一文解析3×3 mm QFN型全集成线性电流传感器

本应用笔记介绍了Allegro用于线性霍尔IC的高级倒装芯片封装的创建，该封装允许开发3mm x 3mm的微型尺寸，完全集成的电流传感器器件。内部电阻仅为0.6mΩ的ACS711是在真正可以散热的封装中生产的。与现有的感测电阻运算放大器解决方案相比，该器件可在超过30 A的连续电流下使用，同时将功耗最小化一个数量级。

包装

传感器IC采用Allegro专利倒装芯片技术，如图1所示，该技术极大地改善了磁耦合并提供了紧凑的传感解决方案。电流通过初级导体环路流入和流出封装。该电流产生一个磁信号，该信号由霍尔传感器感应，如图1中的红色方块所示，并转换为电压。电压取决于电流的方向，因此使用此霍尔效应电流传感器可以实现交流和直流电流的双向电流流动。换能器放置在最高磁通密度的区域，以优化磁耦合。Allegro获得专利的倒装芯片技术还允许换能器的有效区域更靠近导体，

图1 QFN封装结构

焊接和热特性

QFN配置的导体电阻仅为0.6mΩ，比低端检测配置中使用的大多数检测电阻小一个数量级。这样可以节省客户应用中的功耗，并提供更高的效率和更环保的电流感应解决方案。占地面积小还节省了PCB面积，从而降低了整体系统成本。为了充分利用较小的初级电流路径电阻的优势并最大化可流经Allegro封装的连续电流量，必须考虑将热量传导至器件之外。图2说明了QFN封装的优化PCB布局。

图2 QFN电流传感器的PCB布局

为了达到最佳的热和电性能，PCB布局应包括以下功能：

初级电流引线应连接到尽可能合理的铜表面积上。裸露焊盘回路末端的两个焊盘应直接放在载流铜走线上，以最好地将热量从封装中散发出去，如图2所示。

铜的厚度应为4盎司。使用2盎司。铜会降低性能。

如有可能，应使用额外的铜层或至少两层铜来传导一次电流。应使用图2中所示的过孔布置来连接各层，并放置在靠近QFN封装的初级电流引线的位置。

暴露在QFN焊盘下方的通孔非常适合将热量从封装中传导出去，但是必须将这些通孔插入，以防止回流期间焊料从焊盘芯吸到通孔中。使用这些类型的通孔时必须小心，尺寸，数量和放置位置应根据应用情况加以考虑。

通过应用这些功能，可以实现图3所示的热性能。数据是使用测试演示板进行测试的，该演示板的焊料足迹与图1所示的足迹相似，并且使用两层4 oz的焊料。铜。该图显示，在85°C的环境温度下，传感器封装可以承受45 A的连续电流，直到达到165°C的最大推荐热结点（芯片）温度。通过适当的PCB设计，该器件可在高达85°C的环境温度下安全地用于30 A连续电流应用中，并在达到165°C的芯片温度之前具有超过40°C的安全裕度。

图3 QFN电流传感器在PCB上的线性热性能

编辑：hfy