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温度是限制器件功率和性能的关键因素之一。任何功率类芯片应用工程师在设计时都要注意热阻的问题。当θJC已经相对较低的时候,θJA的降低就尤为重要,而热阻θJA是高度依赖于PCB的设计。下文以TSSOP28为例,通过几个实验,探讨几个因素对散热的影响。下图A是几乎走线很少的理想板子,B是周边走线,靠中间散热pad和上下散热,C是扩大散热面积。poYBAGJzdIaAJrirAALKMh0afNo165.png

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表右侧是热阻测试结果。

过孔相同的前提下,对5个大小相同的板子做对比,ABCD为4层板,对比结果如上图。

结果上看到几个结论

4层板比2层板有显著散热作用;

Dog bond对散热的帮助,虽然从绝对值上看不大,但是随着功耗的增加,相对比例上帮助散热有不少作用,这个值得强调的是top层芯片左右是pin脚无法散热,上下方向尽量不要走线,尽可能的增大dog bond面积。

顶部和底部的阻焊层散热有作用;

铺铜面积对散热有帮助;

除了以上因素过孔的大小,数量和通孔结构也影响散热,下图展示2层板和4层板过孔对散热的影响曲线。

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从图可以看出,过孔数量是有个平衡点的,太多的过孔未必能改善热传递。另外这个是跟封装尺寸有关的,以0.33mm(13mil)过孔为例,示例如下

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另外散热是die向周边传导,下图是个2层板的热辐射图,供参考导热设计。

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原理图设计对散热的帮助:

除了PCB和散热片设计,还有要关注电路的设计。带电池的音箱为例,发热量最大的两个芯片是DC-DC升压和功放。特别市场需求功率越来越大,例如功放输出2X25W(THD+N=1%)的需求,需要电池升压芯片到16V左右。

从电池电压升压到16V,并持续拉大电流时,芯片效率会随着发热上升而逐渐降低,并且本身压差越大升压芯片效率越低,效率越低发热量就会继续加大。

同样功放的原理也是一样,输出端PWM波形的高低电平就是PVDD和GND,PVDD越高效率越低,功放越容易发烫。

所以如果PVDD电压变低,既能解决DCDC的效率问题,也能解决功放的效率问题,一石二鸟的双赢。要实现这个功能,可以利用ACM3108的CLASS H功能,这个功能的原理如下:

ACM3108根据音乐信号特点,提供了控制信号控制芯片的FB,从而控制升压PVDD

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随着PVDD的变化,升压和功放的效率双双提高,播放音乐时,整体发热量大幅度降低,同时播放时长也得到40%左右的提高。

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