如何用小型封裝放大器替代零件選項(xiàng)以及PCB布局常見的難題

作者：德州儀器 Tim Claycomb

引言

隨著低成本終端產(chǎn)品需求不斷增加，設(shè)計(jì)師需要設(shè)計(jì)出既能夠滿足產(chǎn)品的性能規(guī)格，又可以保持低于系統(tǒng)目標(biāo)價(jià)格的創(chuàng)新方案。例如，除了放大器性能外，設(shè)計(jì)師還必須考慮所有放大器特性，包括成本和封裝尺寸。

在低成本設(shè)計(jì)中考慮封裝尺寸是很重要的，因?yàn)椴煌叽绲姆糯笃髟谙到y(tǒng)中可能具有不同的成本。設(shè)計(jì)師可獲得許多具有創(chuàng)新的小型包裝的新設(shè)備，以更好實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。如果半導(dǎo)體制造商無法提供小型封裝的放大器，則會限制替代零件的選項(xiàng)。通常如果供應(yīng)商無法滿足需求，則需要尋找替代零件來防止產(chǎn)品制造復(fù)雜化。如果半導(dǎo)體制造商無法滿足供應(yīng)需求，又沒有替代零件，最終產(chǎn)品制造商可能需要花費(fèi)大量資金來解決問題。

本文討論的是如何為不具有直接引腳兼容替代零件的小型封裝放大器提供替代零件選項(xiàng)。同時(shí)，本文還涵蓋了設(shè)計(jì)人員在印刷電路板（PCB）布局過程中可能面臨的制造和設(shè)計(jì)方面的挑戰(zhàn)。

PCB布局修改

修改運(yùn)算放大器（op amp）的PCB布局使之能夠包含兩個不同封裝尺寸的運(yùn)算放大器，并在PCB上安裝一個含有小封裝的次要的、常用的且滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的組件。圖1說明了它是如何在PCB布局中工作的。

小外形集成電路（SOIC），輕薄小外形封裝（TSSOP）和超薄小外形封裝（VSSOP）是業(yè)界最常見的封裝。因?yàn)橛性S多替代零件可以應(yīng)用，所以這些包裝可以成為很好的二次封裝。本文重點(diǎn)介紹采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)引腳封裝（圖2）的雙放大器的PCB布局與雙小型封裝放大器（如小外形無引腳（SON）和小外形晶體管（SOT）封裝）的關(guān)系。任何情況下，設(shè)計(jì)人員都可以將此方法用于任何通道數(shù)和包裝中。

SOIC封裝布局

SOIC封裝的焊盤之間的間距允許許多小型封裝放大器安裝在其間，這使得SOIC封裝成為作輔助封裝的絕佳選擇。圖3展示了SOIC封裝工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳內(nèi)的SON和SOT小型封裝放大器的雙封裝放大器的PCB布局。

設(shè)計(jì)人員可以通過執(zhí)行從SOIC封裝的引腳1至引腳8到小型封裝放大器的引腳1至引腳8的程序，輕松復(fù)制該布局。但是，在使用SOIC封裝和SOT封裝時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮到一些限制和可能面臨的制造方面的問題。

TSSOP封裝布局

盡管TSSOP封裝和SOIC封裝具有相似的優(yōu)點(diǎn)，但TSSOP封裝可在封裝的焊盤之間提供更多空間。這些額外的空間允許在設(shè)計(jì)中使用更寬的小型封裝放大器，并消除引入SOIC和SOT封裝組合帶來的限制和可能存在的制造問題。TSSOP封裝還具有更小的外形尺寸，與SOIC封裝相比，它將在PCB上占用更小的面積 - 這對于空間有限的PCB來說是它的一大優(yōu)點(diǎn)。

圖4展示了，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳排列TSSOP封裝內(nèi)，適用于SON和SOT小外型封裝放大器的雙封裝放大器的PCB布局。PCB布局與SOIC封裝類似，TSSOP封裝的引腳1至引腳8連接至小型封裝放大器的引腳1至引腳8。

VSSOP封裝布局

VSSOP封裝具有比TSSOP和SOIC封裝更小的外形尺寸，使其成為用作替代零件的最小的公共次要封裝選項(xiàng)。VSSOP封裝在封裝的焊盤之間沒有太多間距，這減少了設(shè)計(jì)人員可使用VSSOP封裝的小型封裝器件的數(shù)量。然而，VSSOP封裝仍然可以與SOT封裝一起使用，因?yàn)檫@兩種器件具有相同的間距，可使兩個封裝的焊盤對齊。

圖5展示了VSSOP封裝的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳SON和SOT小型封裝放大器的雙封裝放大器PCB布局。再次，VSSOP封裝的引腳1至引腳8連接至小型封裝放大器的引腳1至引腳8。

制造和設(shè)計(jì)考慮

當(dāng)包含二次封裝時(shí)，需要考慮一些制造和設(shè)計(jì)效果。制造中的主要問題是二次封裝墊與小型封裝放大器封裝墊之間的間距不足。焊盤之間的間隔不足導(dǎo)致缺少甚至沒有阻焊層來填充兩個覆蓋區(qū)焊盤之間的空間。

在回流焊接過程中，缺少阻焊層會導(dǎo)致放大器移動和短路，或使器件引腳懸空。在器件的焊盤之間留出至少4mil的空間可以最大限度地減少這種情況的發(fā)生。4mil的空間是PCB制造商中常見的設(shè)計(jì)規(guī)則，并且它提供了足夠的空間在兩個器件焊盤之間放置阻焊膜。圖6展示了如果沒有保持適當(dāng)?shù)淖韬笇娱g隙，器件在回流過程中可能會如何移動。

設(shè)計(jì)人員還必須考慮的是，在PCB布局中使用二次封裝可能會導(dǎo)致線路中的出現(xiàn)附加長度。例如，在最終產(chǎn)品中安裝小型封裝放大器時(shí)，必須將諸如去耦電容器和其他無源器件等組件放置在遠(yuǎn)離器件引腳的位置。若放置在器件引腳旁邊時(shí)不放置去耦電容，很容易導(dǎo)致在嘈雜環(huán)境中耦合到器件中的噪聲。除此之外，若將增益放大器的無源元件放置在遠(yuǎn)離小包裝放大器的倒置銷中，也會引起電路的噪聲。圖7展示了填充小型封裝放大器時(shí)出現(xiàn)的附加走線長度。

結(jié)論

整個行業(yè)常用的SOIC、TSSOP和VSSOP封裝具有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列可以為設(shè)計(jì)人員提供多種替代零件選項(xiàng)。SOIC封裝提供了許多次級封裝選項(xiàng)。由于封裝足夠大，可以被用于大多數(shù)小外型封裝放大器。TSSOP封裝在封裝焊盤之間具有更多空間，因此可以使用更寬的小型封裝放大器，并將潛在的制造問題降至最低。VSSOP封裝具有最小的二次封裝選項(xiàng)，這對空間有限的設(shè)計(jì)有益。

盡管修改PCB使之包含的二次封裝不會減少總PCB面積，但它是為小型封裝放大器提供第二來源以及降低最終產(chǎn)品成本的有效且簡單的方法。