基于熱性能的NIS(V)3071 PCB設計考慮因素

單片電子保險絲（eFuse）NIS(V)3071能夠提供高達10 A 連續(xù)電流，在設計它的PCB時熱性能是重要的考量因素，在設計PCB熱特性時，需要考慮eFuse的兩種工作模式：軟開關開通階段和穩(wěn)定工作狀態(tài)。在軟開關開通階段，eFuse的短期功率耗散可達幾十瓦，而穩(wěn)定工作狀態(tài)時則可能為幾瓦。本文將通過比較四層和兩層PCB，說明使用多層PCB為器件散熱帶來的性能優(yōu)勢。

圖1 顯示的是兩層PCB，圖2 顯示的是面積同樣為2000 平方毫米的四層PCB。

以下對兩種PCB在相同條件下的熱參數(shù)進行比較。FAULT引腳上ESD結(jié)構的線性溫度曲線用于測量結(jié)溫。該器件在輸入電壓Vin = 12 V且無負載的情況下驅(qū)動芯片，在此電壓下，以1mA的電流對兩個測試板上的ESD結(jié)構進行溫度特性分析，并使用Temptronic X-Stream 4300對溫度進行掃描。此溫度特性分析的電路原理圖如圖3所示：溫度特性測試配置。

在30°C 至150°C 的溫度范圍內(nèi)，ESD結(jié)構的兩塊測試板上的電壓如圖4 所示：熱性能分析。

在供電電壓Vin = 12 V的情況下，設定所有四個并聯(lián)通道的輸出電流，使兩塊測試eFuse PCB上的功耗都正好為1 W。

表1 顯示了在相同電流（1 mA）下，兩塊被測PCB上FAULT 引腳基于ESD 結(jié)構的電壓。根據(jù)這些電壓，按照圖4 所示公式可計算出每塊電路板上的結(jié)溫。測量是在環(huán)境溫度為Ta = 23°C的自然空氣對流條件下進行的。兩層和四層PCB的結(jié)至環(huán)境熱阻（Rthja）值由下式給出。

Rthja = (Tj ? Ta)/Pd [°C/W]

圖5.熱像儀顯示了作為對比的兩個PCB的溫度分布。相比于相同面積的兩層PCB，四層PCB具有低12°C/W的熱阻。結(jié)溫Tj也可以通過Rdson的變化來計算，但在大約6A的輸出電流下，自熱效應使得這種相關性的表征變得復雜，并且Rdson隨溫度以及輸出電流的變化并非線性。

附錄中是上述兩種PCB的完整說明和堆疊圖。

焊接NIV3071 器件時，我們建議遵循IPC-7527標準和焊接指南。在某些需要剛性多層PCB的應用中，建議使用高可靠性焊膏。高可靠性焊膏將有助于確保焊點在板級可靠性溫度循環(huán)測試期間的機械完整性。

附錄

圖6. 雙層PCB設計

圖7. 四層PCB設計

文章來源：安森美