6 PCB レイアウトに関するヒント

前セクションに記載した検討事項に加え、考慮すべき詳細がさらに複数あります。レギュレータは、周囲の PCB と比較して、「ポイント」熱源とみなすことができます。図 6-1 に示すように、熱はこのソースから放射的に伝播されます。図に示すように、熱フローでは「ピザ」をカットしたスライスを思い浮かべてください。この例では、PCB の銅面に沿って熱が流れます。良好な放熱性能を実現するために、この放射状の経路を遮らないことが重要です。

このモデルから、重要なポイントを 2 つ学習できます。最初に、スライスの「先端」を熱ソースに適切に接続し、スライス全体がヒートシンクとして効果的に機能するようにしてください。つまり、デバイス付近の熱面をカットしないようにします。また、熱を発生するソースとは反対の側に重要ではないコンポーネントを配置した方がよいことも意味します。次に、熱面の分割を完全に回避することはできません。理由は、重要な外付け部品とともに、レギュレータには接続部を設ける必要があるからです。このモデルでは、カット部分を可能な限り放射状にする必要があることが示されています。図 6-2 に、適切な事例と不適切な事例の例を両方示します。

このテーマは、図 6-3 に示す、フリップチップ・パッケージ内の LMR33630-Q1 のレイアウト例で引き続き説明されます。これは、中心から放射される厚く、幅広いパターンによる同様の方法を示しています。

良好な熱設計のもう 1 つの側面は、複数の熱発生ソースにいかにして対処するかということです。スイッチング・レギュレータの場合、コンバータとインダクタの両方が電力を消費します。通常、良好な電気設計では、これらの部品をお互いに近接して配置することが要求されます。熱を発生する部品をお互いに近接するように配置すると、放熱性能に対して想像以上に大きな影響を及ぼす可能性があります。熱を発生する部品には、図 6-4 に示すように、部品パッケージの約 18 倍の面積の「サーマル・フットプリント」があります。サーマル・フットプリントとは、パッケージの放射線や対流に強く関与する PCB の面積です。これらのサーマル・フットプリントが重なることが許容されると、部品温度が大幅に上昇します。パッケージがパッケージ寸法の約 2 倍に近づくと、効果が最大限に大きくなります。図 6-5 に、この非線形効果を示す測定データを示します。

熱に関する検討事項は、DC/DC コンバータに対する適切な PCB レイアウトに対して行われるものだけではないことに注意してください。一部の重要な部品は、コンバータの近くで、コンバータと同じ面に配置する必要があります。また、スイッチ・ノード上に幅広いパターンを配置すると、EMI の問題を悪化させることがあります。また、コンバータ・インダクタも大きな電力を消費します。ただし、これは通常、スイッチ・ノード面積を最小限に抑えるため、デバイスの近くに配置する必要があります。すなわち、適切なエンジニアリング設計で、妥協点を見つける必要があるということです。全体として優れた PCB 設計を行うための最適なリソースは、レギュレータのデータシートに記載されており、そこに記載の推奨事項には必ず従ってください。表 6-1 に、優れた熱 PCB レイアウトについての最良事例をまとめて、いくつか示しています。