僅根據(jù)數(shù)據(jù)表中的內(nèi)容為您的設(shè)計選擇IC是不夠的。您將需要選擇正確的包裝，并注意最終系統(tǒng)的制造和組裝需求。以下是出色的教程，著重強調(diào)了總體架構(gòu)設(shè)計考慮因素中的這一重要部分。

—史蒂夫·塔拉諾維奇（Steve Taranovich）

新穎的DC / DC電源管理集成電路（IC）封裝技術(shù)[1]不僅可以改善電源電路的噪聲和發(fā)射性能[2]，而且可以提高可靠性并延長產(chǎn)品壽命，這在高性能汽車設(shè)備系統(tǒng)中尤為重要。無論是單獨使用還是一起使用，幾個IC封裝屬性[6-10]都可以提高可靠性，包括引腳排列，可潤濕的側(cè)面引腳，引腳間隙和板級可靠性。在本文中，我將特別關(guān)注可靠性和引腳排列。

圖1給出了汽車混合動力集群應(yīng)用[3-5]的系統(tǒng)框圖，其中電池外配電網(wǎng)絡(luò)以紅色突出顯示。考慮到支持復(fù)雜且可重新配置的內(nèi)容（包括來自各種來源的媒體選擇，3D導(dǎo)航，駕駛員監(jiān)視系統(tǒng)，前后視攝像頭以及來自信息娛樂主機的內(nèi)容）的授權(quán)，這些系統(tǒng)的負載電流要求趨于更高。與眾多高清顯示器無縫融合。考慮到安全性的重要性，在這種汽車環(huán)境中，可靠性至為重要，尤其是在向自動駕駛系統(tǒng)迅速演進的背景下。

圖1具有信息圖形支持的基于微控制器的混合集群的系統(tǒng)框圖

圖2顯示了雙輸出降壓穩(wěn)壓器[11]的原理圖，其采用了德州儀器（TI）LM5143-Q1，這是一種汽車級寬VIN降壓控制器，用于電池外電源子系統(tǒng)，以將電池電壓轉(zhuǎn)換為集群使用的各種電壓域。

圖2雙路輸出同步降壓控制器和功率級原理圖

降壓調(diào)節(jié)器輸出提供3.3V和5V中壓軌，為集群電源子系統(tǒng)中的其他下游電源供電。電池外的汽車環(huán)境尤其具有挑戰(zhàn)性，其瞬態(tài)電壓嚴(yán)重，工作溫度波動較大。

IC引腳定義和布置

通常，電源管理IC引腳分配的目標(biāo)是避免高阻抗信號引腳靠近高壓電源引腳，以高頻率和高轉(zhuǎn)換速率電壓（dv / dt）進行開關(guān)。實現(xiàn)這一目標(biāo)不僅可以減少噪聲耦合，還可以減少由殘留焊劑引起的寄生電阻和電容路徑的影響，以及印刷電路板（PCB）制造過程中產(chǎn)生的污染物。在高環(huán)境溫度和高濕度的工作條件下，與PCB污染物有關(guān)的問題可能更明顯。

通過仔細的引腳分配，在高壓電源引腳和低壓精密模擬信號引腳之間建立明顯的分隔對于高壓汽車應(yīng)用尤為重要。例如，在瞬態(tài)負載突降事件中，12V汽車電池供電軌產(chǎn)生的電壓偏差超過40V。

如圖3所示，該控制器具有針對每個降壓調(diào)節(jié)器通道的對稱引腳結(jié)構(gòu)。與功率MOSFET柵極驅(qū)動器（LO1 / 2，HO1 / 2）相關(guān)的引腳位于封裝的一側(cè)，靠近MOSFET的放置位置。這些柵極驅(qū)動器引腳與負責(zé)控制和補償?shù)男⌒盘?a href="http://www.nxhydt.com/analog/" target="_blank">模擬引腳（SS1 / 2，F(xiàn)B1 / 2，COMP1 / 2，CS1 / 2）在物理上隔離。電源引腳組被相鄰的具有數(shù)字功能（PG1 / 2）或施加了直流電壓（VIN，VCCX）的引腳與關(guān)鍵信號引腳隔離。

圖3雙通道降壓控制器引腳排列圖

特別是，高壓開關(guān)節(jié)點（SW1 / 2）和高側(cè)柵極驅(qū)動器電源自舉（HB1 / 2）引腳的位置減輕了耦合到相鄰敏感節(jié)點的可能性，無法以高壓擺率和高頻進行開關(guān)。每個通道的專用柵極驅(qū)動器電源（VCC）和接地（PGND）引腳減少了通道串?dāng)_和干擾的可能性，從而最大限度地提高了魯棒性和可靠性，特別是當(dāng)兩個通道異相交錯180度時，在占空比為50％的情況下尤其如此。

可潤濕的后齒

通過典型的四方扁平無引線（QFN）和小尺寸無引線（SON）封裝組裝操作，單個IC的封裝主體通過鋸切操作被切單，從而為每個終端留有裸露的銅側(cè)壁。這些側(cè)壁的氧化幾乎在暴露于環(huán)境條件時立即發(fā)生。當(dāng)將IC焊接到PCB上時，這些側(cè)壁的焊接不一致，從而限制了光學(xué)或X射線檢查以評估焊接過程的有效性的適用性。

可潤濕的側(cè)面引腳設(shè)計[6-9]解決了無鉛包裝的側(cè)鉛潤濕問題。可潤濕側(cè)翼銷的主要目的是在外部側(cè)翼區(qū)域上提供可焊性的可視指示器。在穩(wěn)固的可濕性切單邊緣的存在下，焊點的穩(wěn)固性也會提高。

在PCB組裝過程中，焊點從焊盤的底側(cè)向上延伸到側(cè)壁，從而在IC引腳和PCB焊盤之間形成了增強的腳趾圓角（在參考文獻12的圖1中可以看到腳趾圓角的寬度C）。 。組裝后的自動光學(xué)檢查（AOI）可以評估設(shè)備各個側(cè)面上可靠的焊點的存在，從而減少檢查時間和制造成本，并且不需要昂貴的X射線檢查設(shè)備。

圖4顯示了在封裝組裝，模制和固化過程之后通過應(yīng)用部分鋸切操作在銅端子處建立的具有小臺階特征的可潤濕側(cè)面QFN的圖[9]。分割前的最后一步是在裸露的銅端子上鍍上可焊接的錫表面，以利于在回流焊錫連接過程中潤濕焊錫。結(jié)果是IC封裝和PCB之間形成了完整的焊接點，該焊接點滿足了汽車制造商為滿足對高可靠性，安全性和魯棒性的要求而嚴(yán)格的100％AOI要求。

圖4：采用階梯切割工藝的可潤濕側(cè)面QFN封裝的側(cè)視圖（a）和底部（b）。側(cè)面（c）和傾斜（d）的可潤濕側(cè)面焊針的側(cè)面圖，其光學(xué)檢查可靠，焊接點[7]

對于更大的QFN封裝，其引腳數(shù)量更多或引線框架厚度更大（大于0.2 mm），另一種可濕潤的側(cè)面形成方法是使用帶有空心凹槽的引線框架，從而產(chǎn)生開槽的引腳。在對銅引線框架陣列進行化學(xué)蝕刻或壓印工藝之后，第二化學(xué)蝕刻工藝形成了淺凹的凹陷或“凹痕”，在最終的切單操作中，鍍層保持完整[9]。通常由引線框供應(yīng)商在凹坑上鍍鎳-鈀-金以及底部焊盤。在被蝕刻的凹坑中心的兩個相鄰封裝之間的一點上完成器件的分離。

例如，考慮LM5143-Q1降壓控制器。圖5顯示了該器件的40引腳VQFN封裝圖。細節(jié)A和細節(jié)B的放大圖顯示了引腳上的凹痕，這些凹痕有助于在回流焊之后進行光學(xué)檢查。圖6展示了此開槽引腳功能的側(cè)視圖和仰視圖。

圖6是具有可浸入式側(cè)面引腳的QFN封裝的側(cè)視圖和仰視圖，該引腳采用電鍍的凹痕引線框架設(shè)計。

為了基于對腳趾圓角的檢測正確評估銷的潤濕性，銷的側(cè)面和銷的底部都必須在一個電鍍步驟中沉積相同類型的電鍍。然后，檢測到腳趾圓角可自動確認在針腳下方已發(fā)生潤濕。

創(chuàng)新的DC / DC電源管理IC封裝技術(shù)可以在幫助從事大批量汽車應(yīng)用的設(shè)計工程師滿足對高可靠性，安全性和魯棒性的要求并通過強制性的裝配后光學(xué)檢查方面發(fā)揮重大作用。盡管標(biāo)準(zhǔn)QFN封裝通常不提供可在生產(chǎn)流程中輕松檢查的可焊接引腳，但采用階梯切割或開槽引腳技術(shù)的可濕潤側(cè)面引腳設(shè)計可使焊料形成可靠的腳趾圓角，可通過光學(xué)檢查方便地對其進行評估。此外，通過戰(zhàn)略性地定義IC引腳排列以將電源與敏感模擬部分分開，可為高性能汽車應(yīng)用提供更魯棒和可靠的電池外電源設(shè)計。

Timothy Hegarty是德州儀器（TI）電源產(chǎn)品解決方案部門的系統(tǒng)和應(yīng)用工程師。

參考

• “設(shè)計包裝革命”視頻，德州儀器（Texas Instruments）。
• “DC-DC轉(zhuǎn)換器中EMI的工程師指南，” Timothy Hegarty，how2power.com EMI指南
• 汽車儀表板應(yīng)用，德州儀器（TI）參考設(shè)計。
• “徹底改變汽車駕駛艙”，Cyril Clocher，德州儀器，2017年6月。
• “為汽車顯示屏提供動力，以創(chuàng)造交互式駕駛體驗，” Arthi Krishnamurthy等人，德州儀器，2018年1月。
• “IC封裝特性可提高汽車和通信設(shè)備系統(tǒng)的可靠性，”德州儀器（TI）的蒂莫西·赫加蒂（Timothy Hegarty），2019年2月。
• “借助帶有可潤濕側(cè)面的包裝，使自動光學(xué)檢查變得容易，”戴夫·史努克（David Snook），TI車輪背后博客，2018年1月。
• “先進的自動包裝”，TI培訓(xùn)視頻，2016年5月。
• “可濕面：在高可靠性電子控制單元的批量生產(chǎn)中使用底部端接組件的促成因素”，Udo Welzel等人，Circuit Insight，2018年5月。
• IPC-9592BPCB走線間距計算器，www.smps.us。
• LM5143-Q1-EVM21002.1 MHz雙路輸出同步降壓控制器EVM，德州儀器（TI）。
• 使用AOI驗證IPC符合性，EDN的Malachy Rice博士，2004年11月1日