我が道を行く鄕士と謎めいたパッド

質問:

IC アンプの露出パッドは必ず接地しなければなりませんか?

RAQ:  Issue 119

回答:

それほど遠くない昔、ラ・マンチャ地方のとある村に、槍掛けに槍を掛け、古びた盾を持ち、やせ馬と猟犬を連れた型通りの鄕士がいました。ご存じの通りこの鄕士は、ひと度仕事に取り掛かると、ひたすら ICのすべての露出パッドを接地し、夢中になるあまりデータシートに目を通すことを怠り、内部接続が実際にどうなっているかも気にもかけませんでした。ところがある日、ついに不幸な出来事に襲われ、ヒューズが飛び、不運にも残ったのは石ころほどの価値もない基板だけでした。

電気技術者でもあったこの勇ましい鄕士は、まともなPCB 設計と競い合っていくつもの戦いに勝利してきました。しかしこのときだけは例外でした。彼は露出パッドを介して確実に接地することの重要性を理解していました。その点、Rob Reeder1 と David Buchanan2 のこの問題に関する RAQ を読んだ人たちと何ら変わりません。ただ、彼は、アンプには露出パッドを接続すべき電位に関して普遍的な規則が存在しないことを知らなかったのです。

ほとんどのアンプにはグラウンド端子がないため、露出パッドを接地すべきであるといっても実際には無意味です。この規則の例外はアンプに単電源を使用しているときで、この場合は負電源がグラウンドになると主張する人がいるかもしれません。しかし、その場合でさえ、露出パッドの推奨電位は、IC プロセス技術やパッケージ・アセンブリによって負電源の電位とは異なることがあります。露出パッドを使用して温度管理をしようとする人たちにとって、これは問題になることがあります。

例えば、接合絶縁プロセスと酸化物絶縁プロセスがあります。前者の場合、チップの裏面から他の端子へと形成される p-n 接合によって電気伝導が可能になります。後者の場合は、シリコン酸化物のバリアによって阻止されます。チップの裏面は、ダイ接着剤(これは絶縁体ではありません)によって露出パッドに接着されるため、電気的に接続状態になり、接合絶縁プロセスではパッドの適切なバイアスが重要になります。しかし、例え裏面が SiO 2 であっても、設計にとって必要であればダウンボンドが行われることがあります2。その結果、いくつかの IC アンプには露出パッドに特殊なバイアス条件があります。問題は、これが部品に与えられる最も負の電位(負電源)である必要は必ずしもなく、最も正の電位のこともあるということです。

では、この謎めいたパッドの正しい処理の仕方を知るにはどうすればよいでしょうか? データシートを読むことです。検討対象の部品が露出パッド付きのパッケージで提供されている場合、データシートに指示が記載されています。例えば、n チャンネル JFET 入力の計装アンプである AD8224 のパッドは、チップに与えられる最も正の電位(すなわち正電源)に接続する必要があり3、p-チャンネル JFET 入力のオぺアンプである ADA4610-2 のパッドは、負電源と同じ電位に接続する必要があります4。他方、ADA4807-2 のパッドはグラウンドまたはどちらかの電源プレーンに接続でき5、消費電力が心配であれば当然グラウンド・プレーンに接続します。

この物語の鄕士が誘電体分離プロセスで(ダウンボンドなしで)製造されたアンプを使用していたら、不幸な目にあうことはなく、過失は気づかれることなく過ぎたことでしょう。しかし、彼は、ドン・キホーテのように、忠実な従者の言葉に耳を貸す前に、風車に槍を突き立ててしまった(グラウンド・プレーンに接続してしまった)のでした。


1Rob Reeder著 「高速コンバータのPCボード設計について、 その3:エクスポーズド・パッドの真相」 RAQ Issue 69

2David Buchanan著 「露出パッドとダウンボンドで性能を高め、ピン数を削減」 RAQ Issue 112

著者

Gustavo Castro

Gustavo Castro

Gustavo Castroマサチューセッツ州ウィルミントンの高精度シグナル・コンディショニング・グループに所属するアプリケーション・エンジニアです。2011年1月のアナログ・デバイセズ入社以前は、10年間デジタル・マルチメータやDCソースなどの精密計測機器設計に従事していました。2000年にメキシコのモンテレイ工科大学で電子工学の学士号を取得しました。これまで2件の特許を取得しています。