2.3.4 裸露焊盘的PCB设计示例
1. 16引脚或24引脚LFCSP无铅封装裸露焊盘的PCB设计示例1
LFCSP封装示意图[35]如图2-37所示。LFCSP与芯片级封装（CSP）类似，是采用铜引脚架构基板的无铅塑封芯片级封装。外围输入/输出焊盘位于封装的外沿，与印制电路板的电气连接是通过将外围焊盘和封装底面上的裸露焊盘焊接到PCB上实现的，从而有效传导封装热量。
图2-37 LFCSP封装示意图
ADA4950-x（差分ADC驱动器）采用3mm×3mm、16引脚LFCSP无铅封装（ADA4950-1，单通道）或4mm×4mm、24引脚LFCSP无铅封装（ADA4950-2，双通道），具有裸露焊盘，PCB设计示例[35]如图2-38所示，采用过孔与接地平面连接。
图2-38 差分ADC驱动器ADA4950-x系列裸露焊盘的PCB设计示例
图2-38 差分ADC驱动器ADA4950-x系列裸露焊盘的PCB设计示例（续）
注意：过孔用来实现不同层的互连，如图2-39所示。过孔用来作为散热通道连接时，也称为散热通孔，或者简称为热通孔或热过孔。过孔存在电感和电容[36]特性。对于一个1.6mm（0.063in）厚PCB上的0.4mm（0.0157in）的过孔，过孔电感为1.2nH。在FR-4介质材料上，对于一个1.6mm（0.063in）间隙，围绕孔周围0.8mm（0.031in）的焊盘，电容为0.4pF。
图2-39 过孔示意图
式中，εr为PCB介质材料系数（对于FR-4基材，εr≈4.5）。
2. 16引脚或24引脚LFCSP无铅封装裸露焊盘的PCB设计示例2[37,38]
ADA4930-1/ADA4930-2是一个超低噪声
、低失真、高速差分放大器，非常适合驱动分辨率最高14位、0～70MHz的1.8V高性能ADC。ADA4930-1采用3mm×3mm 16引脚无铅LFCSP封装。ADA4930-2采用4mm×4mm 24引脚无铅LFCSP封装。
ADA4930-1/ADA4930-2是高速器件，要实现优异的性能，必须注意高速PCB设计的细节。
首先要求采用具有优质性能的接地和电源层的多层PCB，尽可能覆盖所有的电路板面积。在尽可能靠近器件处将供电电源引脚端直接旁路到附近的地平面。每个电源引脚端推荐使用两个并联旁路电容（1000pF和0.1μF），应该使用高频陶瓷芯片电容，并且采用10μF钽电容在每个电源引脚端到地之间提供低频旁路。
杂散传输线路电容与封装寄生电感可能会在高频时构成谐振电路，导致过大的增益峰化或振荡。信号路径应该短而直，避免寄生效应。在互补信号存在的地方，用对称布局来提高平衡性能。当差分信号经过较长路径时，要保持PCB走线相互靠近，将差分线缆缠绕在一起，尽量降低环路面积，以降低辐射的能量，使电路不容易产生干扰。使用射频传输线将驱动器和接收器连接到放大器。
如图2-40所示，清除输入/输出引脚附近的接地和低阻抗层，反馈电阻（RF）、增益电阻（RG）和输入求和点附近的区域都不能有地和电源层，使杂散电容降到最低，降低高频时放大器响应的峰值。
图2-40 ADA4930-1中RF和RG附近的接地和电源层的露空
如果驱动器/接收器波长大于放大器波长的1/8，则信号走线宽度应保持最小。这种非传输线路配置要求清除信号线路下方和附近的接地和低阻抗层。
裸露散热焊盘与放大器的接地引脚内部相连。将该焊盘焊接至PCB的低阻抗接地层可确保达到额定的电气性能，并可提供散热功能。为进一步降低热阻，建议利用过孔将焊盘下方所有层上的接地层连在一起。
推荐的PCB裸露焊盘尺寸如图2-41所示。散热通孔连接到底层的接地层如图2-42所示。
注意：ADA4932-x也可以采用类似设计。
图2-41 推荐的PCB裸露焊盘尺寸（单位：mm）
图2-42 4层PCB横截面：散热通孔连接到底层的接地层（单位：mm）
3. PSOP 2封装的散热焊盘设计示例[39]
PSOP 2（PowerSOP 2）封装的结构如图2-43所示。裸露焊盘和引线提供从芯片到外部散热器和PCB一个低热阻的路径，具有大的热容量，可以吸收器件开关期间的功率峰值。对于一个尺寸为100mil×100mil的硅芯片，结到外壳热阻θJC为45℃/W，引线电阻在5mΩ范围内，每根引线的电感通常为2nH，电容约为1pF。
图2-43 PSOP 2封装的结构
PSOP 2封装的安装方式如图2-44所示：图2-44（a）中裸露焊盘朝下，可以直接焊接或者使用导热环氧树脂连接到PCB上；图2-44（b）中裸露焊盘朝上，裸露焊盘直接暴露在环境中。
图2-44 PSOP 2封装的安装方式
推荐的PCB焊盘设计形式如图2-45所示。
图2-45 推荐的PCB焊盘设计形式
利用散热器可以有效地提高散热效果。
4. 具有底部金属板或散热器陶瓷封装IC的PCB焊盘设计示例[40]
图2-46所示是带散热片的陶瓷四边形扁平封装（器件型号：ISL70003SEHFE）。图2-47所示是底部带金属的陶瓷双列扁平封装（器件型号：ISL75052SEHF）。底部金属板或散热器提供一个从封装底部直接散热的路径，可以显著提高器件的散热性能。
图2-46 带散热片的陶瓷四边形扁平封装
图2-47 底部带金属的陶瓷双列扁平封装
器件的底部金属板或散热器应直接安装在与PCB匹配的散热焊盘上。在器件封装底部金属或散热器下方的电路板散热区域的X-Y尺寸，应具有与底部金属或散热器标称尺寸相同大小，或者大0.2mm。安装应使用焊料，以及导电或非导电环氧树脂等材料完成。如果底座采用焊接安装，则应避免过大的散热焊盘和焊接掩模开口，因为这可能不利于焊料回流期间封装的“自对准”。
为了充分利用底部的散热路径，电路板设计时应利用“散热通孔”从“热地”连接到一个或多个嵌入式的（PCB内层）接地板或底层的接地板。散热通孔放置在埋地铜平面下方，采用1.0～1.2mm间距排列，通孔的直径应为0.3～0.33mm，其中镀层约为1.0oz铜。
有插入式通孔的散热焊盘设计示例（ISL75052SE评估板的散热焊盘）如图2-48所示。无插入式通孔的散热焊盘设计示例（ISL70003SEH评估板散热焊盘）如图2-49所示。
图2-48 有插入式通孔的散热焊盘设计示例
图2-49 无插入式通孔散热焊盘设计示例
5. D类放大器的PCB热设计示例[41]
D类放大器相比AB类放大器具有更高的效率和更好的散热性能。尽管如此，使用D类放大器时仍然需要慎重考虑散热。在工业标准TQFN封装中，裸露焊盘是IC散热的主要途径。对底部有裸露焊盘的封装来说，PCB及其覆铜层是D类放大器主要的散热渠道。将音频放大器贴装到常见的PCB上时，最好将裸露焊盘焊接到大面积覆铜块上，且尽可能在覆铜块与临近的具有等电势的音频放大器引脚上，以及在其他元器件之间多覆一些铜。如图2-50所示，音频放大器采用TQFN或TQFP封装时，裸露焊盘是其主要的散热通道。覆铜层与散热焊盘的右上方和右下方相连。覆铜走线应尽可能宽，因为这将影响系统的整体散热性能。与裸露焊盘相接的覆铜块应该用多个过孔连到PCB背面的其他覆铜块上。该覆铜块应该在满足系统信号走线的要求下具有尽可能大的面积。
图2-50 裸露焊盘设计示例
应尽量加宽所有与器件的连线，这将有益于改善系统的散热性能。虽然IC的引脚并不是主要的散热通道，但在实际应用中仍然会有少量发热。在图2-51所示的PCB中，采用宽的连线将音频放大器的输出与图右侧的两个电感连接在一起。在这种情况下，电感的铜芯绕线也可为音频放大器提供额外的散热通道。虽然这样做对整体散热性能的改善程度不到10%，但却给系统带来两种截然不同的结果，即使系统具备较理想的散热或出现较严重的发热。
图2-51 PCB连线宽有助于导热
当音频放大器在较高的环境温度下工作时，增加外部散热器可以改善PCB的散热性能。该散热器的热阻必须尽可能小，以使散热性能最佳。采用底部的裸露焊盘后，PCB底部往往是热阻最低的散热通道。IC的顶部并不是器件的主要散热通道，因此在此安装散热片不合算。通常可以采用一个PCB表贴散热片，将该散热片焊接在PCB上。采用PCB表贴散热片是兼顾尺寸、成本、装配方便性和散热性能的理想选择。