2.3.4　裸露焊盤的PCB設計示例

1. 16引腳或24引腳LFCSP無鉛封裝裸露焊盤的PCB設計示例1

LFCSP封裝示意圖[35]如圖2-37所示。LFCSP與芯片級封裝（CSP）類似，是采用銅引腳架構基板的無鉛塑封芯片級封裝。外圍輸入/輸出焊盤位于封裝的外沿，與印制電路板的電氣連接是通過將外圍焊盤和封裝底面上的裸露焊盤焊接到PCB上實現的，從而有效傳導封裝熱量。

ADA4950-x（差分ADC驅動器）采用3mm×3mm、16引腳LFCSP無鉛封裝（ADA4950-1，單通道）或4mm×4mm、24引腳LFCSP無鉛封裝（ADA4950-2，雙通道），具有裸露焊盤，PCB設計示例[35]如圖2-38所示，采用過孔與接地平面連接。

注意：過孔用來實現不同層的互連，如圖2-39所示。過孔用來作為散熱通道連接時，也稱為散熱通孔，或者簡稱為熱通孔或熱過孔。過孔存在電感和電容[36]特性。對于一個1.6mm（0.063in）厚PCB上的0.4mm（0.0157in）的過孔，過孔電感為1.2nH。在FR-4介質材料上，對于一個1.6mm（0.063in）間隙，圍繞孔周圍0.8mm（0.031in）的焊盤，電容為0.4pF。

式中，εr為PCB介質材料系數（對于FR-4基材，εr≈4.5）。

2. 16引腳或24引腳LFCSP無鉛封裝裸露焊盤的PCB設計示例2[37,38]

ADA4930-1/ADA4930-2是一個超低噪聲、低失真、高速差分放大器，非常適合驅動分辨率最高14位、0～70MHz的1.8V高性能ADC。ADA4930-1采用3mm×3mm 16引腳無鉛LFCSP封裝。ADA4930-2采用4mm×4mm 24引腳無鉛LFCSP封裝。

ADA4930-1/ADA4930-2是高速器件，要實現優異的性能，必須注意高速PCB設計的細節。

首先要求采用具有優質性能的接地和電源層的多層PCB，盡可能覆蓋所有的電路板面積。在盡可能靠近器件處將供電電源引腳端直接旁路到附近的地平面。每個電源引腳端推薦使用兩個并聯旁路電容（1000pF和0.1μF），應該使用高頻陶瓷芯片電容，并且采用10μF鉭電容在每個電源引腳端到地之間提供低頻旁路。

雜散傳輸線路電容與封裝寄生電感可能會在高頻時構成諧振電路，導致過大的增益峰化或振蕩。信號路徑應該短而直，避免寄生效應。在互補信號存在的地方，用對稱布局來提高平衡性能。當差分信號經過較長路徑時，要保持PCB走線相互靠近，將差分線纜纏繞在一起，盡量降低環路面積，以降低輻射的能量，使電路不容易產生干擾。使用射頻傳輸線將驅動器和接收器連接到放大器。

如圖2-40所示，清除輸入/輸出引腳附近的接地和低阻抗層，反饋電阻（RF）、增益電阻（RG）和輸入求和點附近的區域都不能有地和電源層，使雜散電容降到最低，降低高頻時放大器響應的峰值。

如果驅動器/接收器波長大于放大器波長的1/8，則信號走線寬度應保持最小。這種非傳輸線路配置要求清除信號線路下方和附近的接地和低阻抗層。

裸露散熱焊盤與放大器的接地引腳內部相連。將該焊盤焊接至PCB的低阻抗接地層可確保達到額定的電氣性能，并可提供散熱功能。為進一步降低熱阻，建議利用過孔將焊盤下方所有層上的接地層連在一起。

推薦的PCB裸露焊盤尺寸如圖2-41所示。散熱通孔連接到底層的接地層如圖2-42所示。

注意：ADA4932-x也可以采用類似設計。

3. PSOP 2封裝的散熱焊盤設計示例[39]

PSOP 2（PowerSOP 2）封裝的結構如圖2-43所示。裸露焊盤和引線提供從芯片到外部散熱器和PCB一個低熱阻的路徑，具有大的熱容量，可以吸收器件開關期間的功率峰值。對于一個尺寸為100mil×100mil的硅芯片，結到外殼熱阻θJC為45℃/W，引線電阻在5mΩ范圍內，每根引線的電感通常為2nH，電容約為1pF。

PSOP 2封裝的安裝方式如圖2-44所示：圖2-44（a）中裸露焊盤朝下，可以直接焊接或者使用導熱環氧樹脂連接到PCB上；圖2-44（b）中裸露焊盤朝上，裸露焊盤直接暴露在環境中。

推薦的PCB焊盤設計形式如圖2-45所示。

利用散熱器可以有效地提高散熱效果。

4. 具有底部金屬板或散熱器陶瓷封裝IC的PCB焊盤設計示例[40]

圖2-46所示是帶散熱片的陶瓷四邊形扁平封裝（器件型號：ISL70003SEHFE）。圖2-47所示是底部帶金屬的陶瓷雙列扁平封裝（器件型號：ISL75052SEHF）。底部金屬板或散熱器提供一個從封裝底部直接散熱的路徑，可以顯著提高器件的散熱性能。

器件的底部金屬板或散熱器應直接安裝在與PCB匹配的散熱焊盤上。在器件封裝底部金屬或散熱器下方的電路板散熱區域的X-Y尺寸，應具有與底部金屬或散熱器標稱尺寸相同大小，或者大0.2mm。安裝應使用焊料，以及導電或非導電環氧樹脂等材料完成。如果底座采用焊接安裝，則應避免過大的散熱焊盤和焊接掩模開口，因為這可能不利于焊料回流期間封裝的“自對準”。

為了充分利用底部的散熱路徑，電路板設計時應利用“散熱通孔”從“熱地”連接到一個或多個嵌入式的（PCB內層）接地板或底層的接地板。散熱通孔放置在埋地銅平面下方，采用1.0～1.2mm間距排列，通孔的直徑應為0.3～0.33mm，其中鍍層約為1.0oz銅。

有插入式通孔的散熱焊盤設計示例（ISL75052SE評估板的散熱焊盤）如圖2-48所示。無插入式通孔的散熱焊盤設計示例（ISL70003SEH評估板散熱焊盤）如圖2-49所示。

5. D類放大器的PCB熱設計示例[41]

D類放大器相比AB類放大器具有更高的效率和更好的散熱性能。盡管如此，使用D類放大器時仍然需要慎重考慮散熱。在工業標準TQFN封裝中，裸露焊盤是IC散熱的主要途徑。對底部有裸露焊盤的封裝來說，PCB及其覆銅層是D類放大器主要的散熱渠道。將音頻放大器貼裝到常見的PCB上時，最好將裸露焊盤焊接到大面積覆銅塊上，且盡可能在覆銅塊與臨近的具有等電勢的音頻放大器引腳上，以及在其他元器件之間多覆一些銅。如圖2-50所示，音頻放大器采用TQFN或TQFP封裝時，裸露焊盤是其主要的散熱通道。覆銅層與散熱焊盤的右上方和右下方相連。覆銅走線應盡可能寬，因為這將影響系統的整體散熱性能。與裸露焊盤相接的覆銅塊應該用多個過孔連到PCB背面的其他覆銅塊上。該覆銅塊應該在滿足系統信號走線的要求下具有盡可能大的面積。

應盡量加寬所有與器件的連線，這將有益于改善系統的散熱性能。雖然IC的引腳并不是主要的散熱通道，但在實際應用中仍然會有少量發熱。在圖2-51所示的PCB中，采用寬的連線將音頻放大器的輸出與圖右側的兩個電感連接在一起。在這種情況下，電感的銅芯繞線也可為音頻放大器提供額外的散熱通道。雖然這樣做對整體散熱性能的改善程度不到10%，但卻給系統帶來兩種截然不同的結果，即使系統具備較理想的散熱或出現較嚴重的發熱。

當音頻放大器在較高的環境溫度下工作時，增加外部散熱器可以改善PCB的散熱性能。該散熱器的熱阻必須盡可能小，以使散熱性能最佳。采用底部的裸露焊盤后，PCB底部往往是熱阻最低的散熱通道。IC的頂部并不是器件的主要散熱通道，因此在此安裝散熱片不合算。通常可以采用一個PCB表貼散熱片，將該散熱片焊接在PCB上。采用PCB表貼散熱片是兼顧尺寸、成本、裝配方便性和散熱性能的理想選擇。