القوة الميكانيكية. تقدم AOS في البداية MRigidCSP مع AOCR33105E، وهو عبارة عن MOSFET مزدوج القناة N بجهد 12 فولت. يتميز AOCR33105E بحجم صغير يبلغ 2.08 × 1.45 مم، ومقاومة منخفضة للغاية (تصل إلى 3 mΩ عند V)ع = 4.5 فولت) وحماية قوية من ESD مصنفة عند فئة HBM 2 (2 كيلو فولت). يعد تكوينه الفريد للصرف المشترك، حيث يشترك اثنان من MOSFET في استنزاف مشترك، ذا قيمة خاصة لتطبيقات إدارة البطارية، مما يوفر حلاً موفرًا للمساحة مثاليًا لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرفيعة الموجودة عادة في الأجهزة الإلكترونية المحمولة.
في مقابلة مع Power Electronics News، قال بيتر ويلسون، المدير الأول لخط إنتاج MOSFET بشركة AOS، إن تقنية MRigidCSP من AOS هي نهج مبتكر لوحدات MOSFET ثنائية الاتجاه المستخدمة في إدارة بطاريات الليثيوم أيون، خاصة في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة الكمبيوتر فائقة الدقة. دفاتر رقيقة. على عكس التغليف التقليدي على مستوى الرقاقة (WLCSP)، حيث يعمل القالب كحزمة ويعتمد على ركيزة سميكة للقوة الميكانيكية، فإن MRigidCSP يفصل بين الاعتبارات الميكانيكية والكهربائية.
“MRigidCSP يسمح للركيزة بأن تكون رقيقة [<1.35 mm]وقال ويلسون: “يقلل من المقاومة الطفيلية ويوفر مقاومة أقل لتيارات الشحن العالية”. “للحفاظ على القوة الميكانيكية أثناء تجميع PCB وعمر المنتج، يضيف MRigidCSP عنصرًا وقائيًا، مما يضمن متانة MOSFET. وتلبي تقنية التعبئة والتغليف هذه الطلب المتزايد على دوائر MOSFET الأصغر حجمًا وعالية الأداء وثنائية الاتجاه في تطبيقات الهاتف المحمول سريعة الشحن، مما يؤدي إلى فصل المتطلبات الميكانيكية عن الأداء الكهربائي للحصول على أفضل النتائج.
تصميم الدوائر
في الأنظمة الإلكترونية الاستهلاكية مثل الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، يتم استخدام مكون حاسم يسمى وحدة دائرة الحماية (PCM) لإدارة شحن وتفريغ حزم بطاريات Li-ion، مما يضمن تشغيلها الآمن والفعال. يتكون PCM من عناصر مختلفة، بما في ذلك IC لحماية البطارية، ووحدات MOSFET للطاقة ومكونات إلكترونية أخرى.
يتم استخدام اثنين من وحدات MOSFET للطاقة في PCM: أحدهما للشحن والآخر للتفريغ. هذه الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) هي عادةً دوائر MOSFET ذات قناة N، تم اختيارها لمقاومتها المنخفضة. وهي متصلة على التوالي في شكلين:
- التكوين 1: يتم توصيل مصارف وحدتي MOSFET.
- التكوين 2: مصادر اثنين من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) متصلة.
يوفر PCM خيارين لوضع وحدات MOSFET الكهربائية على التوالي مع البطارية:
- وضع الجانب المنخفض: في هذا الوضع، يتم وضع MOSFET الطاقة على الطرف السالب للبطارية، والذي يشار إليه غالبًا باسم “الطرف الأرضي”. هذا التكوين له مزاياه وعيوبه، والتي يتم تحديدها حسب متطلبات النظام المحددة.
- وضع الجانب العلوي: في هذا الوضع، يتم وضع MOSFET الطاقة في الطرف الموجب للبطارية. وهذا ما يسمى بالتكوين “الجانب العالي” ويقدم أيضًا مجموعة المزايا والعيوب الخاصة به، اعتمادًا على احتياجات التطبيق.
يتم الاختيار بين أوضاع الاتصال المتتالية للطاقة MOSFET المختلفة وموضعها بناءً على المتطلبات المحددة للنظام. تؤثر عوامل مثل تصميم النظام واعتبارات السلامة وأهداف الكفاءة على هذه القرارات. بشكل عام، يعد PCM عنصرًا حاسمًا في ضمان الأداء السليم والحماية لحزم بطاريات Li-ion في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.
إدارة البطارية في الأجهزة المحمولة
يتطلب الشحن السريع في الأجهزة المحمولة فقدًا أقل للطاقة في دوائر إدارة البطارية، مما يتطلب مقاومة كهربائية منخفضة للغاية. يمكن أن تقدم دوائر WLCSP التقليدية مقاومة كبيرة، خاصة عند استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) المتتالية. يمكن أن يؤدي تقليل سمك الركيزة إلى انخفاض المقاومة إلى الإضرار بالقوة الميكانيكية، مما قد يسبب مشكلات أثناء عمليات إعادة تدفق تجميع PCB.
تم تصميم تقنية MRigidCSP من AOS لمواجهة هذه التحديات، مما يوفر تحسينات في الأداء الكهربائي والمتانة. وهو متوافق مع أحجام قوالب CSP ذات النسبة العالية من العرض إلى الارتفاع، مما يعالج مشكلات الإنتاج المرتبطة بتطبيقات إدارة البطارية. تم تصميم AOCR33105E بأحدث تقنيات MOSFET ذات قوة الخندق. ويضمن تصميم التغليف المتقدم هذا وجود بطارية MOSFET معززة تظل مرنة أثناء عمليات تصنيع اللوحة، مما يوفر أداءً وموثوقية أعلى.
إحدى الميزات الرئيسية لـ MRigidCSP هي قدرته على تقليل المقاومة في دوائر إدارة البطارية. تعني المقاومة المنخفضة فقدانًا أقل للطاقة، وهو أمر حيوي بشكل خاص في عصر الشحن السريع.
وقال ويلسون: “مع الزيادات الحالية في تطبيق الشحن السريع، يحتاج MOSFET ثنائي الاتجاه إلى مقاومة أقل لتقليل فقدان الطاقة”. “إن فقدان الطاقة يضيف حرارة إضافية يجب تقليلها. وبالتالي، هناك حاجة إلى وحدات MOSFET ذات أوم منخفض، وثنائية الاتجاه، ومصرف مشترك، مع الحفاظ على عامل الشكل صغيرًا.
من خلال استخدام عملية الرقاقة الرقيقة، يقلل MRigidCSP من المقاومة الطفيلية لوحدات MOSFET ذات الصرف المشترك. لا يسمح هذا الانخفاض في المقاومة بشحن أسرع فحسب، بل يضمن أيضًا أن تولد MOSFET حرارة أقل، مما يمنع تلف البطارية والمكونات الأخرى. وتؤدي المقاومة المنخفضة في النهاية إلى إطالة عمر البطارية بين عمليات الشحن، وهي فائدة كبيرة للمستهلكين.
ميزات تقنية
غالبًا ما يثير تقليل سمك الركيزة في العبوات ذات حجم الرقاقة مخاوف بشأن القوة الميكانيكية. ومع ذلك، تتغلب تقنية MRigidCSP على هذا التحدي عن طريق إضافة طبقة مقولبة إلى الرقاقة الرقيقة. يوازن هذا النهج المبتكر بشكل فعال بين تقليل السُمك والقوة الميكانيكية اللازمة، مما يضمن بقاء العبوة قوية وموثوقة.
في WLCSPs القياسية، يمكن أن تكون مقاومة الركيزة عاملاً مهمًا يؤثر على الأداء. تعمل تقنية MRigidCSP على تخفيف هذا القلق من خلال تحسين تصميم الحزمة. وفقًا لويلسون، في حين تعتمد WLCSPs القياسية على السمك الإجمالي للقالب من أجل القوة الميكانيكية، فإن MRigidCSP تستخدم مجموعة من الرقاقات الرقيقة والطبقة المقولبة لتحقيق كل من القوة الميكانيكية وتقليل مقاومة الركيزة.
يبرز التزام AOS بالجودة والموثوقية في تقنية MRigidCSP الخاصة بها. تتضمن عملية التصنيع أحدث التقنيات الآلية لضمان إنتاجية عالية ومتانة.
وقال ويلسون: “تستخدم عملية AOS أحدث تقنيات التصنيع الآلي لضمان أن التصنيع يتمتع بإنتاجية عالية وموثوقية عالية”.
تعد حماية ESD الخاصة بـ AOCR33105E ميزة حيوية تضمن سلامة وأداء الأجهزة المحمولة. فهو يحمي من أحداث التفريغ الكهروستاتيكي التي يمكن أن تحدث أثناء التصنيع وطوال عمر الجهاز، مما يحمي كلاً من الجهاز والمستخدم.
مستقبل تكنولوجيا MRigidCSP
وقال ويلسون: “مع تزايد الطلب على الحلول المدمجة لإدارة البطارية، تتيح منتجات MRigidCSP حلولاً لعوامل الشكل الصغيرة المتعلقة بالأجهزة المحمولة”. “يمكن أن يكون MRigidCSP مفيدًا أيضًا في الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) الأكبر حجمًا [single or common-drain] ولها نسب مختلفة [more rectangular] نظرًا لأن عملية MRigidCSP زادت من القوة الميكانيكية مقارنة بعملية WLCSP القياسية. وهذا من شأنه تمكين الحلول لأجهزة الكمبيوتر المحمولة الرفيعة، حيث لا يمكن الاستفادة من الحد الأقصى لارتفاع الجهاز باستخدام الحزم القياسية.
ومع تقدم التكنولوجيا، سيستمر MRigidCSP في لعب دور حاسم في تلبية متطلبات المستقبل.
اكتشاف المزيد من موقع 5 كيلو
اشترك للحصول على أحدث التدوينات المرسلة إلى بريدك الإلكتروني.
