典型封装的电机驱动器 IC，PCB如何布局？

 

前情提要

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 IC，提供一些具体的 PCB 布局建议。

❂  引线封装布局

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SOT-23 和 SOIC 封装

图 6

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）。

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。

图 72

倒装芯片引线框架结构有助于充分提高引线封装的功耗能力。

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。

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。

图 8： 倒装芯片 SOIC PCB 布局

Note：

请注意，SMT 板上没有热风焊盘；它们牢牢地连接至铜区域。这对实现良好的热性能至关重要。

2

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）。

图 9

TSSOP 封装通常在底部带有一个较大的外露板，用于排除热量。

QFN 封装为无引线封装，在器件外缘周围带有板，器件底部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。

图 10

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。

在理想情况下，热通孔直接位于板区域。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。

图 11：采用了一个 18 热通孔阵列的 TSSOP 封装 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：采用9个热通孔的 QFN 封装 PCB 布局

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。因此，该 PCB 的热性能不及图 11 中所示的 TSSOP 封装。

3

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（图13）。

图 13

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）。

图 14: FCQFN 封装在芯片的表面采用了多排铜凸点粘接至引线框架

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。

图 15 所示为 MPS 公司的功率级 IC---MP6540 产品的 PCB 布局。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 4 × 4 mm 大小。

图 15: MPS公司的MP6540 产品---FCQFN封装IC的 PCB 布局

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。

原文转自MPS芯源系统