CSP ohne Lotkugeln LDO-Winzling für Wearables

LDO-Winzig für Wearables im STStamp genannten
CSP ohne Lotkugeln
LDO-Winzig für Wearables im STStamp genannten CSP ohne Lotkugeln.

Leiterplattenfläche und Bauvolumen sind kostbar – vor allem in Wearables. Mit dem STStamp-Gehäuse, ein Chip Scale Package ohne Lotkugeln, hat STMicroelectronics den Flächenbedarf seines Linearreglers (LDO) gegenüber dem kleinsten klassischen Flip-Chip-CSP nahezu halbiert.

Mit dem Linearregler LDBL20 präsentiert STMicroelectronics einen 200-mA-LDO (Low Dropout) in einem äußerst kleinen, nur 0,47 x 0,47 x 0,2 mm3 messenden Chip-Scale-Gehäuse mit dem Namen: STStamp. Aufgrund der winzigen Abmessungen eignet sich der Spannungsregler  für Wearables und portable Elektronikgeräte, sowie für flexible Elektronik. Um den Linearregler so klein ausführen zu können, verzichtet STMicroelectronics beim STStamp-Gehäuse auf die sonst üblichen Lotkugeln. Der LDBL20 hat auf seiner Anschlussseite nur vier rechteckige Lötflächen, jede 114 x 65 µm2 groß: Eingang, Ausgang, Masse und Enable. Auf der Leiterplatte werden für den LDBL20 auf einem Quadrat von 0,6 x 0,6 mm2 vier Kontaktflächen mit 250 x 250 µm2 eingeplant  – symmetrisch um die Mittelachsen, im 100-µm-Abstand. Für den Reflow-Lötprozess sind auf jeder Kontaktfläche Lotdepots mit 180 x 180 µm2 Größe zu drucken.

Der Linearregler LDBL20 kann eine Ausgangsstromstärke von 200 mA liefern. Er arbeitet mit einer Eingangsspannung zwischen 1,5 V und 5,5 V und sein Längstransistor – ein selbstsperrender MOSFET – verursacht eine Drain-Source-Spannungsdifferenz von 200 mV ­– bei 200 mA Ausgangsstrom und 2,8 V Ausgangsspannung. Bei kleineren Stromstärken geht die Drain-Source-Spannung entsprechend zurück, beispielsweise auf 35 mV bei 30 mA.

Portable Elektronikgeräte und Wearables erhalten die zum Betrieb benötigte Energie aus Akkus oder Batterien. Deshalb sind hier ICs gefragt, die sehr sparsam mit Energie umgehen. Im Bereitschaftsbetrieb nimmt der LDBL20 beispielsweise nur 300 nA auf. Im Normalbetrieb mit maximalem Ausgangsstrom benötigt der Linearregler lediglich 100 µA für sich und im Leerlauf ohne Last beträgt die Ruhestromaufnahme 20 µA.

Den Versorgungsspannungsdurchgriff (PSRR - Power supply rejection ratio) gibt STMicroelectronics im Datenblatt mit 80 dB an, bei 1 kHz und 30 mA Laststromstärke. Dieser Wert nimmt mit steigender Frequenz ab, bei 100 kHz sind es noch 55 dB. Die Ausgangsspannung des Linearreglers wird auf Anforderung der Kunden bei der Herstellung festgelegt. Sie kann in 50 mV Schritten im Intervall von 0,8 bis 5 V gewählt werden und wird mit einer Toleranz von ±1,5 % eingehalten. Für den sicheren Betrieb benötigt der LDBL20 Kondensatoren am Eingangs- und Ausgangsanschluss – min. 1 µF am Eingang, min. 220 nF am Ausgang. Erfordert die Applikation, dass der Ausgangskondensator beim Ausschalten des Gerätes entladen werden muss, kann der LDBL20 auch mit einem weiteren integrierten MOSFET geordert werden. Dieser MOSFET verbindet nach dem Ausschalten den Ausgangsanschluss mit Masse.

Zum Testen des winzigen Linearreglers bietet STMicroelectronics ein Evaluation Board (STEVAL-ISB034V1) für 2,5 V Ausgangsspannung an – mit deutlich größeren Abmessungen von 25,4 mm x 19,2 mm2 und Pfostenstecker im 2,54-mm-Raster für die einfache Handhabung.