PCB布局及焊接層面上也同時(shí)能夠照顧芯片的散熱一些小貼士

在一些芯片應(yīng)用中，例如穩(wěn)壓器，當(dāng)器件正在工作時(shí)，高發(fā)熱量是不可避免的。具有裸露焊盤封裝是一種耐熱增強(qiáng)型標(biāo)準(zhǔn)尺寸IC封裝，其優(yōu)點(diǎn)是除了使用笨重的散熱片外，從標(biāo)準(zhǔn)的PCB布局及焊接流程之中也可實(shí)現(xiàn)散熱的功能。

裸露焊盤一般暴露在封裝底部。這在芯片和芯片之間提供了極低的熱阻(θJC)路徑。如下圖1所示，是其中一種裸露焊盤的設(shè)計(jì)。

圖1，裸露焊盤芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，部份聲稱“零件過熱”的不良零件個(gè)案，最后發(fā)現(xiàn)并非線路的設(shè)計(jì)問題，反而是裸露焊盤焊接方面的不善導(dǎo)致散熱不良。

以下有一些小貼士，有助于工程師在PCB布局及焊接層面上也同時(shí)能夠照顧芯片的散熱。

小貼士1：留意廠商建議使用“SolderMask定義（SolderMask Defined，SMD）”還是“非SolderMask定義（Non-SolderMask Defined，NSMD）”焊接方法。

兩種定義的焊接方法各有特點(diǎn)，如下圖2所示：

圖2，“非SolderMask定義”與“SolderMask定義”焊接方法的比較

兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)：“SolderMask定義”下，soldermask會(huì)覆蓋部份焊盤，以減少零件接觸后焊膏被擠壓后與旁邊焊盤短路風(fēng)險(xiǎn)；“非SolderMask定義”中開孔較大，焊膏全覆蓋PCB焊盤且應(yīng)力集中程度較低。

根據(jù)與工程師的分享，在使用“非SolderMask定義”時(shí)會(huì)有一定問題，由于他們擔(dān)心在沒有SolderMask下放了過多的焊膏而造成短路，反而導(dǎo)致焊膏不足，散熱不良。使用焊接模板能協(xié)助工程師更有效及精準(zhǔn)在PCB焊盤上放上焊膏，市場上也提供多種封裝尺寸的焊接模板可選擇。

小貼士2：設(shè)計(jì)焊盤的大小須符合數(shù)據(jù)手冊上的要求

基本上，工程師要了解PCB焊盤需要符合數(shù)據(jù)手冊上要求的尺寸。但同時(shí)，如果PCB板布局容許，設(shè)計(jì)較大的PCB焊盤表面面積也能夠幫助增加芯片的散熱性能。圖3是其中一個(gè)例子，生產(chǎn)商建議增大銅面積，以加強(qiáng)裸露焊盤的散熱效益。

圖3，銅面積大于裸露焊盤面積的例子

小貼士3：善用散熱過孔(ThermalVias)

從裸露焊盤的焊盤區(qū)域到PCB的另一側(cè)添加散熱過孔，可以有效地散熱。當(dāng)中的散熱過孔應(yīng)用可設(shè)計(jì)于PCB散熱焊盤內(nèi)或焊盤外（即是在銅面上，不掏上焊膏）。圖4中的例子中生產(chǎn)商建議散熱過孔布設(shè)在焊盤外。

圖4，生產(chǎn)商建議散熱過孔布設(shè)在焊盤外的例子

溫馨提示

如使用焊盤內(nèi)散熱過孔，焊接的方式也要有相應(yīng)的配合，以防止焊膏意外流入孔內(nèi)，阻塞通氣，這樣就達(dá)不到散熱效果。工程師可考慮可剝離 (peelable) 或可清洗(washable) solder mask，以保護(hù)無零部份焊接區(qū)域，包括“外露銅面積”及“焊盤外散熱過孔”，在峰波焊接 (wave soldering) 或組裝后PCB板涂層工藝過程中，防止過孔被堵塞或過熱。

結(jié)語

除了外加散熱片外，具有裸露焊盤封裝的芯片設(shè)計(jì)可給工程師多一種散熱渠道，增加產(chǎn)品設(shè)計(jì)的靈活性。但需使用適合的焊接技巧方法，否則就無法利用裸露焊盤發(fā)揮應(yīng)有的散熱效果。

以下是一些實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：

1.留意生產(chǎn)商建議使用“Solder Mask定義”或“非Solder Mask定義”焊接方法。在使用“非Solder Mask定義”時(shí)， 工程師可考慮使用焊接模板已便更有效及精準(zhǔn)地涂上焊膏;

2.如PCB布局容許，PCB焊盤可比實(shí)物面積大。如PCB太緊湊，謹(jǐn)記至少要符合數(shù)據(jù)手冊上的焊盤要求;

3.可應(yīng)用焊盤內(nèi)或焊盤外散熱過孔。使用焊盤內(nèi)散熱過孔，工程師可考慮使用可剝離 (peelable) 或可清洗(washable) solder mask，以保護(hù)“外露銅面積”及“焊盤外散熱過孔”在峰波焊接 (wave soldering) 或組裝后PCB板涂層工藝過程中，防止過孔被堵塞或過熱。