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eSIP 封裝資訊

eSIP™ 封裝能創造出更簡潔、更小巧的電源供應器

Power Integrations 的新型 eSIP 封裝與傳統 TO-220 相同，都具備低熱阻抗的特性，但高度卻只有傳統的一半。所以，最適合用於輕薄型的電子產品，如 LCD 顯示器、平面電視與機上盒等。

eSIP 的優點：

  • 封裝高度更低，可實現更小巧的設計
  • 接面至外殼 (junction-to-case) 熱阻抗 (θJC) 與標準的 TO-220 封裝近似
  • 連接源極的散熱塊可減少 EMI 噪訊
  • 簡單的夾式散熱片設計，可降低製造成本並提高重複使用率


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如需有關封裝尺寸的具體資訊，請參閱 Power Integrations 的封裝資訊文件。


封裝比較

封裝
接合方法
最低接合高度
散熱片電位
eSIP (L)
黏性膠帶
2.1 mm
源極
eSIP (E)
黏性膠帶
U 型夾
迷你塑膠環扣
塑膠環扣
金屬環扣
10.5 mm
15.5 mm
20 mm
24 mm
20 mm
源極
TO-220 (PI)
螺絲
21 mm
源極
TO-220 (標準)
螺絲
21 mm
汲極


圖 1 (右方) 呈現上表所列部分不同封裝高度的差異之處。以黏著複合材料接合的 eSIP L 封裝，接合高度最低，為 2.1 mm。相較於 TO-220，以相同材料接合的 eSIP E 封裝高度為 (10.5 mm)。

   eSIP 之 E 及 L 封裝與 TO-220
  圖 1：eSIP 之 E 及 L 封裝與 TO-220


Power Integrations 的 TO-220 與 eSIP 封裝均採用導線架外露的方式。導線架與 MOSFET 功率裝置的源極端子相連接。接合之後，亦會與散熱片相連接。如此可確保散熱片連接至 DC(-) 端 (亦為電氣靜態節點)，而不會增大輻射 EMI。

如需 eSIP 封裝的詳細資訊，請參閱 Power Integrations 的封裝資訊文件。

下列有關於常用接合方法與供應商的資訊，對使用 eSIP 封裝的設計人員非常實用。



多種接合選擇

下面提供了針對 eSIP 封裝的多種低成本接合選擇。

  • 黏性膠帶
  • eSIP 塑膠環扣 (附螺絲)
  • eSIP 迷你塑膠環扣 (附螺絲)
  • eSIP 不銹鋼環扣 (附螺絲)
  • 標準不銹鋼 U 型彈簧夾 (U 型夾)
  • 黏著複合材料


黏性膠帶

黏性膠帶可取代將功率半導體設計接合到散熱片時，通常需要使用的接合件和散熱膏。膠帶本身塗有感壓膠，可以將電源裝置粘在散熱片上，因此不需要額外使用接合件。熱阻大小取決於接合時所施加的壓力。總熱阻與導熱膠或散熱膏相當。此接合方法特別適用於要求外形輕薄化的 eSIP (L) 封裝。

粘性膠帶 1  粘性膠帶 2
圖 2 及 圖3：eSIP (L) 使用黏性膠帶接合到散熱片 (沿封裝上緣可看見膠帶)

使用粘性膠帶接合 eSIP 的準則

  • 粘性膠帶裝配後的熱阻，將由黏合過程中所施加的壓力決定。
  • 在安裝 eSIP 時，建議使用壓力 100 PSI (~0.69 N/mm2)；對於 eSIP 封裝，這相當於在封裝正面施加大約 55 N 的力量。
  • 重要的是，必須將這些力量均勻地施加在封裝的整個表面，以確保黏合劑和熱阻均勻一致。
  • 如需有關黏性膠帶使用的具體詳細資訊，請參閱製造商資訊。
支援文件 – 黏性膠帶
Bond-Ply 產品規格型錄


eSIP 塑膠環扣

eSIP 塑膠環扣是 eSIP 封裝中成本較低的接合選擇。這些塑膠環扣是透過螺絲固定的，透過向封裝正面施力來發揮作用。在某些應用中，散熱片的溫度可能高達 125 °C；固定環的軟化溫度應在 150 °C 以上。如需有關 eSIP 塑膠環扣的詳細資訊，請參閱本節中的「支援文件」區段。

eSIP 塑膠環扣
 圖 4：eSIP 塑膠環扣 		  圖 3
  圖 5：使用 eSIP 塑膠環扣將 eSIP 接合到標準 TO-220 散熱片
eSIP 塑膠環扣
 圖 6：eSIP 迷你塑膠環扣		   圖 3
 圖 7：使用迷你環扣將 eSIP 接合到散熱片 		  圖 4
 圖 8：接合至散熱片的 eSIP (封裝放大圖)

eSIP 塑膠環扣 (螺絲安裝型) 接合準則

孔徑： 專用於標準 TO-220 散熱片 (典型為 3.2 mm)
螺絲尺寸：3 mm (M3) 截錐頭螺絲
最大扭力：建議螺絲扭力上限為 1.8 至 2.3 lbf • in 或 0.20 至 0.26 Nm。

  • 為避免在螺絲頭和固定環扣表面之間使用墊圈，應選用平頭螺絲。接觸面過於不平、使用的螺絲過小或散熱孔過大，都可能導致固定環扣龜裂。與 TO-220 封裝一樣，允許使用防鬆螺帽、彈簧墊圈和防鬆膠。
  • 由於自攻螺絲施力於固定環扣、再到 eSIP 封裝的力量不穩定，因此不建議使用。任何情況下，都不建議使用鉚釘。
  • 對於所有的半導體而言，散熱片接合表面務必要平坦，不能有毛邊，以免損壞 IC。最後，應該先將 IC 接合到散熱片，再焊接到 PCB。如果先將 IC 和散熱片焊接到 PCB，然後再接合固定環扣，則會使 IC 封裝承受不可接受的機械應力。
  • 建議使用散熱膏或導熱墊，以降低封裝後部與散熱片之間的熱阻。


支援文件 – eSIP 塑膠環扣
固定環扣圖面


支援文件 – eSIP 迷你塑膠環扣
迷你環扣圖面
材料安全資料表 (MSDS)
材料規格 - 英文
材料規格 - 中文
RoHS 測試報告


eSIP 不銹鋼環扣

相對於 eSIP 塑膠環扣，eSIP 不銹鋼環扣屬於金屬選項。這些不銹鋼環扣是透過螺絲固定的，透過向封裝正面施力來發揮作用。如需 eSIP 不銹鋼環扣的詳細資訊，請參閱以下的支援文件表。

esip 金屬環
圖 9：接合 eSIP 與散熱片的 eSIP 金屬環扣


使用螺絲的 eSIP 不銹鋼環扣接合準則

孔徑： 專用於標準 TO220 散熱片 (典型為 3.2 mm)
螺絲尺寸：3 mm (M3) 截錐頭螺絲
最大扭力：建議使用螺絲扭力為 0.26 Nm (2.3 lbf · in)。

  • 由於金屬材料具有一定的強度，因此將金屬環扣固定到散熱片時所用的扭力與使用塑膠環扣的相比，要求沒有那麼嚴格 (不會發生龜裂的情況)。假設接合點與散熱片緊固相連，那麼施加到 eSIP 封裝的力量將取決於固定環扣的設計和所用材料。
  • 自攻螺絲可以使用，但建議使用螺牙螺絲，因為後者的抗衝擊性一致且穩定。不建議使用鉚釘，因為 eSIP 零件在鉚接過程中會受到機械衝擊。與 TO-220 封裝一樣，允許使用防鬆螺帽、彈簧墊圈和防鬆膠。
  • 對於所有的半導體而言，散熱片接合表面務必要平坦，不能有毛邊，以免損壞 IC。最後，應該先將 IC 接合到散熱片，再焊接到 PCB。如果先將 IC 和散熱片焊接到 PCB，然後再接合固定環，則會使 IC 封裝承受不可接受的機械應力。
  • 建議使用散熱膏或導熱墊，以降低封裝後部與散熱片之間的熱阻。


支援文件 – eSip 不銹鋼環扣
不銹鋼環扣規格圖面
RoHS 檢驗證明書
RoHS 測試報告


不銹鋼 U 型夾

另一種接合 eSIP 的選擇是使用 U 型夾。U 型夾可貼合於散熱片側面及封裝的正面，使封裝與散熱片緊密接合在一起 (請參閱圖 10)。U 型夾有多種款式可供選擇，部分款式由 Aavid Thermalloy 提供，如圖 11 所示。


圖 10：以不銹鋼 U 型夾接合的 TopSwitch-HX


圖 11：接合 eSIP 裝置與各種散熱片的 U 型夾

U 型夾是時下許多高容量設計常用的選擇。下列兩張圖片是 U 型夾在高容量噴墨印表機電源供應器上的應用狀況。圖 12 顯示 U 型夾將橋式整流器固定到散熱片。圖 13 則是以 U 型夾固定 TO-220。

輸入橋式整流器
圖 12：U 型夾固定輸入橋式整流器 		  TO-220 功率 MOSFET
圖 13：U 型夾固定標準 TO-220 電源 MOSFET


eSIP 不銹鋼 U 型夾接合準則

  • 建議使用 U 型夾將 eSIP 封裝接合到散熱片，以形成一個次組裝件。
  • 然後，在焊接之前，將這個次組裝件裝配到印刷電路板。這樣可確保 eSIP 封裝與散熱片表面間保持共面。
  • 不建議先焊接 eSIP 封裝，再安裝散熱片，這樣通常無法使 eSIP 與散熱片之間良好接觸，進而增大熱阻。
  • 生產環境中，可能需要使用夾具來確保插入固定夾時，eSIP 零件對齊散熱片。


抗震性

為示範 U 型夾在震動及機械震動情況下的固定能力，我們在測試板 (上圖 11) 上使用了 Aavid Thermalloy 所生產的 CLP212SG、CLP212G 與 CL212TG 夾進行測試，確認其是否符合 IEC-60068 標準，結果是這三種 U 型夾都通過了震動測試。完整的測試報告可由此處下載。



黏性膠帶製造商資訊

製造商 聯絡資訊 類型 零件編號
The Bergquist Company http://www.bergquistcompany.com 黏性膠帶 Bond-Ply 100

eSIP 環扣的製造商資訊

製造商 聯絡資訊 類型 零件編號 建議的散熱片高度 (不含凹槽)
Kang Yang Hardware Enterprises Co., Ltd Nancy Lin
+886-2-2647-6930
nancy@kangyang.com.tw		 迷你 PH-3 20 mm
金屬 TRK-24 20 mm
Thermshield Thermshield, LLC
PO Box 1641
Laconia, NH 03247
+1 603 524-3714
+1 603 524-6602 (傳真)
sales@thermshield.com
http://www.thermshield.com 		塑膠 TS-11042-CY 24 mm


U 型夾的製造商資訊

製造商 聯絡資訊 類型 零件編號 建議的散熱片高度 (不含凹槽) 建議的散熱片壁厚度
Aavid Thermalloy www.aavidthermalloy.com U 型夾 CLP212SG 15.5 mm 2.25 mm
CLP212G 24 mm 6.2 mm
CLP212TG 20 mm 4.8 mm


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介面材料的使用

熱複合材料 (油膏)
熱複合材料經調製可以提供類似油膏的黏稠度，確保 eSIP 裝置與散熱片之間持續擁有絕佳的熱接觸性。凡是需要較高功率/散耗的設計，都必須考量這一點。

使用熱複合材料時，應注意塗抹薄薄的一層即可。塗抹太厚可能會造成反效果而提高熱阻。過量的熱複合材料一般會出現在 U 型夾與散熱片的接合面邊緣。eSIP 邊緣上過量的熱複合材料若出現在接腳邊緣，也會增加因接腳間的橋接發生問題，造成電流外漏而影響效能的風險。

矽膠絕緣墊：
與散熱膏相較，使用矽膠絕緣墊的熱阻通常較高。矽膠絕緣墊經常用於需要在冷卻中電源裝置與散熱片間提供電氣隔絕的應用。提供電氣隔絕的同時，還可與功率裝置維持低熱阻。除非電源供應器設計只使用一個普通散熱片，或是因為安全與法規限制而必須使用電氣隔絕裝置，否則無需在 eSIP 封裝中使用矽膠絕緣墊。

使用矽膠絕緣墊時，應注意務必在符合安全規定的條件下使用最薄的厚度。