Сегодня мы видим, как стремительно развивается электроника и технологии производства компонентов. Появляются все более компактные устройства в бытовой технике, телекоммуникационных устройствах и т.д. При уменьшении размера изделия в первую очередь стоит вопрос об уменьшении размера электронных компонентов, использующихся в нем. В статье идет речь о новом типе корпуса для диода Шоттки и дано описание его функциональных возможностей.

Согласно совместному маркетинговому исследованию компаний International Rectifier и Vishay полный рынок силовых интегральных схем и связанных с ними дискретных элементов, используемых для управления питанием в телекоммуникационных установках, составлял 4.3 биллиона долларов в 2004 г. и поднимется до 7.2 биллионов долларов в 2009 г.

В гонке за компактностью таких установок некоторые несиловые элементы схемы могут быть миниатюризированы путем интеграции в сборки. Но у таких элементов как мощные транзисторы и диоды не так-то легко уменьшить размер корпуса, так как возникают трудности из-за большого размера кристалла и способности корпуса рассеять достаточно высокую температуру. Понимая это, многие лаборатории ведут исследования в данной области, разрабатывают новые технологии производства кристаллов и уменьшают их размер, вводят новые технологии для построения корпуса.

Если посмотреть на историю минимизации корпусов, то гонка за компактность началась в середине 80-х, когда компания Motorola анонсировала первый корпус для поверхностного монтажа, назвав его D-Pak. После этого большинство трех- и двухвыводных компонентов в ТО-220 корпусах были переделаны в планарные корпуса по размерам, соизмеримым с выводным DO-204 корпусом. Очень быстро такая технология получила распространение на рынке и все лидирующие производители стали применять данную технологию изготовления корпуса. Одним из первых поверхностных корпусов для диодов был корпус D-64, в котором одноамперный диод Шоттки занимал площадь на печатной плате 15.4 мм2.

Следующим рывком к миниатюризации был выпуск в середине 90-х корпуса DO-216AA и тогда одноамперный диод Шоттки стал занимать площадь на печатной плате 7.1 мм2. По оценке всех мировых производителей электроники введение в производство корпуса DO-216AA стало значимым шагом к миниатюризации — с тех пор и до сегодняшнего дня были сделаны едва заметные усовершенствования между корпусом D-64 и DO-216AA, но все они касались кристаллов и их технологии. За это время требования рынка к компактности электронных компонентов выросли в значительном размере. Проблема дальнейшего уменьшения корпуса силовых элементов состоит в том, что кристаллы, для того чтобы проводить заданное значение тока, должны обладать достаточной эффективностью рассеивания высоких температур. В традиционной технологии, даже если бы кремниевая часть корпуса могла быть существенно уменьшена, возникает вопрос, каким образом у кристалла защитить от воздействия окружающей среды место сварки с ним ножек корпуса. Большой керамический корпус над кристаллом негативно влияет на тепловое сопротивление прибора, усложняя процесс сборки и увеличивая его стоимость.

Компания International Rectifier разработала новый подход к упаковке кристалла в кремневый корпус, назвав его «масштабирование корпуса (CSP)». Данный метод позволяет упаковать кристалл диода Шоттки в корпус, который занимает наименьшее значение площади, при этом характеристики остаются конкурентными.

Компания International Rectifier применила новый подход к расположению кристалла диода Шоттки с предельным током до 1 А в корпусе, как показано на рис. 1. Серия приборов с таким корпусом была названа FlipKY, а право на выпуск диодов по данной технологии было предоставлено компании Vishay.

Рисунок 1. Внешний вид корпуса FlipKY и расположение выводов у диода Шоттки

Диод FCSP140LTR использует стандартную технологию CSP. Данный подход к конструированию корпуса обеспечивает низкие потери на теплопроводность корпуса по сравнению с традиционными диодами. Такие параметры были достигнуты за счет устранения токопро-водящих соединений с кристаллом, что в значительной мере уменьшило падение напряжения на p-n переходе диода. Как мы видим из рис. 1, при построении корпуса диода был изменен традиционный подход к расположению анода и катода. При традиционном подходе они располагаются на противоположных сторонах корпуса, а приборы серии FlipKY обеспечивают расположение анода и катода на одной стороне корпуса, подсоединить прибор к плате можно путем распайки 4-х шаровидных контактных площадок.

На печатной плате диод в корпусе FlipKY занимает площадь 2.25 мм2 (см. рис. 2), он на 70 % меньше по площади по сравнению с корпусом DO-216AA и на 86 % меньше очень популярного сегодня корпуса SMA. Так как этот корпус крепится к плате через шаровые контактные площадки, расположенные снизу, это позволяет уменьшить площадь использования платы для диода на 78 % и на 30 % уменьшить высоту по сравнению с расположенным рядом корпусом SMA.

Рисунок 2. Диаграмма сравнения площади корпусов

Компактный размер корпуса FlipKY дает разработчику возможность разместить на плате диод именно там, где он необходим, что позволяет уменьшить длину печатного проводника и паразитную индуктивность, увеличивая при этом эффективность устройства. Это особенно важно, когда диод Шоттки используется в синхронном преобразователе и установлен параллельно синхронному транзистору.

Как известно, индуктивность между транзистором и диодом Шоттки увеличивает время задержки на его включение. Уменьшение времени проводимости диода Шоттки для синхронного транзистора будет означать увеличение потерь на его паразитном диоде. В случае, если частота работы синхронного ключа достаточна высока, то из-за высокой индуктивности диод Шоттки может вообще не включаться, что значительно скажется на эффективности и надежности схемы.

Монтаж диодов FlipKY производится к площадкам на плате с размером контактных площадок 0.8 × 0.8 мм, что не составляет проблем для современных установочных машин. Для защиты от воздействия внешней среды кристалл расположен в прочном кремниевом корпусе, что также защищает его и от механического воздействия в случае демонтажа. Для защиты от доступа влаги после монтажа и во время работы вокруг шарообразного контакта присутствует выступ, который после проведения монтажа надежно изолирует контактную площадку и кристалл от контакта с внешней средой. На рис. 3 представлена схема способа крепления корпуса диода к печатной плате.

Рисунок 3. Схема способа крепления корпуса диода к печатной плате

Диод FCSP140LTR не только предлагает существенную экономию площади по сравнению с популярными стандартами корпусов, но также обеспечивает улучшенные характеристики. Диод обеспечивает наименьшее значение падения напряжения, обеспечивая его на уровне 0.38 В при максимальной рабочей температуре 125 °C и рабочем токе 1 А, а также низкое значение тока утечки 80 мкА при температуре 25 °C и приложенном напряжении 40 В. Низкое значение тока предполагает более эффективную работу систем питания и позволяет увеличить срок службы аккумулятора и цикла разрядки.

Термическое сопротивление RTHJ-A среда-корпус равно 62 °C/Вт. Учитывая, что крепление корпуса происходит через четыре контактных площадки, тепловое сопротивление корпус-плата имеет также наименьшее сопротивление RTHJ-PCB и равно 40 °C/Вт. Перечисленные преимущества данного корпуса позволяют устанавливать его в изделия с большой плотностью расположения элементов, такие как портативные кассовые аппараты, MP3 плееры, телекоммуникационные приставки и т.д. Основные параметры диодов Шоттки в корпусах FlipKy приведены в табл. 1.

Дополнительную информацию по применению продукции производства компаний International Rectifier и Vishay Вы можете найти на сайтах компаний производителей — www.irf.com или www.vishay.com, а также в офисе их официального дистрибьютора — Rainbow Technologies (ООО «РТЭК»).