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    电机驱动器PCB布局指南(第2部分)

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    电机驱动器PCB布局指南(第2部分)

    发布日期:2019-04-24 作者:PCB布局指南 点击:


    电机驱动器PCB布局指南(第2部分)

    在第2部分中,我们将探讨各种电机驱动器封装类型的最佳PCB布局实践。

    本文的第1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布局以获得适当的性能。第2部分讨论了使用典型电机驱动器IC封装的一些特定PCB布局建议。

    引线包的布局

    6. SOT-23和SOIC封装通常用于低功率电机驱动器。

    标准引线封装,如SOIC和SOT-23封装,通常用于低功率电机驱动器。

    为了最大化引线封装的功耗,Monolithic Power Systems(MPS)采用“引线框架上的倒装芯片”结构(图7)。使用铜凸块和焊料将管芯粘合到金属引线上,而不使用键合线。这允许热量从管芯通过引线传导到PCB。

    7.引线框结构上的倒装芯片有助于最大化引线封装中的功耗。

    通过将大铜区域连接到承载高电流的引线,可以优化热性能。在电动机驱动器IC上,通常将电源,接地和输出引脚连接到铜区域。

     “引脚架上倒装芯片”SOIC封装的典型PCB布局。引脚2是器件电源引脚。请注意,铜层区域位于顶层设备附近,多个热过孔将此区域连接到PCB背面的铜线。引脚4是接地,并连接到顶层上的铜接地。器件输出引脚3也连接到较大的铜区域。

    8.显示的是倒装芯片SOIC PCB布局。

    请注意,SMT焊盘上没有散热片;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封装

    TSSOP封装为矩形,使用两排引脚。用于电机驱动器IC的TSSOP封装通常在封装底部有一个大的裸露焊盘,用于从器件上移除热量。

    9. TSSOP封装的下侧通常有一个大的裸露焊盘,用于散热。

    QFN封装是无引线封装,在器件外侧边缘有焊盘,以及在器件下侧居中的较大焊盘(图10)。这个较大的垫用于从模具中提取热量。

    10.垫片绕着QFN封装的边缘,除了在底部中心有一个较大的衬垫,用于从模具中提取热量。

    要从这些封装中移除热量,必须在裸露焊盘上进行焊接良好的连接。该焊盘通常处于地电位,因此可以连接到PCB接地层。

    理想情况下,热通孔直接放置在焊盘区域。在图11所示的示例中,使用了18个过孔的阵列,其最终孔直径为0.38mm。该通孔阵列具有约7.7℃/ W的计算热阻。

    11.该TSSOP PCB布局采用18个散热通孔阵列。

    通常,这些散热孔使用0.4毫米或更小的成品孔尺寸以防止焊料芯吸。如果SMT工艺需要更小的孔,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,还将热通孔放置在IC主体外部的区域中。在TSSOP封装中,铜区域可以延伸到封装的末端之外,这为热量从器件穿过顶部铜层提供了另一条路径。

    使用QFN器件时,封装的所有四个边缘上的焊盘都会阻止在顶层使用铜来提取热量。必须使用散热通孔将热量拉出到PCB的内平面或底层。

    12.这个4×4毫米QFN PCB的热性能低于图11中的TSSOP,因为它只能在裸露焊盘中安装9个热过孔。

    在图12中,PCB布局显示了一个小型QFN(4×4 mm)器件。只有9个散热孔适合裸露焊盘区域。因此,该PCB的热性能不如图11所示的TSSOP封装好。

    倒装芯片QFN封装

    倒装芯片QFN(FCQFN)封装与常规QFN封装类似,但不是使用引线键合将芯片连接到封装焊盘,而是将芯片上下翻转并直接连接到器件底部的焊盘。焊盘可以放置在模具上的发热功率器件的对面,因此它们通常被设置为长条纹而不是小焊盘。

    13.倒装芯片QFN(FCQFN)封装直接连接到器件底部的焊盘。

    这些封装在管芯表面上使用了多排铜凸块,然后将其连接到引线框架上。

    14. FCQFN封装在管芯表面上使用多排铜凸块,随后将其连接到引线框架。

    小通孔可以放置在焊盘区域内,类似于常规QFN封装所做的。在具有电源和接地层的多层板上,过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,以将热量从IC吸收到更大的铜区域。

    MP6540功率级IC的PCB布局。该器件具有用于电源,接地和三个输出的长焊盘。请注意,封装仅为4×4 mm。

    15.这是MP6540功率级IC的FCQFN PCB布局。

    设备左侧的铜区域是电源输入。这个大的铜区域直接连接到设备的两个电源焊盘。

    三个输出焊盘连接到器件右侧的铜区域。注意在退出焊盘后,铜区域如何尽可能地扩展。这提供了从垫到周围空气的良好热传递。

    另请注意设备右侧两个焊盘内的小通孔行。这些焊盘连接到地,固态接地平面放置在PCB的背面。这些通孔的直径为0.46 mm,成品钻孔为0.25 mm。过孔小到足以适合垫区域。

    使用电机驱动器IC实现成功的设计需要仔细的PCB布局。本文介绍了一些实用的建议,以帮助PCB设计人员实现良好的电气和热性能。


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