3 測試結(jié)果與討論

圖 3-1 展示了 1S0P 近似布局下，TPS745（WSON 封裝）的最高環(huán)境溫度與功率耗散間的關(guān)系。趨勢線的斜率表明 θ_JA 為 169.2 C/W。所收集數(shù)據(jù)的范圍和線性度支持方程式 2 中所述的 LDO 功率耗散與最高工作環(huán)境溫度之間的預(yù)期關(guān)系。

圖 3-1 TPS745 (WSON) 1S0P 近似布局測試結(jié)果

所有封裝與布局的同類數(shù)據(jù)可參見AppendixB。圖 3-2 和圖 3-3 分別給出了 TPS745 (WSON) 和 TPS7B82-Q1 (TO-252) 的 θ_JA 實測值。在全部五種布局下，這兩款封裝的熱性能呈現(xiàn)出相似趨勢。盡管僅連接的銅面積為 0.07in²，但內(nèi)部斷開的布局仍可將 θ_JA 降低近 50%，這表明，即使內(nèi)層銅箔未直接與 LDO 相連，在內(nèi)部層增加銅箔也能顯著提升熱性能。剩下的布局中，隨著銅用量和散熱過孔數(shù)量逐漸增加，θ_JA 會持續(xù)下降但降幅漸小，最終最大降幅略超 70%。基于所采集的數(shù)據(jù)，高效熱布局對于 WSON 與 TO-252 封裝至關(guān)重要。如果布局熱效率低下，θ_JA 會顯著高于數(shù)據(jù)手冊規(guī)定值，進(jìn)而導(dǎo)致熱性能計算更為復(fù)雜、最高工作環(huán)境溫度降低，并可能導(dǎo)致器件壽命與可靠性下降。

圖 3-2 TPS745 (WSON) θ_JA 與電路板布局間的關(guān)系

圖 3-3 TPS7B82-Q1 (TO-252) θ_JA 與電路板布局間的關(guān)系

圖 3-4 顯示了 TLV755P (SOT-23) 的 θ_JA 實測值。SOT-23 封裝的 θ_JA 存在差異，原因是該封裝無散熱焊盤。JEDEC 標(biāo)準(zhǔn)不允許在高 K 熱測試板上為沒有散熱焊盤的封裝添加散熱過孔。少量熱量能夠消散到內(nèi)層和底層，因此 1S0P 近似布局與 JEDEC 高 K 測試板的熱模型（數(shù)據(jù)手冊規(guī)格即源于此模型）之間的性能非常相似。為避免多種不同布局呈現(xiàn)完全一致的性能，器件下方的內(nèi)部斷開布局中增設(shè)了一個散熱過孔，用于連接頂層接地走線與底層接地平面。相比之下，JEDEC 高 K 近似布局具有相似的性能，它有兩個過孔，將頂部接地走線連接到內(nèi)部層。盡管 JEDEC 高 K 近似布局中增加了銅箔，但額外增加一個散熱過孔所帶來的熱傳導(dǎo)能力提升有限，不足以使 θ_JA 獲得顯著改善。

與 JEDEC 高 K 近似板相比，熱增強型和熱飽和型板的 θ_JA 減少了約 33%，明顯大于 TPS745 和 TPS7B82-Q1 在相同對比條件下的降幅。這是因為 SOT-23 封裝中沒有散熱焊盤。熱增強型和熱飽和型布局是唯一在頂層包含銅平面的布局。該封裝因無散熱焊盤，大部分熱量需通過頂層散發(fā)。因此，在頂層設(shè)置銅平面的散熱效果更為顯著。此外，熱增強型封裝和熱飽和封裝中增設(shè)的散熱過孔，是熱量傳導(dǎo)至內(nèi)層與底層的唯一途徑。相比之下，TPS745 和 TPS7B82-Q1 的布局在散熱焊盤正下方已設(shè)有散熱過孔，因此額外增加散熱過孔的效果會有所減弱。

圖 3-4 TLV755P (SOT-23) θ_JA 與電路板布局間的關(guān)系

圖 3-5 比較了 PCB 布局與封裝類型的有效性。有效性以 θ_JA 的降低百分比來衡量。由方程式 3 的計算結(jié)果可知，根據(jù)封裝類型的不同，高效熱布局可使數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的 θ_JA 降低 32% 至 55%。數(shù)據(jù)表中規(guī)定的 θ_JA 可用于對 LDO 的結(jié)溫升高值進(jìn)行保守估算。但參考方程式 2 可知，使用高效散熱的布局后，結(jié)溫的實際升高值可降低 32% 至 55%。考慮到這一改善效果，設(shè)計時可選擇更高的工作環(huán)境溫度、更高的功耗水平或二者的某種組合。通過方程式 4 與 1S0P 近似布局進(jìn)行比較，可以看出采用高效散熱型布局的重要性。與這種最差情況布局相比，高效熱布局的實測 θ_JA 降至前者的 1/4。

方程式 3.

方程式 4.

圖 3-5 各器件的 θ_JA 降低情況

圖 3-6 使用方程式 5 對圖 3-2、圖 3-3 和圖 3-4 中的結(jié)果相對于數(shù)據(jù)手冊規(guī)格進(jìn)行了歸一化處理。

方程式 5.

該圖匯總了三種封裝的采集數(shù)據(jù)，以闡明本研究的重要結(jié)論。首先，PCB 銅含量與 θ_JA 之間呈反比關(guān)系，且隨著銅含量增加，這種反比關(guān)系會逐漸趨于飽和。無論采用何種封裝，均可觀察到這一關(guān)系。如 1S0P 近似布局與內(nèi)部斷開布局之間的顯著下降所示，這表明銅箔無需與 LDO 直接連接，即可改善熱性能。在器件周圍增設(shè)散熱過孔可為 LDO 產(chǎn)生的熱量提供更多傳導(dǎo)至內(nèi)層與底層的路徑，從而同樣能改善熱性能。對于 SOT-23 這類無專用散熱焊盤的封裝，此類散熱過孔尤為重要。然而，從熱增強型布局和熱飽和型布局之間改善幅度極小可看出，額外散熱過孔對 θ_JA 的改善會趨于飽和。

圖 3-6 每個器件的歸一化 θ_JA 與電路板布局間的關(guān)系