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基于熱性能的NIS(V)3071 PCB設(shè)計(jì)考慮因素

07/18 11:40
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單片電子保險(xiǎn)絲(eFuse)NIS(V)3071能夠提供高達(dá)10 A 連續(xù)電流,在設(shè)計(jì)它的PCB時(shí)熱性能是重要的考量因素,在設(shè)計(jì)PCB熱特性時(shí),需要考慮eFuse的兩種工作模式:軟開關(guān)開通階段和穩(wěn)定工作狀態(tài)。在軟開關(guān)開通階段,eFuse的短期功率耗散可達(dá)幾十瓦,而穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)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(shì)。

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。

#圖1. 雙層PCB

#圖2. 四層PCB

以下對(duì)兩種PCB在相同條件下的熱參數(shù)進(jìn)行比較。FAULT引腳ESD結(jié)構(gòu)的線性溫度曲線用于測(cè)量結(jié)溫。該器件在輸入電壓Vin = 12 V且無負(fù)載的情況下驅(qū)動(dòng)芯片,在此電壓下,以1mA的電流對(duì)兩個(gè)測(cè)試板上的ESD結(jié)構(gòu)進(jìn)行溫度特性分析,并使用Temptronic X-Stream 4300對(duì)溫度進(jìn)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(cè)試配置。

圖3. 溫度特性測(cè)試配置

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

圖4. 熱性能分析

在供電電壓Vin = 12 V的情況下,設(shè)定所有四個(gè)并聯(lián)通道的輸出電流,使兩塊測(cè)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(cè)PCB上FAULT 引腳基于ESD 結(jié)構(gòu)的電壓。根據(jù)這些電壓,按照?qǐng)D4 所示公式可計(jì)算出每塊電路板上的結(jié)溫。測(cè)量是在環(huán)境溫度為Ta = 23°C的自然空氣對(duì)流條件下進(jìn)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]

表1:

圖5.熱像儀顯示了作為對(duì)比的兩個(gè)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(jì)算,但在大約6A的輸出電流下,自熱效應(yīng)使得這種相關(guān)性的表征變得復(fù)雜,并且Rdson隨溫度以及輸出電流的變化并非線性。

圖5. 熱像儀

附錄中是上述兩種PCB的完整說明和堆疊圖。

焊接指南

焊接NIV3071 器件時(shí),我們建議遵循IPC-7527標(biāo)準(zhǔn)和焊接指南。在某些需要?jiǎng)傂远鄬覲CB的應(yīng)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(diǎn)在板級(jí)可靠性溫度循環(huán)測(cè)試期間的機(jī)械完整性。

?附錄

雙層PCB設(shè)計(jì)

圖6. 雙層PCB設(shè)計(jì)

四層PCB設(shè)計(jì)

圖7. 四層PCB設(shè)計(jì)

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安森美

安森美

歷史安森美半導(dǎo)體前身是摩托羅拉集團(tuán)的半導(dǎo)體元件部門,于1999年獨(dú)立上市,繼續(xù)生產(chǎn)摩托羅拉的分立晶體管,標(biāo)準(zhǔn)模擬和標(biāo)準(zhǔn)邏輯等器件。并購紀(jì)錄2000年四月,完成收購Cherry Semiconductor。2006年,完成收購位于美國(guó)俄勒岡州Gresham的LSI Logic設(shè)計(jì)和制造設(shè)施。2008年一月,以184M美元完成收購美國(guó)模擬器件公司的穩(wěn)壓及熱管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部門。2008年三月,以915M美元完成收購AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收購Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收購PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收購California Micro Devices。2010年六月,完成收購Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收購日本三洋電機(jī)的子公司三洋半導(dǎo)體(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收購賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)的CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部門。2014年五月,完成收購Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半導(dǎo)體和富士通半導(dǎo)體宣布戰(zhàn)略合作(包括晶圓代工服務(wù)協(xié)議,及日本會(huì)津若松市富士通的8吋晶圓廠的10%權(quán)益。)2014年八月,以4億美元完成收購總部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半導(dǎo)體完成收購Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥資24億美元現(xiàn)金收購飛兆半導(dǎo)體公司。2016年八月,安森美半導(dǎo)體宣布已就出售點(diǎn)火IGBT業(yè)務(wù)給 Littelfuse 達(dá)成協(xié)議,出售其瞬態(tài)電壓抑制二極管和開關(guān)型晶閘管產(chǎn)品線,售價(jià)共1.04億美元現(xiàn)金。2016年九月,安森美半導(dǎo)體完成收購飛兆半導(dǎo)體公司。產(chǎn)品安森美半導(dǎo)體制造以下的各種產(chǎn)品:定制:ASIC;定制代工服務(wù);定制ULP存儲(chǔ)器;定制CMOS圖像傳感器;集成無源器件分立:雙極晶體管;二極管和整流器;IGBT和FET;晶閘管;可調(diào)諧組件電源管理:AC-DC控制器和穩(wěn)壓器;DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器;熱管理;驅(qū)動(dòng)器;電壓和電流管理邏輯:時(shí)鐘產(chǎn)生;時(shí)鐘及數(shù)據(jù)分配;存儲(chǔ)器;微控制器;標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號(hào)管理:放大器和比較器;模擬開關(guān);音頻/視頻的ASSP;數(shù)字電位計(jì);EMI/RFI濾波器;接口;光電、圖像及觸摸傳感器產(chǎn)品部安森美半導(dǎo)體的各個(gè)產(chǎn)品部門:模擬方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高騰博),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理圖像傳感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理電源方案部(PSG) – Bill Hall(賀彥彬),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理解決方案工程中心日本:大阪; 東京中國(guó):上海德國(guó):慕尼黑中國(guó)臺(tái)灣:臺(tái)北美國(guó):加州圣荷西; 俄勒岡州波特蘭; 底特律韓國(guó):首爾設(shè)計(jì)中心美國(guó):亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)、亞利桑那州錢德勒(Chandler)、得州奧斯汀(Austin)、得州普萊諾(Plano)、羅德島州東格林尼治(East Greenwich)、科羅拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、愛達(dá)荷州波卡特洛(Pocatello)、賓夕法尼亞州Lower Gwynedd、猶他州林頓(Lindon)、愛達(dá)荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯靈頓(Burlington), 滑鐵盧(Waterloo)比利時(shí):梅赫倫(Mechelen),奧德納爾德(Oudenaarde),菲爾福爾德(Vilvoorde)法國(guó):圖盧茲(Toulouse)德國(guó):慕尼黑羅馬尼亞:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉發(fā)(Bratislava)愛爾蘭:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布爾諾(Brno)韓國(guó):首爾中國(guó)臺(tái)灣:臺(tái)北印度:班加羅爾(Bangalore),諾伊達(dá)(Noida)日本:岐阜市,群馬菲律賓:德拉克市(Tarlac City)制造工廠美國(guó):亞利桑那州鳳凰城、亞利桑那州錢德勒、俄勒岡州Gresham、愛達(dá)荷州波卡特洛、愛達(dá)荷州楠帕、緬因州南波特蘭加拿大:伯靈頓 (安大略省)比利時(shí):奧德納爾德捷克:Roznov中國(guó):樂山、深圳、蘇州日本:群馬縣、埼玉縣羽生市、新潟縣新潟市韓國(guó):富川菲律賓:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿霧市馬來西亞:森美蘭州芙蓉市越南:邊和市、順安市社

歷史安森美半導(dǎo)體前身是摩托羅拉集團(tuán)的半導(dǎo)體元件部門,于1999年獨(dú)立上市,繼續(xù)生產(chǎn)摩托羅拉的分立晶體管,標(biāo)準(zhǔn)模擬和標(biāo)準(zhǔn)邏輯等器件。并購紀(jì)錄2000年四月,完成收購Cherry Semiconductor。2006年,完成收購位于美國(guó)俄勒岡州Gresham的LSI Logic設(shè)計(jì)和制造設(shè)施。2008年一月,以184M美元完成收購美國(guó)模擬器件公司的穩(wěn)壓及熱管理(Voltage Regulation and Thermal Management)部門。2008年三月,以915M美元完成收購AMI Semiconductor。2008年十月,以115M美元完成收購Catalyst Semiconductor。2009年十一月,以17M美元完成收購PulseCore Semiconductor。2010年一月,以115M美元完成收購California Micro Devices。2010年六月,完成收購Sound Design Technologies, Ltd。2011年一月,完成收購日本三洋電機(jī)的子公司三洋半導(dǎo)體(SANYO Semiconductor)。2011年二月,以$31.4M美元完成收購賽普拉斯半導(dǎo)體(Cypress Semiconductor)的CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部門。2014年五月,完成收購Truesense Imaging, Inc。2014年七月,安森美半導(dǎo)體和富士通半導(dǎo)體宣布戰(zhàn)略合作(包括晶圓代工服務(wù)協(xié)議,及日本會(huì)津若松市富士通的8吋晶圓廠的10%權(quán)益。)2014年八月,以4億美元完成收購總部位于加州的Aptina Imaging Corp。2015年七月,安森美半導(dǎo)體完成收購Axsem AG。2015年11月18日,以每股20美元,斥資24億美元現(xiàn)金收購飛兆半導(dǎo)體公司。2016年八月,安森美半導(dǎo)體宣布已就出售點(diǎn)火IGBT業(yè)務(wù)給 Littelfuse 達(dá)成協(xié)議,出售其瞬態(tài)電壓抑制二極管和開關(guān)型晶閘管產(chǎn)品線,售價(jià)共1.04億美元現(xiàn)金。2016年九月,安森美半導(dǎo)體完成收購飛兆半導(dǎo)體公司。產(chǎn)品安森美半導(dǎo)體制造以下的各種產(chǎn)品:定制:ASIC;定制代工服務(wù);定制ULP存儲(chǔ)器;定制CMOS圖像傳感器;集成無源器件分立:雙極晶體管;二極管和整流器;IGBT和FET;晶閘管;可調(diào)諧組件電源管理:AC-DC控制器和穩(wěn)壓器;DC-DC控制器、轉(zhuǎn)換器和穩(wěn)壓器;熱管理;驅(qū)動(dòng)器;電壓和電流管理邏輯:時(shí)鐘產(chǎn)生;時(shí)鐘及數(shù)據(jù)分配;存儲(chǔ)器;微控制器;標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號(hào)管理:放大器和比較器;模擬開關(guān);音頻/視頻的ASSP;數(shù)字電位計(jì);EMI/RFI濾波器;接口;光電、圖像及觸摸傳感器產(chǎn)品部安森美半導(dǎo)體的各個(gè)產(chǎn)品部門:模擬方案部(ASG) - Bob Klosterboer(高騰博),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理圖像傳感器部(ISG) – Taner Ozcelik,高級(jí)副總裁兼總經(jīng)理電源方案部(PSG) – Bill Hall(賀彥彬),執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理解決方案工程中心日本:大阪; 東京中國(guó):上海德國(guó):慕尼黑中國(guó)臺(tái)灣:臺(tái)北美國(guó):加州圣荷西; 俄勒岡州波特蘭; 底特律韓國(guó):首爾設(shè)計(jì)中心美國(guó):亞利桑那州鳳凰城(Phoenix)、亞利桑那州錢德勒(Chandler)、得州奧斯?。ˋustin)、得州普萊諾(Plano)、羅德島州東格林尼治(East Greenwich)、科羅拉多州Longmont、加州圣克拉拉(Santa Clara)、愛達(dá)荷州波卡特洛(Pocatello)、賓夕法尼亞州Lower Gwynedd、猶他州林頓(Lindon)、愛達(dá)荷州楠帕(Nampa)加拿大:伯靈頓(Burlington), 滑鐵盧(Waterloo)比利時(shí):梅赫倫(Mechelen),奧德納爾德(Oudenaarde),菲爾福爾德(Vilvoorde)法國(guó):圖盧茲(Toulouse)德國(guó):慕尼黑羅馬尼亞:布加勒斯特(Bucharest)斯洛伐克:布拉迪斯拉發(fā)(Bratislava)愛爾蘭:利默里克(Limerick)瑞士:Marin捷克:Roznov,布爾諾(Brno)韓國(guó):首爾中國(guó)臺(tái)灣:臺(tái)北印度:班加羅爾(Bangalore),諾伊達(dá)(Noida)日本:岐阜市,群馬菲律賓:德拉克市(Tarlac City)制造工廠美國(guó):亞利桑那州鳳凰城、亞利桑那州錢德勒、俄勒岡州Gresham、愛達(dá)荷州波卡特洛、愛達(dá)荷州楠帕、緬因州南波特蘭加拿大:伯靈頓 (安大略省)比利時(shí):奧德納爾德捷克:Roznov中國(guó):樂山、深圳、蘇州日本:群馬縣、埼玉縣羽生市、新潟縣新潟市韓國(guó):富川菲律賓:Carmona, Cavite、Tarlac City、宿霧市馬來西亞:森美蘭州芙蓉市越南:邊和市、順安市社收起

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