电机驱动器PCB布局指南 - 第2部分

由Pete Millett,技术营销工程师,单片电力系统

本文的第一部分提供了一些使用电机驱动器IC设计印刷电路板(PCB)的一般建议,这需要仔细的PCB布局进行适当的性能。第2部分将讨论使用典型的一些特定PCB布局建议电机驱动器IC包装

牵引包装布局

标准的带有SOT-23封装(如SOIC和SOT-23封装)通常用于低功耗电机驱动器(见图6)。

图6:SOT 23和SOIC包

图6:SOT 23和SOIC包

为了最大限度地提高铅封装的功耗能力,MPS使用“倒装芯片在引线框架上”构造(见图7)。使用铜凸块和焊料将管芯粘合到金属铅上,而不使用粘合线。这允许通过导线从管芯传导到PCB的热量。

图7:引线框架结构上的倒装芯片

图7:引线框架结构上的倒装芯片

为了最大限度地提高热性能,应附着大铜区域,携带高电流的引线。在电机驱动器IC上,通常是电源,接地和输出引脚连接到铜区域。

图8:倒装SOIC PCB布局

图8:倒装SOIC PCB布局

图8.在引线框架SOIC包上显示倒装芯片的典型PCB布局。引脚2是设备电源引脚。请注意,铜区域放置在顶层的装置附近,并且有几个热通孔将该区域连接到PCB背面的铜。销4是地面,连接到顶层上的铜地。PIN 3是设备输出,也可以路由到大铜区域。请注意,SMT垫上没有热浮雕;它们牢固地连接到铜区域。这对于良好的热性能至关重要。

QFN和TSSOP包装

TSSOP包装的形状矩形,并使用两排销。用于电动机驱动器IC的TSSOP封装通常在包装的下侧具有大的裸露焊盘,用于从设备中移除热量(见图9)。

图9:TSSOP包

图9:TSSOP包

QFN封装是无引线封装,其围绕部分的外边缘垫,以及较大的垫,以设备的下侧为中心(见图10)。该较大的垫用于从模具中提取热量。

图10:QFN包装

图10:QFN包装

要从这些封装中除去热量,必须将良好的连接连接到暴露的焊盘上。该焊盘正常地处于接地电位,因此它可以捆绑到PCB接地平面中。理想情况下,热通孔直接放置在焊盘区域中。在所示的示例中图11.下面,18个通孔的阵列配有成品孔直径为0.38mm。该通孔阵列具有约7.7°C / W的计算热阻。

图11:TSSOP PCB布局

图11:TSSOP PCB布局

通常,用于这些热通孔的成品孔尺寸为0.4mm和更小,以防止焊料芯吸。如果SMT工艺需要较小的孔,则应使用更多的孔来保持整体热阻尽可能低。

除了放置在焊盘区域内的通孔之外,热通孔也被放置在IC主体外部的区域。在TSSOP封装中,铜区域可以延伸超过封装的末端,这提供了通过顶铜层从装置通过的另一个路径。

使用QFN器件,在包装的所有四个边缘上有垫,防止顶层中的铜在顶层中提取热量。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QFN(4mmx4mm)设备(见图12)。只有9个热孔适合暴露的衬垫区域。因此,该PCB的热性能不如图中显示的TSSOP封装图11。

图12:QFN(4mmx4mm)布局

图12:QFN(4mmx4mm)布局

倒装芯片QFN包装


倒装芯片QFN(FCQFN)封装类似于常规QFN封装,而是代替使用电线键将管芯连接到封装焊盘,芯片倒置并直接连接到设备下侧的焊盘上。焊盘可以与模具上的发热功率器件相对地放置,因此它们通常被布置为长条纹而不是小垫(见图13)

图13:FCQFN包

图13:FCQFN包

这些包装在模具表面上使用铜凸块行,然后将其粘合到引线框架上(见图14)。

图14:FCQFN结构

图14:FCQFN结构

FCQFN封装可能具有不规则形状的焊盘,这些焊盘通常布置长,窄条纹。与正常的QFN封装不同,通过许多这些焊盘而不是一个大型中心焊盘提取热量。这为PCB设计创造了一些挑战,因为有许多垫,所有载有不同的信号,需要连接到它们的铜区域。

可以将小通孔放置在焊盘区域内,类似于使用常规QFN封装所做的。在具有电源和接地平面的多层板上,通孔可以直接将这些焊盘连接到平面。在其他情况下,铜必须直接连接到焊盘上,以将热量从IC吸入较大的铜区域。

图15:FCQFN PCB布局

图15:FCQFN PCB布局

图15.显示PCB布局MP6540功率级IC。该设备具有用于电源,地面和三个输出的长垫。请注意,包仅为5mmx5mm。

设备左侧的铜区域是电源输入。该大铜区域直接连接到装置的两个电源焊盘。

三个输出焊盘连接到设备右侧的铜区域。注意在离开垫后,如何尽可能地扩展铜区域。这提供了从垫到环境空气的良好热传递。

注意设备右侧的两个焊盘中的小通孔的行。这些焊盘连接到地,固体接地平面放置在PCB的背面。这些通孔的直径为0.46mm,成品钻孔为0.25mm。通孔足够小以适应焊盘区域。


仔细的PCB布局是实现成功设计的必要条件电机驱动器IC.。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气和热性能。

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