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采用NV611X系列氮化镓(GaN)进行电源设计热处理及PCB layout 注意事项

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kuner0806
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LV4
初级工程师
  • 2020-3-20 16:32:51
介绍

GaN功率集成电路提供超低电容,优良的开关特性,低RDS(ON),封装在一个小QFN封装里。这些特性使GaN非常适合在高频下工作,并支持高密度电源设计。

为了充分利用GaN的这些优势,必须对GaN功率集成电路的热管理进行合理的设计。这包括PCB板设计以及热处理和散热。

本应用说明包括正确的印刷电路板布局指南和电源示例,以帮助设计师正确设计正确的热管理。为了避免部件温度过高、效率低下、外壳温度过高、部件故障和设计周期过长,必须在设计周期内尽早遵循这些指南。

1.NV611X系列GaN功率器件封装信息


纳微NV611X系列GaN功率集成电路采用5x6毫米QFN封装。如下图所示,集成电路引脚包括漏极片(D)、源极片(S)和4个控制引脚。控制管脚管理栅极驱动电源和GaN功率器件的开/关控制,并且外部功率转换电路的开关电流在每个打开时间段内从漏极板流向源极板。集成电路内部安装在电源板上,然后用塑料模塑化合物模塑。所有暴露在外的封装垫和封装底部的引脚都焊接在PCB上。由于集成电路直接安装在源焊盘上,所以来自GaN集成电路的热量必须通过GaN集成电路的底部、源焊盘和焊料排出到PCB板。然后使用热通孔将热量传递到PCB的另一侧,然后在那里进行冷却。




图一 GaN NV611X 系列 封装信息及PCB贴片剖面图


PCB 设计指南


在设计GaN功率集成电路的PCB版图时,为了达到可接受的器件温度,必须遵循一些指导原则。必须使用热通孔将热量从顶层IC源焊盘传导到底层,并使用大面积铜进行PCB散热。以下布局步骤和说明说明说明了最佳布局实践,以实现最佳的IC热性能。

1) 将GaN IC 5x6 mm PQFN封装在PCB顶层。

2) 在顶层(CVCC,CVDD、RDD、DZ)。将SMD部件尽可能靠近IC引脚!

3) 布置SMD部件、控制、走线和电源板的连接都在顶层。

4) 在两侧的顶层放置大的铜区域,并连接到源焊盘。

5) 将热通孔放置在源焊盘内部和源焊盘的两侧。

6) 在所有其他层(底部、中部1、中部2)上放置大的铜区域。

(a)放置顶层元器件 (b) 顶层走线,源级走线敷铜
(c)源级增加过孔(d) 底层走线,源级底层敷铜


PCB布局示例(单低压侧开关配置)

下面的示例显示了在实际电源PCB设计上实现的正确布局实践。组件和跟踪都在顶层。底部和中间层仅用于铜区域和热通孔。

笑看风云
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助理工程师
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