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                电机驱动器PCB布局准则---下篇

                发布时间:2020-01-21 来源:Pete Millett 责任编辑:wenwei

                【导读】在本文上篇 文章中就使用电机驱动器 IC 设计PCB板提供了一些一般性建议,要求对 PCB 进行精心的布局以实现适当性能。在本文下篇中,将针对使用典型封装的电机驱动器,提供一些具体的 PCB 布局建议。
                 
                引线封装布局
                 
                标准的引线封装(如 SOIC 和 SOT-23 封装)通常用于低功率电机驱╳动器中(图 6)。
                 
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                图 6: SOT 23 和 SOIC 封装
                 
                为了充分提高引线封装的功耗能力,MPS公司采用 “倒装芯片引线框架” 结构(图 7)。在不使用接合线的情况下,使用铜凸点和焊料将芯∩片粘接至金属引线,从而可通过引线将热量从♂芯片传导至 PCB。
                 
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                图 7: 倒装芯片引线框架
                 
                通过将较大的铜区域连接至承载较大电流的引线,可优化★热性能。在电机驱动器 IC 上,通常电源、接地和输出引脚均连接至铜区域。
                 
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                图 8: 倒装芯片 SOIC PCB 布局
                 
                图 8 所示为“倒装芯片引线框架”SOIC 封装的典型 PCB 布局。引脚 2 为器件电源引脚。请注意,铜区域置于顶层器件的附近,同时几个热通孔将该区域连接至 PCB 背面的铜层。引脚 4 为接地引脚,并连接至表层的接地覆铜区。引脚 3(器件输出)也被路由至较大△的铜区域。
                 
                QFN 和 TSSOP 封装
                 
                TSSOP 封装为长方形,并使用两排引脚。电机驱动器 IC 的 TSSOP 封装通常在封装底部带有一个较大的外露板,用于排除器件中的热量(图9)。
                 
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                图 9: TSSOP 封装
                 
                QFN 封装为无引线封装,在器件外缘周围带有板,器件底部々中央还带有一个更大的板(图 10)。这个更大的板用于吸收芯片中的热量。.
                 
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                图 10: QFN 封装
                 
                为排除这些封装中的热量,外露板必须进行良好的焊接。外露板通常为接地电位,因此可以接入 PCB 接地层。在图 11 的 TSSOP 封装的示例中,采用了一个 18 通孔阵列,钻孔直径为 0.38 mm。该通孔阵列的计算热阻约为 7.7°C/W。
                 
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                图 11: TSSOP PCB 布局
                 
                通常,这些热通孔使用 0.4 mm 及更小的钻孔直径,以防止出现渗锡。如果 SMT 工艺要求使用更小的孔径,则应增加孔数,以尽可能保持较低的整体热阻。
                 
                除了位于板区域的通孔,IC 主体外部区域也设有热通孔。在 TSSOP 封装中,铜区域可延伸至封装末端之外,这为器件中的热量穿过顶部的铜层提供了另一种途径。
                 
                QFN 器件封装边缘四周的板避免在顶部使用铜层吸收热量。必须使用热通孔将热量驱散至内层或 PCB 的底层。
                 
                图 12 中的 PCB 布局所示为一个小型的 QFN (4 × 4 mm) 器件。在外露板区域中,只容〓纳了九个热通孔。 (见图 12) 因此,该 PCB 的热性能不及图 11 中所示的 TSSOP 封装。
                 
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                图 12: QFN (4mmx4mm) 布局
                 
                倒装芯片 QFN 封装
                 
                倒装芯片 QFN (FCQFN) 封装与常规的 QFN 封装类似,但其芯片采取倒装的方式直接连接至器件底部的板上,而不是使用接合线连接至封装板上。这些板可以置于芯片上的发热功率器件的反面,因此它们通常以长条状而不是小板状布置(见图13)。
                 
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                图 13: FCQFN 封装
                 
                这些封装在芯片的表面采用了多排铜凸点粘接至引线框架(图 14)。
                 
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                图 14: FCQFN 结构
                 
                小通孔可置于板区域内,类似于常规 QFN 封装。在带有电源和接地层的多层板上,通孔可直接将这些板连接至各层。在其他情况下,铜区域必须直接连接至板,以便将 IC 中的热量吸入较大的铜区域中。
                 
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                图15: FCQFN PCB 布局
                 
                图15 显示了所示为 MPS 公司的功率级 IC MP6540 。该器件具有较长的电源和接地板,以及三个输出口。请注意,该封装只╲有 5mmx5mm。
                 
                器件左侧的铜区域为功率输入口。这个较大的铜区域直接连接至器件的两个电源板。
                 
                三个输出板连接至器件右侧的铜区域。注意铜区域在退出板→之后尽可能地扩展。这样可以充分将热量从板传递到环境空气中。
                 
                同时,注意器件右侧两个板中的数排小通孔。这些板均进行了接地,且 PCB 背面放置了一个实心接地层。这些通孔的※直径为 0.46 mm,钻孔直径为 0.25 mm。通孔足够小,适合置于板区域内。
                 
                综上所述,为了使用 电机驱动器 IC实施成功的 PCB 设计,必须对 PCB 进行精心的布局。因此,本文提供了一些实用性的建议,以期望可以帮助 PCB 设计人员实现PCB板良好的电气和热性能。
                 
                 
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