在電子設備的設計中，電機驅動 PCB 布局至關重要。電機驅動 IC 在傳遞大量電流的同時會耗散大量電能，這些能量通常會耗散到印刷電路板（PCB）的鋪銅區(qū)域。為保證 PCB 充分冷卻，需要依靠特殊的 PCB 設計技術。本文將為您提供一些電機驅動 IC 的 PCB 設計一般性建議。

大面積鋪銅的運用

銅是一種極好的導熱體，而 PCB 的基板材料（FR - 4 玻璃環(huán)氧樹脂）是不良導熱體。從熱管理角度看，PCB 的鋪銅區(qū)域越多，導熱越理想。例如，2 盎司（68 微米厚）的厚銅板比薄銅板導熱效果更好，但厚銅價格昂貴且難以實現(xiàn)精細幾何形狀，所以通常選用 1 盎司（34 微米厚）的銅板，外層板常使用 1/2 盎司鍍銅，厚度可達 1 盎司。

多層板中的內(nèi)層板常采用實心銅板以便更好地散熱，但由于其平面層通常位于電路板堆疊的中心位置，熱量可能會被鎖在電路板內(nèi)部。此時，可以在 PCB 的外層板上添加鋪銅區(qū)域，并使用過孔連接到內(nèi)層板，將熱量傳遞出來。雙層 PCB 中存在走線和元器件，散熱更加困難，所以電機驅動 IC 應使用盡可能多的實心銅板和利于散熱的過孔，將銅澆鑄在外層板的兩邊，用 過孔連接，可將熱量分散到不同區(qū)域。

寬走線的設計

由于流經(jīng)電機驅動 IC 的電流很大（有時超過 10A），接入芯片的 PCB 走線寬度需仔細考慮。走線越寬電阻越小，必須調整好走線寬度，以保證走線中的電阻不會產(chǎn)生過多能量耗散導致溫度升高，太細的走線易被燒斷。

設計師通常采用 IPC - 2221 標準計算合適的走線粗細。該規(guī)范圖表顯示了不同電流水平的銅橫截面積和允許的溫升，可根據(jù)給定銅層厚度換算出走線寬度。例如，1 盎司厚度的銅層中負載 10A 電流需要 7mm 寬的走線實現(xiàn) 10°C 的溫升，1A 電流僅需 0.3mm 的走線。不過，IPC - 2221 標準是針對恒定寬度的長 PCB 走線，若走線連接到較大的走線或鋪銅區(qū)，短而窄的 PCB 走線電阻小，產(chǎn)生的熱量會被吸入更寬的鋪銅區(qū)域。

熱過孔的使用

過孔用于將信號走線從一層傳遞到另一層，熱過孔則用于傳遞熱量。為降低熱阻、提高散熱效率，過孔應設計大一點，孔內(nèi)覆銅面積越大越好。但在散熱焊盤內(nèi)部放置過孔時，大過孔會導致 “滲錫”，影響焊點質量。

減少 “滲錫” 的方法有：使用小過孔，但過孔越小熱阻越高，需更多小過孔達到相同散熱性能；“覆蓋” 電路板背面的過孔，去除背板上阻焊層的開口，但會導致助焊劑滯留，不過現(xiàn)代免清洗助焊劑工藝大多無腐蝕性，不會引起問題。此外，散熱孔必須直接連接至鋪銅區(qū)域才能發(fā)揮散熱作用。

焊接散熱焊盤

TSSOP 和 QFN 封裝中，芯片底部的大片散熱焊盤用于器件散熱，必須將其良好焊接到 PCB 上才能耗散功率。IC 規(guī)格書不一定指定焊盤焊膏的開口，SMT 制程工程師通常有自己的規(guī)則。

若使用和焊盤大小一樣的開口，需更多焊料，焊料熔化時張力會使器件表面鼓起，還會引起焊料空洞。為解決這些問題，對于面積大于約 2mm2 的焊盤，焊膏通常沉積在幾個小的正方形或圓形區(qū)域中，使助焊劑的揮發(fā)性物質更容易揮發(fā)，避免焊料析出。

元件貼裝

電機驅動 IC 的元件貼裝指南與其他電源 IC 相同。旁路電容應盡可能靠近器件電源引腳放置，旁邊需放置大容量電容。許多電機驅動 IC 使用的自舉電容或充電泵電容也應放在 IC 附近。

不同封裝的布局建議

• 引線封裝布局：標準的引線封裝（如 SOIC 和 SOT - 23 封裝）常用于低功率電機驅動器。MPS 公司采用 “倒裝芯片引線框架” 結構，通過銅凸點和焊料將芯片粘接至金屬引線，可通過引線將熱量從芯片傳導至 PCB。通過將較大的銅區(qū)域連接至承載較大電流的引線，可優(yōu)化熱性能。
  

  
  

• QFN 和 TSSOP 封裝：TSSOP 封裝為長方形，底部有較大外露板用于散熱；QFN 封裝為無引線封裝，外緣和底部中央有板用于吸收熱量。為排除這些封裝中的熱量，外露板必須良好焊接并接入 PCB 接地層。通常使用小鉆孔直徑的熱通孔，若 SMT 工藝要求更小孔徑，需增加孔數(shù)以保持較低整體熱阻。
  

  
  

• 倒裝芯片 QFN 封裝：倒裝芯片 QFN (FCQFN) 封裝芯片倒裝連接至器件底部的板，板通常以長條狀布置。小通孔可置于板區(qū)域內(nèi)，在多層板上可直接連接各層，其他情況下銅區(qū)域需直接連接至板以吸入熱量。