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定工作狀態。在軟開關開通階段，eFuse的短期功率耗散可達幾十瓦，而穩定工作狀態時則可能為幾瓦。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進行比較。FAULT引腳上ESD結構的線性溫度曲線用于測量結溫。該器件在輸入電壓Vin = 12 V且無負載的情況下驅動芯片，在此電壓下，以1mA的電流對兩個測試板上的ESD結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，ESD結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 結構的電壓。根據這些電壓，按照圖4 所示公式可計算出每塊電路板上的結溫。測量是在環境溫度為Ta = 23°C的自然空氣對流條件下進行的。兩層和四層PCB的結至環境熱阻（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