两种方法来减少PCB上转换器封装热量

• 98% 的 DC/DC 降压型转换器是令人印象深刻的；当该转换器还有出色的功率密度数字时，会令人印象更加深刻。你会购买这样的稳压器而不是效率较低、功率密度较低的稳压器吗? 一位有实际经验的工程师会问一问看似不重要的 2% 效率损失的影响。在工作时，损失的功率怎样转换成封装温度上升? 在 60°C 环境温度、200LFM 气流时，高功率密度、高效率稳压器的结温是多少? 看一看超出所列 25°C 室温下的典型数字以外的情况。在 −40°C、85°C 或 125°C 的极端温度下测得的最大值和最小值是多少? 在高功率密度时，封装的热阻上升很高以至于结温急剧上升到超过安全工作温度了吗? 一个效率令人印象深刻但是价格昂贵的稳压器需要降额到什么程度? 降额的输出电流值限制了输出功率能力以至于器件的高价格不再合理了吗?

• 考虑 POL 稳压器是否易于冷却：数据表中提供的封装热阻值是仿真和计算器件的结温、环境温度及外壳温度上升的关键。因为表面贴装封装中的大部分热量是从封装底部流向 PCB 的，所以数据表中必须给出清楚的布局指南并探讨有关热量测量的问题，以在产生系统原型时最大限度减少意外的发生。

一个设计良好的封装应该均匀、高效地通过其表面散出热量，消除会降低 POL 稳压器可靠性的热点。如上所述，PCB 负责吸收和送出表面贴装 POL 稳压器的大部分热量。但是，在如今组件密集排列的复杂系统中，普遍采用了强制空气流动，一个设计巧妙的 POL 稳压器还应该利用这种"免费"的冷却机会，消除 MOSFET、电感器等发热组件产生的热量。

将热量引导到封装顶部并进入空气中

大功率开关 POL 稳压器依靠电感器或变压器将输入电源电压转换成稳定的输出电压。在非隔离式降压型 POL 稳压器中，器件使用一个电感器。该电感器和 MOSFET 等伴随性开关组件在 DC/DC 转换时产生热量。

大约 10 年前，一种新的封装技术进步使得包括磁性组件在内的整个 DC/DC 稳压器电路可以设计成能够放入模制塑料封装中，称为模块或 SiP，模制塑料封装内部产生的热量大部分通过封装底部送到 PCB 中。改进封装散热能力的任何传统方法都会导致封装增大，例如在表面贴装封装顶部附着一个散热器。

几年前开发出了一种创新性模块封装方法，该方法利用可用气流帮助冷却。这种封装设计将一个散热器集成到模块封装中并完全模制化。在封装内部，散热器底部直接连至产生热量的 MOSFET 和电感器，而散热器顶部是一个裸露于封装顶部的平坦表面。这种新的封装内散热方法使器件能够凭借气流快速冷却 (如需举例，请观看 LTM4620 技术视频短片 www.linear.com.cn/solutions/4936) 。

垂直结构：用叠置电感器作为散热器的 POL 模块型稳压器

POL 稳压器中的电感器的大小取决于电压、开关频率、需要处理的电流及其结构。在模块化构成方法中，包括电感器在内的 DC/DC 电路完全模制并密封在一个塑料封装中，就像一个 IC 一样，与其他任何组件相比，电感器对封装的厚度、体积和重量的决定性都更大。电感器也是一个重要的发热源。

上述将散热器集成到封装中的方法有助于将 MOSFET 和电感器的热量传导到封装顶部，然后可以将热量散到空气、冷却板或无源散热器中。相对小型的小电流电感器很容易装入塑料模制封装中，这时这种方法很有效，但是当 POL 稳压器使用较大型、较大电流的电感器时，这种方法就不那么有效了，这时在封装内部放置磁性组件会迫使其他电路组件分隔得更远，从而显著扩大了封装在 PCB 上的占板面积。为了保持很小的占板面积，同时改善散热，封装工程师开发出了另一种巧妙的方法：垂直、叠置或 3D (图 1) 结构。

图 1：大功率 POL稳压器模块用 3D (垂直) 封装技术升高了电感器，并使电感器裸露于气流中作为散热器使用。DC/DC 电路安装在电感器之下的衬底上，因此最大限度减小了所需占用的 PCB 面积，同时提高了热性能。

具裸露叠置电感器的 3D 封装：保持很小的占板面积、增大功率并改善散热

很小的 PCB 占板面积、更大的功率和更好的热性能，用 3D 封装可以同时获得这 3 种优势，3D 封装是一种新的 POL 稳压器构建方法 (图 1)。LTM4636 是一款 µModule 稳压器，内置了 DC/DC 稳压器 IC、MOSFET、支持性电路和一个大型电感器，以降低输出纹波，并从 12V 输入向精确稳定的 3.3V 至 0.6V 提供 40A 负载电流。4 个并联运行的 LTM4636 器件可均分电流，以提供 160A 负载电流。封装的占板面积仅为 16mm x 16mm。该系列的另一个