电机驱动器PCB布局指南-第2部分

作者:Pete Millett，技术营销工程师，Monolithic Power Systems

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的本文的第一部分提供了一些使用电机驱动ic设计印刷电路板(PCB)的一般建议，这需要仔细的PCB布局以获得适当的性能。第2部分将讨论使用typical的一些特定PCB布局建议电机驱动IC包．

含铅包装的布局

标准铅封装，如SOIC和SOT-23封装，通常用于低功率电机驱动器(参见图6)。

图6:SOT 23和SOIC包

为了最大限度地提高引线封装的功耗能力，MPS采用了“引线框架上的倒装芯片”结构(见图7)．该模具是结合到金属引线使用铜凸起和焊料，而不使用粘结线。这允许热量从模具通过引线传导到PCB。

图7:引线框架结构上的倒装芯片

为了使热性能最大化，大的铜区域应该连接到携带大电流的引线上。在电机驱动IC上，通常电源、接地和输出引脚连接到铜区。

图8:倒装芯片SOIC PCB布局

图8显示了引线框SOIC封装上倒装芯片的典型PCB布局。引脚2为设备电源引脚。注意，靠近顶层设备的地方有一个铜区域，几个热通孔将这个区域连接到PCB背面的铜。引脚4是接地，并连接到顶层的铜接地。引脚3是设备输出，它被路由到一个大的铜区域以及。请注意，SMT焊盘上没有热浮雕;它们与铜区紧密相连。这对于良好的热性能至关重要。

QFN和TSSOP包

TSSOP封装是矩形的，并使用两排引脚。用于电机驱动ic的TSSOP封装通常在封装的底部有一个大的外露垫，用于从设备中去除热量(参见图9)。

图9:TSSOP包

QFN封装是无铅封装，在部件的外部边缘有衬垫，在设备的底部有一个更大的衬垫(参见图10)．这个较大的衬垫是用来从模具中提取热量的。

图10:QFN包

为了从这些包装中去除热量，必须与暴露的衬垫进行良好的焊接连接。该衬垫通常处于地电位，因此可以连接到PCB接地面。理想情况下，热通孔直接放置在衬垫区域。中所示的例子图11下面，使用18个通孔阵列，成品孔直径为0.38mm。该通道阵列的计算热阻约为7.7°C/W。

图11:TSSOP PCB布局

通常，成品孔尺寸为0.4mm或更小，用于这些热通孔，以防止焊料吸芯。如果SMT工艺需要更小的孔，则应使用更多的孔，以使整体热阻尽可能低。

除了放置在衬垫区域内的过孔外，热过孔还放置在IC体的外部区域。在TSSOP封装中，铜区域可以延伸到封装的末端以外，这为热量从设备通过顶部铜层提供了另一条路径。

对于QFN器件，在封装的所有四个边缘上都有衬垫，以防止在顶层使用铜来提取热量。热通孔的使用是强制性的，以将热量拉出到PCB的内部平面或底层。

下面的PCB布局显示了一个小型QFN (4mmx4mm)器件(见图12)．只有9个热通孔适合暴露的垫区。正因为如此，这种PCB的热性能不如图中所示的TSSOP封装图11。

图12:QFN (4mmx4mm)布局

倒装芯片QFN包

倒装芯片QFN (FCQFN)封装类似于常规QFN封装，但不是使用线键将模具连接到封装衬垫，而是将模具倒置并直接连接到设备底部的衬垫。衬垫可以放置在模具上的发热动力装置的对面，因此它们通常被排列成长条纹，而不是小衬垫(见图13)．

图13:FCQFN包

这些封装在模具表面使用成排的铜凸块，然后连接到引线框架(参见图14)。

图14:FCQFN结构

FCQFN包装可能具有不规则形状的衬垫，通常排列在长而窄的条纹中。与普通的QFN包不同，热量是通过许多这些垫来提取的，而不是一个大的中央垫。这给PCB设计带来了一些挑战，因为有许多承载不同信号的衬垫，需要连接到它们的铜区域。

小过孔可以放置在垫区，类似于常规QFN包所做的。在有电源和接地平面的多层板上，通孔可以将这些衬垫直接连接到平面上。在其他情况下，铜必须直接连接到衬垫上，以将热量从IC吸收到更大的铜区域。

图15:FCQFN PCB Layout

图15的PCB布局MP6540功率级集成电路。该设备有长垫片，用于电源，接地和三个输出。注意封装只有5mmx5mm。

设备左侧的铜质区域为电源输入区域。这个大的铜区域直接连接到设备的两个电源板上。

三个输出垫连接到设备右侧的铜区。请注意，在离开衬垫后，铜区域是如何尽可能扩大的。这提供了良好的热量传递从垫到环境空气。

注意设备右侧两个衬垫内的一排排小通孔。这些衬垫连接到地面，PCB背面放置一个坚实的接地面。这些过孔的直径为0.46毫米，成品钻孔为0.25毫米。过孔足够小，适合在衬垫区域内。

仔细的PCB布局是必要的，以实现成功的设计电机驱动集成电路．本文提出了一些实用的建议，以帮助PCB设计人员实现良好的电学和热学性能。

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