电机驱动器 PCB 布局准则 – 下篇
作者：Pete Millett, Technical Marketing Engineer, Monolithic Power Systems
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）。
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。
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。
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）。
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: 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。
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。
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）。
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）。
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。
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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