一文解析3×3 mm QFN型全集成線性電流傳感器

本應(yīng)用筆記介紹了Allegro用于線性霍爾IC的高級倒裝芯片封裝的創(chuàng)建，該封裝允許開發(fā)3mm x 3mm的微型尺寸，完全集成的電流傳感器器件。內(nèi)部電阻僅為0.6mΩ的ACS711是在真正可以散熱的封裝中生產(chǎn)的。與現(xiàn)有的感測電阻運(yùn)算放大器解決方案相比，該器件可在超過30 A的連續(xù)電流下使用，同時將功耗最小化一個數(shù)量級。

包裝

傳感器IC采用Allegro專利倒裝芯片技術(shù)，如圖1所示，該技術(shù)極大地改善了磁耦合并提供了緊湊的傳感解決方案。電流通過初級導(dǎo)體環(huán)路流入和流出封裝。該電流產(chǎn)生一個磁信號，該信號由霍爾傳感器感應(yīng)，如圖1中的紅色方塊所示，并轉(zhuǎn)換為電壓。電壓取決于電流的方向，因此使用此霍爾效應(yīng)電流傳感器可以實(shí)現(xiàn)交流和直流電流的雙向電流流動。換能器放置在最高磁通密度的區(qū)域，以優(yōu)化磁耦合。Allegro獲得專利的倒裝芯片技術(shù)還允許換能器的有效區(qū)域更靠近導(dǎo)體，

圖1 QFN封裝結(jié)構(gòu)

焊接和熱特性

QFN配置的導(dǎo)體電阻僅為0.6mΩ，比低端檢測配置中使用的大多數(shù)檢測電阻小一個數(shù)量級。這樣可以節(jié)省客戶應(yīng)用中的功耗，并提供更高的效率和更環(huán)保的電流感應(yīng)解決方案。占地面積小還節(jié)省了PCB面積，從而降低了整體系統(tǒng)成本。為了充分利用較小的初級電流路徑電阻的優(yōu)勢并最大化可流經(jīng)Allegro封裝的連續(xù)電流量，必須考慮將熱量傳導(dǎo)至器件之外。圖2說明了QFN封裝的優(yōu)化PCB布局。

圖2 QFN電流傳感器的PCB布局

為了達(dá)到最佳的熱和電性能，PCB布局應(yīng)包括以下功能：

初級電流引線應(yīng)連接到盡可能合理的銅表面積上。裸露焊盤回路末端的兩個焊盤應(yīng)直接放在載流銅走線上，以最好地將熱量從封裝中散發(fā)出去，如圖2所示。

銅的厚度應(yīng)為4盎司。使用2盎司。銅會降低性能。

如有可能，應(yīng)使用額外的銅層或至少兩層銅來傳導(dǎo)一次電流。應(yīng)使用圖2中所示的過孔布置來連接各層，并放置在靠近QFN封裝的初級電流引線的位置。

暴露在QFN焊盤下方的通孔非常適合將熱量從封裝中傳導(dǎo)出去，但是必須將這些通孔插入，以防止回流期間焊料從焊盤芯吸到通孔中。使用這些類型的通孔時必須小心，尺寸，數(shù)量和放置位置應(yīng)根據(jù)應(yīng)用情況加以考慮。

通過應(yīng)用這些功能，可以實(shí)現(xiàn)圖3所示的熱性能。數(shù)據(jù)是使用測試演示板進(jìn)行測試的，該演示板的焊料足跡與圖1所示的足跡相似，并且使用兩層4 oz的焊料。銅。該圖顯示，在85°C的環(huán)境溫度下，傳感器封裝可以承受45 A的連續(xù)電流，直到達(dá)到165°C的最大推薦熱結(jié)點(diǎn)（芯片）溫度。通過適當(dāng)?shù)?a target="_blank">PCB設(shè)計(jì)，該器件可在高達(dá)85°C的環(huán)境溫度下安全地用于30 A連續(xù)電流應(yīng)用中，并在達(dá)到165°C的芯片溫度之前具有超過40°C的安全裕度。

圖3 QFN電流傳感器在PCB上的線性熱性能

編輯：hfy