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IC封装对EMI性能的影响

来源: 21ic
2021-11-25
类别:基础知识
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文章创建人 拍明芯城

原标题:IC封装对EMI性能的影响

  1.前言

  开关电源中电磁干扰 (EMI) 的起源可以追溯到功率金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 开关过程中产生的瞬态电压 (dv/dt) 和电流 (di/dt)。 ) 设备。随着对更大功率和更高开关频率的需求不断增长,在设备性能和满足监管要求方面解决 EMI 变得越来越具有挑战性。开关电源产生的电磁干扰(EMI),按耦合通道来分,可分为传导干扰和辐射干扰;按噪声干扰源种类来分可分为尖峰干扰和谐波干扰。开关电源在工作过程中所产生的浪涌电流和尖峰电压就形成了干扰源,工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换以及输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。在本文中,我将概述用于电力电子设备的最广泛使用的封装类型及其对 EMI 的影响。

  当今电力电子产品中使用了三种常见的封装类型:

  · 薄收缩小外形封装 (TSSOP)。

  · 四方扁平无引线 (QFN)。

  · 引脚倒装芯片 (FCOL QFN) 或 TI HotRod™ 封装。

  2.TSSOP封装

  图 1 是 TSSOP 和此类封装设计中的主要构建块的横截面。如我们所见,集成电路 (IC) 安装在引线框架上(主要使用某种类型的环氧树脂),引脚从塑料外壳中伸出,从而实现 IC 与印刷电路板 (PCB) 的连接。芯片使用金线、铝线或铜线连接到引线框架。从这个横截面可以看出,IC与PCB上某个点的连接由IC芯片(及其相应的寄生元件)组成;IC与引线框之间的引线键合连接;最后,IC 封装和 PCB 之间的引线物理连接。连接路径中的所有这些组件都有助于形成更高的电阻路径,以及增加的寄生电感。

  

IC封装对EMI性能的影响


  图 1:TSSOP 封装横截面

  问题是,所有这些 TSSOP 特性如何影响器件的 EMI 性能?增加的寄生电感将导致开关节点上更大的过冲。然而,封装寄生元件只是整体情况的一部分;电路板布局也起着非常重要的作用。

  图 2 是示波器屏幕截图,显示了 TSSOP 中 DC/DC 转换器上的开关节点波形。开关节点上增加的振铃将对产生的 EMI 性能产生直接影响,使得满足所需的 EMI 法规遵从性(例如,Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques [CISPR] 25 类 5 要求)更具挑战性。观察到的振铃频率在 150MHz-250MHz 范围内。

  

IC封装对EMI性能的影响


  图 2:TSSOP 封装的开关节点波形

  3.QFN封装

  QFN 封装的内部结构与 TSSOP 非常相似。图 3 显示了该封装的简化横截面。IC 芯片的有源侧使用引线键合连接到引线框架。QFN 封装没有将器件连接到 PCB 的引脚;它在引线框架上有连接焊盘。这种类型的封装的主要优点是易于组装、良好的热性能以及在封装焊盘之间实现精细间距的能力。

  

IC封装对EMI性能的影响


  图 3:QFN 封装横截面

  没有带引线的外部引脚会降低寄生电感/电阻。当观察开关节点时,这在减少的过冲中是可见的(如图 4 所示)。振铃频率与观察到的引线设备的值明显不同,通常在 200MHz-250MHz 范围内。TI 的LM76002或LM76003等较新的器件采用这种封装制造,图 4 显示了开关节点振铃波形。

  

IC封装对EMI性能的影响


  图 4:QFN 封装的开关节点波形

  4.FCOL QFN(TI 将此封装标记为 HotRod)

  FCOL QFN 封装旨在进一步减少开关节点振铃(作为 EMI 的贡献者之一)。在这种类型的封装中,没有将 IC 连接到引线框架的电线。焊料凸点放置在 IC 芯片上;然后将芯片翻转并连接到引线框架。图 5 是封装横截面。

  

IC封装对EMI性能的影响


  图 5:FCOL QFN 封装横截面

  从开关节点振铃的角度来看,由此产生的性能得到了显着改善,因为没有将 IC 连接到引线框架和 PCB 的电线。IC 与外部世界之间的连接更短且直接。毫不奇怪,当观察开关节点波形时(在与 TSSOP 和 QFN 相同的条件下),开关节点振铃显着减少(几乎完全没有)。图 6 显示了LM53635器件上的开关节点振铃。

  

IC封装对EMI性能的影响


  图 6:FCOL QFN 封装的开关节点波形

  根据我们所需的性能和应用限制,我们应该仔细考虑封装类型这一重要的选择标准。新一代器件在开关节点振铃方面的性能显着提高。


责任编辑:David

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