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Texas Instruments BQ27220 - Batteriemanagement

BQ27220

BQ27220

Der BQ27220 von Texas Instruments ist ein Baustein zur Überwachung einer Lithium-Batterie. Das DSBGA-9 Gehäuse des Bausteins nimmt lediglich eine Fläche von 1,62mm × 1,58mm ein.

Die Zeichen BQ stammen von der Firma, die den Baustein ursprünglich entwickelt hat, Benchmarq Microelectronics. Benchmarq Microelectronics wurde von Unitrode übernommen und Unitrode wurde schließlich von Texas Instruments übernommen. Ursprünglich führte man B und Q als Kleinbuchstaben.

 

BQ27220 Blockschaltbild

Das Blockschaltbild im Datenblatt zeigt die Funktionsweise des Bausteins. Der BQ27220 (links) versorgt sich über einen integrierten 1,8V-Regler. Er überwacht, die Spannung, die Temperatur und den Strom einer Lithiumzelle. Über eine I2C-Schnittstelle kann die Restkapazität, der SOC (state of charge), die Restlaufzeit, die Batteriespannung, die Batterietemperatur und der SOH (state of health) ausgelesen werden. Unabhängig von der Busschnittstelle ermöglicht ein zusätzlicher Ausgang die Anzeige einer leeren Batterie. Der BQ27220 besitzt einen OTP-Speicher und lässt sich umfangreich konfigurieren. Das Auslesen der gespeicherten Konfiguration kann man sperren. Die Stromaufnahme beträgt im Betrieb 50µA und sinkt im Ruhemodus auf 9µA.

 

BQ27220

Der BQ27220 ist ein sogenannter Flip-Chip. Die Lotkugeln des BGA-Packages sind direkt auf die integrierte Schaltung aufgebracht. Ein derart mit Lotkugeln ausgestattes Die kann dann mit der Unterseite nach oben auf eine Platine gelötet werden, was den Namen Flip-Chip erklärt.

 

BQ27220 Detail

An der Seite des Bausteins ist eine Kante zu erkennen, die höchstwahrscheinlich beim Vereinzeln der Dies aus dem Wafer entstanden ist. Auf der Oberseite befindet sich anscheinend eine zusätzliche Schicht. Das wäre plausibel. Schaltungen, die nicht vollständig lichtgeschützt sind, verhalten sich bei wechselnden Lichtverhältnissen teilweise irrational. Das kann man bei den sowjetischen braunen Vergussmassen beobachten (z.B. beim КP597CA1 - KR597SA1). Der Effekt tritt aber selbstverständlich auch bei ungeschützt verbauten Dies auf. Größere Bekanntheit erreichte dabei ein Spannungsregler auf einer Revision des Raspberry Pi 2. Fotografierte man den Einplatinencomputer mit Blitzlicht, so stürzte dieser gut reproduzierbar ab. Ursache war ein Flip-Chip-Spannungsregler, der sich durch das Blitzlicht beeinflussen ließ.

 

BQ27220 Detail

BQ27220 Detail

Seitlich betrachtet erscheinen die Lotkugeln unterschiedlich groß, das ist aber nicht der Fall. Es handelt sich um eine Verzerrung, die sich durch die Aufnahmetechnik ergibt.

Auf der Oberfläche des Dies zeichnet sich deutlich die Schutzschicht ab.

 

BQ27220 Detail

BQ27220 Detail

Die Strukturen sind zu hochintegriert, um sie genauer analysieren zu können. Die unruhigen Strukturen im linken oberen Bereich dürften Logikschaltungen enthalten. Der Bereich unten links ist verhältnismäßig groß und gleichmäßig. Es könnte sich entsprechend um Speicherzellen handeln.

 

BQ27220 Detail

Von den Kontaktflächen unter den Lotkugeln führen breite Leiterbahnen zu den zughörigen Schaltungsteilen auf dem Die.

 

BQ27220 Detail

Auf der obersten Metalllage des Dies sind die freien Flächen mit kleinen Quadraten aufgefüllt. Manchmal sollen solche Strukturen die optische Analyse einer Schaltung erschweren. Das Auffüllen freier Flächen sorgt aber auch für gleichmäßigere Reaktionen während der Herstellung, was die Fertigungsqualität erhöht. Außerdem verbessert die Struktur die Haftung der Polyimidschicht.

 

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