??? 摘 要： 節(jié)能環(huán)保的鋰電池應用日趨廣泛，用于鋰電池保護板的功率器件更新也突飛猛進。針對鋰電池，NEC電子使用最新工藝和封裝技術研發(fā)了一系列應用于鋰電池保護板電路的產(chǎn)品，其中的芯片級封裝（CSP）產(chǎn)品是已經(jīng)批量應用的最小封裝產(chǎn)品。
??? 關鍵詞： 鋰電池；功率器件；芯片級封裝；節(jié)能環(huán)保
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??? 在各種手持電子產(chǎn)品普及的今天，電池的發(fā)展也日新月異，而節(jié)能環(huán)保型的鋰電池更是發(fā)展的重中之重。鋰電池主要應用于MP3、MP4、Cellar Phone、PDA及Portable DVD等手持移動產(chǎn)品。鋰電池保護板所用功率器件的設計與目標產(chǎn)品的需求息息相關。為了設計可用于長時間播放的多媒體產(chǎn)品的電池，功率器件必須能夠提供迅速充電所需的高達10A的電流。為了能夠滿足產(chǎn)品外觀輕薄小巧的需求，又必須使功率器件的封裝能夠縮小到幾毫米。
????????????????????????????????? 鋰電池保護板電路對功率器件的需求
??? 如圖1所示為封裝在鋰電池保護板電路內(nèi)部的典型基本結構。
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??? 鋰電池保護板電路的設計與其封裝結構密切相關。在正常情況下，充電控制端CO和放電控制端DO為高電位，使兩個N型控制管FET1和FET2處于導通狀態(tài)。電路的工作方式可以是電池向負載放電，也可以是充電器對電池進行充電。當保護電路檢測到異?，F(xiàn)象（過充電、過放電、過電流和短路）時，控制FET1或者FET2開或關，從而切斷充電或放電回路，實現(xiàn)保護功能。
??? 過電壓保護原理為：當檢測到電池充電電壓過高時，控制FET2由導通轉為關斷，從而切斷充電回路，使充電器無法再對電池進行充電，起到過充電保護作用。而此時由于FET2自帶的體二極管的存在，電池可以通過該二極管對外部負載放電而不影響負載正常工作。當檢測到電池放電電壓過低時，控制FET1由導通轉為關斷，從而切斷放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電保護作用。而此時由于FET1自帶的體二極管的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電。
??? 過電流保護原理如下：電池在對負載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過串聯(lián)的2個FET時，由于導通阻抗的存在，會在其兩端產(chǎn)生一個電壓，該電壓值U=I×RDS×2，RDS為單個FET導通阻抗，控制IC上的檢測管腳會對該電壓值進行檢測，若負載因短路或者其他某種原因導致異常，使回路電流增大，當回路電流大到使2個FET兩端電壓U超過預期值時，控制FET1由導通轉為關斷，從而切斷放電回路，使回路中電流為零，起到過電流或短路保護作用。
??? 通過以上分析，在正常工作或過電壓保護情況下，電路中的功率器件（FET1，F(xiàn)ET2）在電路中起著保護開關的作用。由于它直接串接在電池與外部負載（充電器）之間，因此它的導通阻抗對電池的性能有很大的影響，當選用的MOSFET較好時，其導通阻抗很小，電池包的內(nèi)阻就小，帶載能力也強，在放電時其消耗的電能也少。同等負載條件下，因兩個FET導通阻抗小，內(nèi)部分壓小，電壓檢測將更準確。在過電流保護情況下，電路中的功率器件（FET1，F(xiàn)ET2）在電路中不僅起著保護開關的作用，還將作為檢測過電流標準。因此，F(xiàn)ET的選擇更為重要。
??????????????????????????????????????NEC的電子功率器件
??? NEC電子是研發(fā)半導體ODM(Original Design Manufacturer)廠商之一。針對鋰電池保護功率器件，NEC電子開發(fā)了多種封裝和工藝，其中的芯片級封裝產(chǎn)品是已經(jīng)批量應用的最小封裝產(chǎn)品，稱其為EFLIP（Ecologically Flip chip MOSFET for Lithium-Ion battery Protection）。
??? 該功率器件具有以下特點：
?? ?(1)產(chǎn)品封裝系列以及電氣規(guī)格齊全。
?? ?NEC電子鋰電池應用產(chǎn)品規(guī)劃如表1所示，擁有8Pin TSSOP，6Pin HWSON，4Pin CSP等多種封裝，鋰電池產(chǎn)品封裝對比結果如圖2所示。
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表1 NEC電子鋰電池應用產(chǎn)品
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??? (2)封裝小。NEC電子鋰電池產(chǎn)品封裝和其他公司封裝對比圖如圖3所示。
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????(3)內(nèi)阻小。
?? ?(4)完全符合RoHS標準及歐盟限制PFOS應用標準。
?? ?為了符合RoHS標準，對所有產(chǎn)品都實施了無鉛封裝。針對最新的歐盟規(guī)定，對封裝材料提出了限制PFOS的要求。
??? (5)產(chǎn)品可靠性高。針對鋰電池保護板電路開發(fā)的封裝實現(xiàn)了產(chǎn)品尺寸縮減86％而保持額定電流值不變。
?? ?NEC電子使用了0.25μm先進的生產(chǎn)工藝，以及專用于鋰電池的6pHWSON，4pEFLIP（CSP）封裝，實現(xiàn)了鋰電池保護產(chǎn)品的低內(nèi)阻和小封裝需求。為了滿足不同需求，針對現(xiàn)有產(chǎn)品進行了多次改進，B版和C版產(chǎn)品在原有基礎上更針對特定需求作出產(chǎn)品調(diào)整。此外，還提前對許多新產(chǎn)品進行了規(guī)劃和設計。
?? ?NEC電子產(chǎn)品的優(yōu)點是具有完善的可靠性。它不僅擁有完全自主的芯片研發(fā)、芯片擴散，還擁有完備的封裝測試工廠，完善的可靠性測試技術保證了產(chǎn)品更加長久的應用。