Hallo, ich habe hier einen 8051 Mikrocontroller im QFN-28 Package. Dazu zwei Fragen: 1. muss ich unbedingt Vias in das Thermal Pad bohren oder funktioniert das auch ohne, da ja so ein einfacher Controller wenig Wärme entwickelt (oder auch nicht)? 2. in einem Eck ist noch so ein kleines quadratisches Pad das mit GND belegt werden soll. Das Thermal Pad liegt auch auf GND. Warum ist das kleine Pad nicht bereits mit dem Thermal Pad im IC verbunden und das wiederum mit dem GND-Pin? Kann ich die alle einfach direkt miteinander verbinden? Gruß Sam
zu 2. Da war der Platz wohl etwas eng um das intern zu verdrahten ... ;-) Ansonsten immer alles so machen wie es im Datenblatt steht, ansonsten läuft er nicht oder intern fliessen hohe Ströme die nicht dort hingehören ...
Hallo Sam, Sam wrote: > ich habe hier einen 8051 Mikrocontroller im QFN-28 Package. SiLabs, deinen Beschreibungen nach :) Gleich vorweg: Ich komme aus der MSP430er-Ecke und die QFNs sind mir eigentlich ziemlich symphatisch, nur der MSP ist eben auf Low-Power getrimmt, da ist die Thermik daher in vielen Fällen nicht ganz so heikel. Natürlich, auch hier kommt es darauf an, was ich mit der MCU machen will. > 1. muss ich unbedingt Vias in das Thermal Pad bohren oder funktioniert > das auch ohne, da ja so ein einfacher Controller wenig Wärme entwickelt > (oder auch nicht)? Generell schadet es nicht, ein Thermal Via einzusetzen wenn dies möglich ist, der Vorteil ist nämlich ungemein: Dadurch bekommst Du nämlich einen Wärmeübergang auf einen weiteren Layer, auf die Groundplane. Und diese stellt mit ihrer großen Fläche eine ungleich größere Wärmekapazität dar, als dies die kleine Kupferfläche direkt under dem Thermal bieten könnte. Wie immer, der Fachmann staunt und der Laie wundert sich: Ohne die konkreten Fakten der Applikation und den damit verbundenen thermischen Leistungsumsatz einigermaßen zu kennen kann man keine allgemeingültigen Ratschläge erteilen. Nur einige (teils extreme) Beispiele: 1.) MCU kaum belastet und ist zu 99% im Low-Power-Sleep-Mode: Unter gewissen Umständen kann man in diesem Fall sogar vollkommen auf das Thermal Pad verzichten (ich rate jedoch nicht dazu und es gibt eigentlich - zumindest fällt mir auf die Schnelle nichts dergleichen ein - keinen vernünftigen Grund auf das Thermal Pad komplett zu verzichten). 2.) MCU wird mäßig gering belastet: Thermal wird mit der Kupferfläche auf der Bestückungsseite velötet, keine Thermal Vias. "Good Practice" ist es, wie z.ß im SiLabs Datenblatt auch schön als "Optional Connection Thermal Pad to GND-Pad" dargestellt, auch eine Leiterbahn zwischen Thermal und GND-Pad einzuplanen. Immerhin kostet es ja nichts und die Länge der Ground-Versorgungsbahn ställt eine zusätzliche, brauchbare Wärmekapazität dar. 3.) MCU wird mäßig stark belastet: Thermal Pad verwenden, thermische Brücke zum GND-Pad nutzen. 4.) MCU wird stark belastet und - Sonderfall - Thermal Vias sind extrem teurer (technologisch nicht machbar, eventuell Bastlerproblem): Thermal Pad und GND-Pad-Brücke notwendig, Thermal Vias wären auch notwendig. Workaround: Nächstgrößere QFN-Bauform wählen, einige I/Os mittels (falls möglich am Besten Tristate-Z-hochohmig) deaktivieren. Dadurch ist es möglich, zusätzliche Bahnen im Bereich der deaktivierten I/Os vom Thermal Pad herauszuführen. Das kann oft reichen. 5.) MCU wird stark belastet und Thermal Vias technologisch möglich, oder auch: MCU wird thermisch bis ans Limit ausgereizt: Thermal Vias verwenden, GND-Brücke möglicher Weise obligatorisch. Eventuell zusätzlicher Kühlkörper für MCU notwendig, im Extremfall mit aktiver Kühlung. Maximale Junction-Temperatur beachten ;-) Ohne über Deinen Fall jetzt genaueres zu wissen: Schau' Dir die Optionen 2.) und 3.) genauer an. > 2. in einem Eck ist noch so ein kleines quadratisches Pad das mit GND > belegt werden soll. Das Thermal Pad liegt auch auf GND. Warum ist das > kleine Pad nicht bereits mit dem Thermal Pad im IC verbunden und das > wiederum mit dem GND-Pin? Intern sind sie zu einer hohen Wahrscheinlichkeit schon verbunden, relativ sicher zumindest das GND-Pad und das Thermal. Nur ist damit alleine noch nichts gewonnen. Drei Möglichkeiten: 1.) Die unwahrscheinliche: Wie mein Vorredner Werner schon bemerkte: Internes Platzproblem. Nur, wenn ich mir das die Größe des Dies im Vergleich zum gesamten Bauteil ansehe mag ich das kaum glauben. Aber möglich ist es. 2.) Die mögliche: Das Quadrat versorgt direkt die leistungshungrigeren Schaltkreisteile, wie relativ hochstromige DACs oder allgemein Analogkomponenten mit Massen, die hier zusammen herausgeführt werden. Wie Werner schon sagte: Ohne dem Quadrat fließen intern möglicher Weise relativ hohe Ströme, die dort nicht hingehören. 3.) Die wahrscheinlichste: Möglicher Weise ist das Quadrat auch mit einer internen Art Groundplane im Analogteil verbunden, sprich: Es ist ein Anti-Störungs-Groundquadrat :-) Binde das Quadrat jedenfalls so gut als möglich an einer möglichst breiten GND-Leiterbahn an. Der Hersteller will Kosten sparen, wenn es also relativ unwichtig wäre hätte der Hersteller dieses - in der Herstellung im Vergleich zu den anderen Pads teure - Quadrat bestimmt nicht eingebaut. > Kann ich die alle einfach direkt miteinander verbinden? Natürlich, solltest Du sogar. Zwischen dem GND-Pad und dem Thermal Pad bedeutet es keinen Aufwand, das Quadrat will möglicher Weise eine besonders gute Analogmasse. Und bitte bei den Leiterbahnbreiten am Quadrat nicht sparen. Ich könnte mich in den Hintern beißen, daß ich erst im Q3 mein Mikroskop und die Depackageing-Chemie bekomme. Dein Posting hat das Interesse an dieser Thematik bei mir geweckt, ich würde mir gerne 'mal genauer anschauen, was da genau gespielt wird. > Gruß Sam Gruß, Iwan
Blos gut das die MSP430 und die TMS320F280X sowas nicht haben. Bei einem Stino-8051 würde ich ein Thermal Pad einfach ignorieren. Naja, eine Leiterbahn würde ich da auch nicht gerade durchführen. Silabs 8051 kenn ich leider nicht im Detail.
Danke für die ausführlichen und interessanten Infos. Ich habe auch noch einmal gesucht und folgendes gefunden: Question There is a center pad and a corner pad on the MLP/QFN package that are labeled "GND" in the datasheet. Do these pads need to be connected on the board, or can they be left floating? Answer For most Silicon Laboratories MLP/QFN microcontrollers, the only required ground connections on the devices are the numbered pins that are designated as a ground connection (GND, DGND or AGND). An example of this is pin 3 on the CP2101 (QFN28 package). On MLP11 or QFN11 packaged devices, the center pad is a numbered pin (pin 11) and should be connected to ground. When using a MLP/QFN device without a numbered center pad, it is recommended but not required that the center pad also be connected to ground. This pad is designed into the package for heat dissipation. If the center pad is to be grounded in a system, it is a good idea to follow the solder paste recommendations in the product datasheet. The solder paste recommendations will help ensure that the device does not "float" or rotate during the soldering process. The corner pad is primarily used for device orientation, and is not a necessary connection. Important: Traces other than ground should NOT be routed underneath the chip in the area of the center or corner pads. Both the center and corner pads do have a resistive connection to ground inside the device, and any trace that contacts these pads will have a low-impedance path to ground. Gruß Sam
Sam wrote: > The corner pad is primarily used for device orientation, and is not a > necessary connection. Wieder einmal etwas gelernt, darauf wäre ich wohl nie gekommen, daß die nur zur Orientierung dieses große GND-Pad einbauen. Ich bin erstaunt. Der trollige (Gast) wrote: > Blos gut das die MSP430 [...] sowas nicht haben. Ausnahmslos alle MSP430er im QFN-Package besitzen ein Thermal Pad. > Bei einem Stino-8051 würde ich ein Thermal Pad einfach ignorieren. Mach doch. Und erzähle uns von deinen Erfolgserlebnissen. Iwan
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