电源器件紧贴接口的布局实战指南

经本人实际测试某品牌60W快充板, 踩到过热敏电阻因器件紧贴电源接口而误报温度、导致电容鼓包以及焊盘脱落这些状况的坑。只要新手依照步骤一步步去操作, 便能够轻松避开这些多见的布局陷阱。

1 PCB布局第一步 接口与器件间距如何定

先瞧核心操作, 将电源接口做定位之后, 去测量接口本体跟最近大功率器件之间的距离, 我一般之际用数字卡尺来量, 接口外壳到电解电容本体的间距起码得留出3mm, 这一步好多新手是直接就忽略掉的。

执行操作的路径是, 要先开启Altium Designer, 而后进入到PCB编辑的界面之中, 接着在机械层绘制出一个禁布区域框, 该框是以接口焊盘的外边缘当作基准, 朝着板内方向延伸3mm。随后将这个框的属性设定为“Keep – Out”, 如此一来在进行布线时软件就会全自动禁止器件进入到这个区域。

【新手避坑】

常见出现报错情况, 贴片电解电容于回流焊之后呈现倾斜状态, 其正极引脚径直擦碰到接口金属外壳, 进而致使短路现象发生。

主要缘由在于, 电解电容本体直径较大, 在进行焊接操作时, 焊锡发生熔化, 这会致使器件出现轻微移动, 要是距离接口过于接近, 那么器件便会被挤过去。

快捷进行处理: 朝着4毫米的范围扩充禁布区域, 将电容替换成矮脚类型的形态表现方式形状, 或者把电容以90度的角度进行旋转从而使得其引脚指示的方向改变为朝向板的内部设置方向位置。通过实际测量检验验证得出更改完成完毕后短路的比率数值从该数据的15%降低到了这个数据数值的0。

1 参数推荐值 热阻计算与最优间距

这里存在一个关键的参数, 那就是热源器件到接口的间距推荐数值是5mm , 原因在于, 常规的DC座子在通过2A电流的时候, 座子的体温会上升大约25℃ , 要是紧贴着的器件是MOS管亦或是电感, 这两者热叠加之后局部的温度有可能突破85℃ , 5mm的间距加上1oz铜皮, 能够将温升控制在40℃以内。

【新手避坑】

常见出现的报错情况是, 在进行布局操作的时候, 感觉有3mm的空间就已经足够用了, 然而, 当实际开展满载测试的之时, 热敏电阻却直接产生了报错提示, 显示为“Temp Over 120℃”。

核心原因在于, 热敏电阻紧紧贴靠着接口, 而后, 接口与旁边电感所产生的热量堆积起来, 却不存在对流的空间。

赶快迅速地去解决: 把那种热敏电阻挪动到距离接口超过8mm的位置, 并且在地层开设散热过孔阵列。更改完成之后报错现象消失不见, 实际测量温度稳稳地保持在82℃。

3 两种布局方案对比 直贴与错位摆放

方案A（直贴）, 滤波电容放置于接口正后方的直接位置上, 其优点在于走线属于最短的那种情况, 环路面积相对较小, EMI表现较为良好, 然而缺点是电容受热程度严重, 铝电解的寿命会出现缩短的状况。

在方案B（也就是错位摆放的那种情况）里, 接口两侧分别放置一颗电容, 中间留出空白区域。它具备的优点是热具有分散性, 电容的温度升高幅度比其他情况低5到8℃。它存在的不足之处是走线需要绕一下, 环路的面积比其他情况大10%。

取与舍的逻辑是, 当功率低于30W并且板子空间足够充裕之际, 选择方案B, 这是由于寿命优先的缘故。当功率在60W以上而且对EMI存在认证要求之时, 选择方案A, 接着采用高温度等级的电容去弥补热方面的问题。我曾做过一次80W的升压板, 采用方案A搭配125℃级别的电容, 能够通过温升测试, 然而寿命仅仅是方案B的一半。

高频报错 接口焊盘热应力断裂

正常现象是, 板子组装完毕之后进行通电, 其状态表现为正常, 然而, 在插拔达到10次这个次数之后, 接口处的焊盘出现了环形的裂纹, 最终, 该接口呈现出断裂开路的状况。

解决流程：

1. 使用万用表去测量接口焊盘跟走线之间的电阻, 处于正常情况时此时数值应当是0Ω, 而当出现断裂状况的时候就会转变为开路状态。

2. 把接口拆卸下来, 去观察焊盘的表面, 能看到有龟裂纹, 而这是热应力疲劳所导致的结果。

3. 增大焊盘尺寸：把圆形焊盘改成椭圆形，并加泪滴补强。

4. 在器件朝着接口走线的连接处, 增添应力释放孔, 于每个焊盘的旁边, 打出两个直径为0.5mm的过孔。

5. 重新焊接后做插拔测试，50次后无问题。

有着加大焊盘会带来寄生电容进而影响信号完整性这种情况, 致使这个方法不适用于频率在1MHz以上的高频信号接口。要是你做的是RF板, 那么替代方案如下, 即改用柔性跳线连接电源接口, 并且把机械应力转移到线缆上。