發布日期：2022-04-25 點擊率：260
傳統的引線鍵合 SOT-23封裝的功耗能力有限。由于內部結構不同，倒裝芯片 （FCOL） SOT-23 封裝具有更好的功耗能力。本應用筆記比較了兩種封裝技術，并提出了一些如何優化 PCB 布局以實現最佳熱性能的實用指南。
一、簡介
SOT-23 封裝因其小尺寸和低成本而廣受歡迎，而 6 引腳和 8 引腳版本仍然允許它們用于各種應用，例如 LDO 和開關穩壓器。
SOT-23 封裝的缺點之一是它們的功耗能力有限，因為這些封裝沒有散熱墊。
JEDEC 熱參考板中的標準引線鍵合 SOT-23-6 封裝熱阻顯示 θ JA值（從結點到環境的熱阻）約為 220 ~ 250 o C/W，這意味著在環境溫度約為 55 ℃的應用中o C，0.3W 的 IC 耗散已經達到 125 o C的最大推薦結溫。
在實際的 PCB 布局中，有一些方法可以增加功耗能力，通過增加連接到引腳的走線寬度，但這些措施的有效性很大程度上取決于 SOT-23 封裝的內部結構。
與倒裝芯片 （FCOL） 封裝相比，傳統的引線鍵合封裝在熱方面的表現截然不同。為了做出最佳的 PCB 布局，了解更多關于這兩種封裝類型的內部結構非常重要。
2.Wire-Bond SOT-23-6封裝結構
下面的圖 1 顯示了引線鍵合 SOT-23-6 封裝的基本結構。
圖1
硅管芯粘在中心接地引線上，管芯電氣連接通過鍵合線連接到引線框架引腳，鍵合線通常是 25-38 微米的金線或銅線。
這些細線會增加關鍵電路節點的電阻、電感和雜散電容，從而降低高頻開關轉換器的性能。尤其是在更高電流的降壓轉換器中，鍵合線會在器件的總功率損耗中發揮重要作用。
細的鍵合線也是不良的熱導體，因此引腳的大部分潛在熱傳遞都會丟失。熱傳遞主要是從芯片背面通過粘合劑傳遞到中心接地引腳，從而在中心引腳上產生熱點。
圖 2 顯示了降壓轉換器應用中引線鍵合 SOT-23-6 封裝的熱圖像仿真。
器件功耗設置為 0.5W。
圖 2
可以清楚地看到，中心引腳的溫度遠高于相鄰引腳。該單個引腳在將所有熱量從管芯傳導到 PCB 方面受到限制，并且在器件中心引腳周圍形成熱點。
3.FCOL SOT-23-6封裝結構
下面的圖 3 顯示了 Flip-Chip-On-Lead SOT-23-6 封裝的內部結構。
（為了清楚起見，模具是透明的）
圖 3
硅管芯的頂面通過柱接合安裝到引線框架，提供從硅管芯到引線框架的直接熱和電連接。
柱鍵合的短互連長度可顯著降低電阻、電感和保持電容，從而最大限度地降低 I 2 R 和開關損耗，同時減少廢熱。
所有引腳現在都充當小型散熱器，可用于高效冷卻，因此從封裝到 PCB 的熱傳遞更多，從而降低芯片溫度。圖 4 顯示了具有相同 0.5W 器件功耗的 FCOL 封裝的熱仿真。
圖 4
熱仿真清楚地顯示了 FCOL 封裝對所有引腳的熱傳導更加均勻，并且中心引腳周圍沒有明顯的熱點。
4.SOT-23 PCB布局技巧
很明顯，引線鍵合和 FCOL SOT-23 封裝在其對器件引腳的熱傳導特性方面存在一些明顯差異。PCB 設計人員可以利用這些知識來優化每個封裝的 PCB 布局。
圖 6 顯示了使用RT7295C GJ6F的示例布局，它是基于立锜 ACOT? 拓撲的 FCOL SOT-23 中的 3.5A 降壓轉換器。（“F”后綴代表 FCOL）。簡單示意圖如圖 5 所示。
圖 5
基本設置如下所示。它使用 4 層板。標準通孔用于連接內層和底層。
圖 6
在圖 6 的布局中，每個引腳都有額外的銅。對于 Boot 和 SW 引腳，較大的銅層可能會導致額外的輻射，因此必須做出妥協。FB 引腳對噪聲拾取很敏感，因此也不能有大的覆銅面積。GND 和 VIN 引腳通過多個通孔連接到內層銅平面。使能引腳也可以有一些額外的銅并連接到底層。
圖 7
PCB 橫截面按比例顯示過孔和內層。通孔在將熱量從頂層傳導到其他層方面非常有效。可以添加額外的過孔以獲得更好的熱傳導。
下表顯示了不同層的布局。
以上布局僅供參考。在某些 PCB 設計中，頂層和底層可能沒有那么多空間。在這些情況下，IC 引腳可以通過通孔連接到內層的銅平面。重要的是要認識到，在 FCOL 封裝中，所有 IC 引腳都是潛在的熱導體，與 PCB 銅平面的良好熱連接可以增強熱冷卻效果。
5.熱測量
圖 8
圖 8 顯示了兩個熱掃描圖：左側是標準引線鍵合 SOT-23-6 封裝，而右側掃描圖顯示的是 FCOL SOT-23-6。兩款 IC 均安裝在 Richtek 評估板上，器件功耗相同，約為 0.7W。根據第 4 章中提到的指南，對布局進行了優化，以獲得良好的熱性能。焊線 SOT-23-6 清楚地顯示了一個大熱點，并且掃描還顯示封裝左側的引腳比引腳更熱在右側。這是因為 GND 引腳位于左側。FCOL 封裝熱點比引線鍵合溫度低 20 ~ 30 度左右，所有引腳的熱傳導均勻。
基于上述結果，在高度優化的布局中，FCOL SOT-23-6 封裝從結到環境的熱阻可以低至55 o C/W。在可用空間較小的布局中，冷卻性能可能會稍差，但絕對可以實現 70~80 o C/W 的值。這使得在 60 o C 的環境條件下耗散大約 0.85W 成為可能。
圖 9
圖 9 顯示了RT7295C在 12V 至 1.2V 應用中的效率圖。
3.1A 負載下的 IC 損耗約為 0.85W。
這意味著當RT7295C應用在熱增強布局中時，該器件絕對可以提供 3A 負載電流而不會過熱。
6.總結
FCOL 封裝具有一些電氣和熱學優勢。在 FCOL 封裝中，每個引腳與硅芯片都有良好的熱連接。可以優化 PCB 布局，讓每個引腳將更多的熱量從芯片傳導到 PCB，從而降低從結到環境的整體熱阻。與具有引線鍵合連接的相同封裝相比，這允許在 FCOL 封裝中消耗更多功率。
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