行動功能市場需求

行動電話滲透率在已開發市場達到了很高比例，而在世界上其他地區也不斷提高。根據GSMA的資訊，先進的歐洲國家的行動用戶滲透率已經超過90%。開發中市場的平均滲透比例將由2012年的39%增加至2017年的47%，而且是未來5年內刺激全球行動市場增長的最大因素。隨著世界各地市場增長，數以十億計的新用戶迎來行動連接帶來的個人及經濟機會，他們對額外功能及更物有所值的需求將會只升不降。

行動趨勢及設計

當今的行動裝置購買者渴求大螢幕體驗，同時還要求行動裝置重量輕、超可攜及時尚。為了符合此需求，大尺寸的高解析度觸控螢幕幾乎佔據了智慧型手機、平板電腦及混合型「平板手機」裝置的整個前面板區域。設計人員要提供購買者渴求的纖薄外形，必須密切注意外殼內電子元件的高度。

此外，行動裝置除了用於通話及發簡訊，還被大量地用於瀏覽網頁、照相、分享照片、遊戲及聽音樂，故要求更大電池電量。使用當前電池技術的話，只能裝配較大的電池來滿足此需求，但這會給裝置內的空間造成額外負擔。

與此同時，行動裝置設計人員必須提供越來越多的功能來與市場上的其它產品競爭。吸引購買者的新功能有如更佳照相、要求更大內容容量的更好遊戲、高速連接外部螢幕或驅動的周邊以及內容相關性(context-sensitive)功能。理想情況下，這些需求應當透過轉向次世代晶片組來滿足。但是，消費市場需求往往超越IC發展步伐，在整合所要求之功能的新基頻晶片組上市之前，就必須提供新產品。

理想與可交付結果之比較

雖然整合型方案更受青睞，而且很明顯是空間利用率最高的途徑，但是，設計人員必須探尋出方法，使用當前市場上有的元件來配合可接受的PCB面積，應用所要求的功能。毫無疑問，這要求使用多種標準IC。安森美半導體生產用於行動應用的多種標準IC，如單晶片D類放大器、LED背光控制器、專用音訊管理IC、濾波元件、端口共享、I/O保護及主動電磁干擾(EMI)管理。

設計人員要使用多個標準IC來完成設計，需要極微型的小訊號MOSFET和晶片電阻等元件，用於負載開關、晶片外介面(見圖一)、電平轉換(見圖二)及帶電平轉換的高邊負載開關(見圖三)等應用。為了獲得良好結果，這些元件應當占用極小的PCB面積和盡可能最低的安裝高度。

圖一 : 介面開關電路中的小訊號MOSFET

圖二 : MOSFET用於電平轉換。

圖三 : MOSFET用作帶電平轉換功能的高邊負載開關

就晶片電阻等被動元件而言，微型化已經造就了在單個元件中結合多個電阻的電阻陣列元件，以及採用極小的0402、0201或01005 SMD封裝的離散元件。然而，MOSFET的微型化通常更具挑戰；MOSFET的設計參照了幾項相互衝突的參數；在實體尺寸小、能進行快速高能效開關的元件中，難於實現低導通電阻及將開關應用的能耗降至最低。為了實現這些參數的高品質組合，元件必須擁有小裸片尺寸，並帶有高單元密度及低電容和低閘極電荷。

行動裝置用MOSFET的微型化

通常情況下，有多種設計手段可行。功率MOSFET設計人員傾向於使用超結(super junction)、深溝槽(deep trench)或其它先進的溝槽技術來提供低導通電阻及高壓能力和小裸片尺寸。在小訊號MOSFET中，如那些用於在行動裝置中採用2.5V或1.8V低電壓工作的負載開關及介面的小訊號MOSFET，必須追尋其它技術來減小封裝尺寸和每個裸片尺寸的導通電阻。事實上，每個裸片尺寸的導通電阻是主導用於負載開關型應用的MOSFET的真正關鍵的評判標準。

最新世代小訊號MOSFET被設計為提供低閾值電壓，規定的閘極驅動電壓低至1.5V，使元件能夠提供極低導通電阻，用於採用鋰離子電池提供的低電壓工作的可攜式應用。

為了將這些元件能夠提供的小裸片尺寸的優勢提升至最多，它們提供寬廣超小型封裝選擇來供貨，涵蓋從尺寸為1.6x1.6x0.5mm的SOT-563封裝，到尺寸為1.0x0.6x0.4mm的SOT-883封裝等。最新的元件，如安森美半導體的N溝道NTNS3193NZ、及P溝道NTNS3A91PZ，充分利用極纖薄導線架平面網格陣列(XLLGA)次晶片級封裝技術的優勢，進一步推進了小訊號MOSFET的微型化。

次晶片級封裝

XLLGA封裝在封裝底部提供可焊接的金屬觸點(類似於DFN型封裝)，採用創新的內部設計，使整體封裝尺寸小於任何類似晶片級封裝。

圖四 : LLGA 3 0.62 x 0.62 x 0.4mm次晶片級無引線封裝

安森美半導體的NTNS3193NZ及NTNS3A91PZ使用最新XLLGA3 3導線次晶片級封裝(見圖3)，尺寸僅為0.62x0.62x0.4mm，是業界極其微型化的離散小訊號MOSFET，總占位面積僅為0.38mm2。

N溝道NTNS3193NZ的典型導通電阻為0.65Ω @±4.5V閘極至源極電壓，而NTNS3A91PZ P溝道元件的典型導通電阻為典型值1.1Ω@±4.5V。

它們是安森美半導體20V小訊號MOSFET系列中最小的元件；此系列元件還包括採用SOT563(1.6x1.6x0.5mm)、SOT723(1.2x1.2x0.5mm)、SOT963(1.0x1.0x0.5mm)及SOT883(1.0x0.6x0.4mm)封裝的元件。

結論

隨著全球人口中使用行動技術的比例不斷提升，不斷發展的市場對更高性能及功能的需求預計也將上升。產品設計人員要想在短時間內領先於競爭對手來滿足這些要求，必須依靠結合矽技術進步及封裝技術改進。雖然大規模積體電路(LSI)持續遵循摩爾定律，在連續多世代的行動晶片組中整合更多功能，毫無疑問，新元件只會在市場需求被確認一段時間後才上市。

為了確保透過使用多個標準IC開發成功的設計來盡早上市，設計人員必須充分利用充當關鍵功能區域「膠合劑」(glue)之小訊號離散元件創新的優勢。隨著每個新晶片組的上市，領先的設計已經應用多晶片，並推動次晶片級離散MOSFET的進一步需求。

（本文作者Sam Abdeh為安森美半導體行銷經理）