MRigidCSP技术：
移动设备电池管理应用的突破
作者：Maurizio Di Paolo Emilio
来源：Power Electronics News
在便携式设备不断发展的时代，一个不变的命题是如何使设备更小巧、更高效、性能更加强大，而实现这一目标的一大关键是优化电池管理电路，这也正是AOS开创性的MRigidCSP技术的用武之地。
AOS的MRigidCSP技术专为电池管理应用而生，这项创新技术旨在降低导通电阻，同时提高器件的机械强度。AOS的MRigidCSP技术首先应用于AOCR33105E，AOCR33105E是一种12V共漏极双N沟道MOSFET，具有2.08×1.45mm的紧凑型尺寸、超低导通电阻（VGS=3.8V时低至2.5mΩ）以及HBM class 2(2kV)的超强ESD保护特性。其独特的共漏极配置（两个MOSFET共用一个漏极）对于电池管理应用尤为重要，为便携式电子设备中常见的纤薄电路板设计提供高效利用空间的解决方案
AOS MOSFET 产品线资深市场总监Peter Wilson 在接受《电力电子新闻》采访时表示，AOS的MRigidCSP技术是一种面向锂电池应用管理的双向MOSFET创新型技术，适用于智能手机、平板电脑和超薄笔记本电脑等移动设备。传统晶圆级芯片封装中，芯片本身作为封装的一部分，需要使用较厚的衬底以提供足够的机械强度，MRigidCSP将机械应力和电气特性两种性能分开来考虑，使得两者都同时达到最优的性能。
“MRigidCSP将基底变薄 [<1.35 mil]，从而降低寄生电阻与大电流充电时的电阻，”Wilson说道，“为了在PCB组装和产品使用寿命期间保持机械强度，MRigidCSP添加了保护元素，以确保MOSFET的耐用性。这种封装技术满足了快速充电的应用中对于轻量化、高性能、双向MOSFET的持续增长的需求，将机械应力性能与电气性能分离，从而获得最好的效果。”
电路设计
Circuit Design
在手机和笔记本电脑等消费电子体系中，保护电路模块(PCM)作为关键组件被用于管理锂离子电池组的充电和放电，并确保其安全高效运行。PCM由电池保护IC、功率MOSFET等其他电子元件组成。
PCM中采用了两个功率MOSFET：一个用于充电，另一个用于放电。出于降低导通电阻的考虑，这些MOSFET通常选用N沟道MOSFET。两个MOSFET可以两种方式串联：
· 配置1：两个 MOSFET 的漏极相连
· 配置2：两个 MOSFET 的源极相连
PCM 提供两种功率 MOSFET 与电池串联的选择：
· 低端放置：功率MOSFETs位于电池的负极，通常称为“电线接地端”。优缺点兼具，取决于实际系统要求。
· 高端放置：功率MOSFETs位于电池的正极，这称为“高边”配置。优缺点兼具，取决于实际系统要求
不同的功率 MOSFET 背靠背连接模式以及布局方式的选择，需要根据系统的具体要求而决定，系统设计、安全考虑和能效目标等因素都将影响设计方案。总之，PCM是确保消费电子产品中锂离子电池组正常工作并提供保护的关键部件。
便携式设备中的电池管理
Battery Management in Portable Devices
便携式设备快充需要超低电阻以降低电池管理电路的功率损耗。传统的 WLCSP会产生较大电阻，尤其是在使用背靠背 MOSFET时。单纯为降低电阻而减小衬底厚度可能会影响机械强度，从而PCB组装回流焊过程中产生问题。
AOS 的MRigidCSP技术专门面向这类问题设计，可同时提高电气性能和封装鲁棒性。它兼容高深宽比 CSP 裸片，解决了与电池管理应用相关的生产问题。AOCR33105E 采用最新沟槽功率MOSFET技术设计，这种先进的封装结构可确保高强度的电池 MOSFET 在电路板制造过程中保持一定弹性，从而提高性能及可靠性。
MRigidCSP 的主要特性之一是能够降低电池管理电路中的导通电阻。更低的导通电阻意味着更少功率损耗，这在快充时代尤为重要。
Peter Wilson 表明：“随着快充应用中电流的增大，双向 MOSFET 需要更低的电阻以降低功率损耗。而功率损耗所产生的额外热量也需要减少，因此，我们需要一种低阻抗、双向的共漏极 MOSFET，同时还能保持较小的外形尺寸。”
通过采用薄晶圆工艺，MRigidCSP 降低了共漏MOSFET的寄生电阻。电阻的降低不仅能提高充电速度，还能确保 MOSFET 产生更少额外热量，从而避免损坏电池和其他元件。较低的电阻可延长电池在两次充电之间的续航时间，这对消费者来说受益颇多。
技术特点
Technical Features
在芯片封装中减少衬底厚度往往会引起对机械强度的担忧，然而，MRigidCSP 技术通过在薄晶圆上添加模塑层解决了这个问题。这种创新方法有效地平衡了减薄厚度和维持必要机械强度之间的取舍，确保封装的坚固性和可靠性。
在标准 WLCSP 中，衬底电阻是影响性能的一个重要因素，MRigidCSP 技术通过优化封装设计有效缓解这一问题。据 Peter Wilson 称，标准 WLCSP 依靠芯片的总厚度来实现机械强度，而 MRigidCSP 则采用薄晶片和模塑层组合来实现机械强度并降低衬底电阻。
MRigidCSP 技术体现了AOS 对质量和可靠性的承诺。制造过程将采用最新自动化技术，以确保产品的高产量和稳定性。
Peter Wilson说道：“AOS 工序采用了最新的自动化制造技术，以确保产品的高产量及高可靠性。”
AOCR33105E的ESD保护功能是确保便携式设备安全和性能的重要特性。ESD保护可以防止设备在制造过程和整个应用生命周期内发生静电放电事故，从而保护设备和用户的安全。
MRigidCSP技术前景
The Future of MRigidCSP Technology
Peter Wilson表示：“随着电池管理紧凑型解决方案的需求不断增加，MRigidCSP 产品能够为小尺寸外形的移动电子设备提供解决方案。由于 MRigidCSP 工艺与标准 WLCSP工艺相比具有更高的机械强度，因此MRigidCSP 还有利于进行更大的 MOSFET（单漏极或共漏极）和不同的长宽比（更接近矩形）的设计。这可以为轻薄型笔记本电脑提供解决方案，而通常标准封装的最大器件高度无法应用于轻薄本。
随着技术的进步，MRigidCSP 将在满足未来需求方面持续发挥关键作用。
作者介绍
Author
Maurizio Di Paolo Emilio
Maurizio Di Paolo Emilio holds a Ph. D. in Physics and is a Telecommunications Engineer. He has worked on various international projects in the field of gravitational waves research, designing a thermal compensation system (TCS) and data acquisition and control systems, and on others about x-ray microbeams in collaboration with Columbia University, high voltage systems and space technologies for communications and motor control with ESA/INFN. TCS has been applied to the Virgo and LIGO experiments, which detected gravitational waves for the first time and earned the Nobel Prize in 2017. Since 2007, he has been a reviewer for scientific publications for academics such as Microelectronics Journal and IEEE journals. Moreover, he has collaborated with different electronic industry companies and several Italian and English blogs and magazines, such as Electronics World, Elektor, Mouser, Automazione Industriale, Electronic Design, All About Circuits, Fare Elettronica, Elettronica Oggi, and PCB Magazine, as a technical writer/editor, specializing in several topics of electronics and technology.