IC封裝對EMI性能的影響

1.前言

開關(guān)電源中電磁干擾 (EMI) 的起源可以追溯到功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 開關(guān)過程中產(chǎn)生的瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 和電流 (di/dt)。 ） 設(shè)備。隨著對更大功率和更高開關(guān)頻率的需求不斷增長，在設(shè)備性能和滿足監(jiān)管要求方面解決 EMI 變得越來越具有挑戰(zhàn)性。開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾（EMI），按耦合通道來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾;按噪聲干擾源種類來分可分為尖峰干擾和諧波干擾。開關(guān)電源在工作過程中所產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓就形成了干擾源，工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關(guān)管高頻工作時的電壓切換以及輸出整流二極管的反向恢復(fù)電流都是這類干擾源。在本文中，我將概述用于電力電子設(shè)備的最廣泛使用的封裝類型及其對 EMI 的影響。

當(dāng)今電力電子產(chǎn)品中使用了三種常見的封裝類型：

· 薄收縮小外形封裝 (TSSOP)。

· 四方扁平無引線 (QFN)。

· 引腳倒裝芯片 (FCOL QFN) 或 TI HotRod? 封裝。

2.TSSOP封裝

圖 1 是 TSSOP 和此類封裝設(shè)計中的主要構(gòu)建塊的橫截面。如我們所見，集成電路 (IC) 安裝在引線框架上（主要使用某種類型的環(huán)氧樹脂），引腳從塑料外殼中伸出，從而實現(xiàn) IC 與印刷電路板 (PCB) 的連接。芯片使用金線、鋁線或銅線連接到引線框架。從這個橫截面可以看出，IC與PCB上某個點的連接由IC芯片（及其相應(yīng)的寄生元件）組成；IC與引線框之間的引線鍵合連接；最后，IC 封裝和 PCB 之間的引線物理連接。連接路徑中的所有這些組件都有助于形成更高的電阻路徑，以及增加的寄生電感。

圖 1：TSSOP 封裝橫截面

問題是，所有這些 TSSOP 特性如何影響器件的 EMI 性能？增加的寄生電感將導(dǎo)致開關(guān)節(jié)點上更大的過沖。然而，封裝寄生元件只是整體情況的一部分；電路板布局也起著非常重要的作用。

圖 2 是示波器屏幕截圖，顯示了 TSSOP 中 DC/DC 轉(zhuǎn)換器上的開關(guān)節(jié)點波形。開關(guān)節(jié)點上增加的振鈴將對產(chǎn)生的 EMI 性能產(chǎn)生直接影響，使得滿足所需的 EMI 法規(guī)遵從性（例如，Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques [CISPR] 25 類 5 要求）更具挑戰(zhàn)性。觀察到的振鈴頻率在 150MHz-250MHz 范圍內(nèi)。

圖 2：TSSOP 封裝的開關(guān)節(jié)點波形

3.QFN封裝

QFN 封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 TSSOP 非常相似。圖 3 顯示了該封裝的簡化橫截面。IC 芯片的有源側(cè)使用引線鍵合連接到引線框架。QFN 封裝沒有將器件連接到 PCB 的引腳；它在引線框架上有連接焊盤。這種類型的封裝的主要優(yōu)點是易于組裝、良好的熱性能以及在封裝焊盤之間實現(xiàn)精細間距的能力。

圖 3：QFN 封裝橫截面

沒有帶引線的外部引腳會降低寄生電感/電阻。當(dāng)觀察開關(guān)節(jié)點時，這在減少的過沖中是可見的（如圖 4 所示）。振鈴頻率與觀察到的引線設(shè)備的值明顯不同，通常在 200MHz-250MHz 范圍內(nèi)。TI 的LM76002或LM76003等較新的器件采用這種封裝制造，圖 4 顯示了開關(guān)節(jié)點振鈴波形。

圖 4：QFN 封裝的開關(guān)節(jié)點波形

4.FCOL QFN（TI 將此封裝標記為 HotRod）

FCOL QFN 封裝旨在進一步減少開關(guān)節(jié)點振鈴（作為 EMI 的貢獻者之一）。在這種類型的封裝中，沒有將 IC 連接到引線框架的電線。焊料凸點放置在 IC 芯片上；然后將芯片翻轉(zhuǎn)并連接到引線框架。圖 5 是封裝橫截面。

圖 5：FCOL QFN 封裝橫截面

從開關(guān)節(jié)點振鈴的角度來看，由此產(chǎn)生的性能得到了顯著改善，因為沒有將 IC 連接到引線框架和 PCB 的電線。IC 與外部世界之間的連接更短且直接。毫不奇怪，當(dāng)觀察開關(guān)節(jié)點波形時（在與 TSSOP 和 QFN 相同的條件下），開關(guān)節(jié)點振鈴顯著減少（幾乎完全沒有）。圖 6 顯示了LM53635器件上的開關(guān)節(jié)點振鈴。

圖 6：FCOL QFN 封裝的開關(guān)節(jié)點波形

根據(jù)我們所需的性能和應(yīng)用限制，我們應(yīng)該仔細考慮封裝類型這一重要的選擇標準。新一代器件在開關(guān)節(jié)點振鈴方面的性能顯著提高。