電子封裝是电子设备外壳的设计和生产,从单个半导体设备到大型计算机 等完整系统。电子系统的封装必须考虑防止机械损坏、冷却、射频噪声发射和静电放电,产品安全标准可能规定消费产品的特定特性,例如外壳温度或裸露金属部件的接地。少量制造的原型和工業設備可以使用標准化的市售外殼,例如卡籠或預制盒。大衆市場消費設備可能具有高度專業化的包裝,以增加消費者的吸引力。電子封裝是機械工程領域的一門主要學科。
電子包裝可以按層次組織:
相同的電子系統可以封裝爲便攜式設備或適用于固定安裝在儀器架或永久安裝中。航空航天、海洋或軍事系統的包裝采用不同類型的設計標准。
電子封裝依赖于力学、应力分析、传热和流体力学等机械工程原理。高可靠性设备通常必须经受住跌落测试、松散的货物振动、固定的货物振动、极端温度、湿度、水浸或喷水、雨水、阳光(紫外线、红外线和可见光)、盐雾、爆炸冲击等等。这些要求超越了电气设计并与电气设计相互作用。
电子组件由组件设备、电路卡组件 (CCA)、连接器、电缆和组件(如变压器、电源、继电器、开关等)组成,这些组件可能无法安装在电路卡上。
許多電氣産品需要通過注塑、壓鑄、熔模鑄造等技術制造大批量、低成本的零件,例如外殼或蓋板。這些産品的設計取決于生産方法,需要仔細考慮尺寸和公差以及工裝設計。一些零件可能通過特殊工藝制造,例如金屬外殼的石膏和砂鑄。
在电子产品的设计中,電子封裝工程师进行分析以估计诸如组件的最高温度、结构谐振频率以及在最坏情况下的动态应力和变形等。这些知识对于防止立即或过早的电子产品故障很重要。
設計人員在選擇封裝方法時必須平衡許多目標和實際考慮因素。
冲压成型的钣金是最古老的電子封裝类型之一。它具有机械强度,在产品需要该功能时提供电磁屏蔽,并且很容易为原型和小批量生产制造,而定制工具费用很少。
密封金屬鑄件有時用于包裝電子設備以適應異常惡劣的環境,例如重工業、船上或深水。鋁壓鑄件比鐵或鋼砂鑄件更常見。
電子封裝有时是通过将实心金属块(通常是铝)加工成复杂形状而制成的。它们在航空航天用途的微波组件中相当常见,其中精密传输线需要复杂的金属形状,并结合密封外壳。数量往往很少;有时只需要一个定制设计单元。零件成本很高,但定制工具的成本很低或没有成本,而且首件交付可能只需半天时间。选择的工具是数控立式铣床,可将计算机辅助设计 (CAD) 文件自动转换为刀具路径命令文件。
模制塑料外壳和结构部件可以通过多种方法制造,在零件成本、工具成本、机械和电气性能以及组装方便性方面进行权衡。示例是注塑成型、传递成型、真空成型和模切。可以对 P1 进行后处理以提供导电表面。
也稱爲“封裝”,灌封包括將零件或組件浸入液體樹脂中,然後將其固化。另一種方法是將零件或組件放入模具中,然後將灌封料倒入其中,固化後,模具不取出,成爲零件或組件的一部分。灌封可以在預成型的灌封殼中進行,也可以直接在模具中進行。今天,它最廣泛地用于保護半導體元件免受濕氣和機械損壞,並用作將引線框架和芯片固定在一起的機械結構。在早期,它經常被用來阻止對作爲印刷電路模塊構建的專有産品的逆向工程。它也常用于高壓産品,以使帶電部件更緊密地放置在一起(消除由于灌封化合物引起的電暈放電)s高介電強度),使産品可以更小。這也排除了敏感區域的汙垢和導電汙染物(如不純水)。另一個用途是通過填充所有空隙。灌封可以是剛性的或柔軟的。當需要無空隙灌封時,通常的做法是在樹脂仍爲液體時將産品置于真空室中,保持真空幾分鍾以將空氣從內腔和樹脂本身中抽出,然後釋放真空. 大氣壓使空隙塌陷並迫使液態樹脂進入所有內部空間。真空灌封最適用于通過聚合而不是溶劑蒸發固化的樹脂。
孔隙密封或樹脂浸漬類似于灌封,但不使用外殼或模具。零件浸入可聚合單體或溶劑型低粘度塑料溶液中。流體上方的壓力降低到完全真空。釋放真空後,流體流入零件。當部件從樹脂浴中取出時,將其排幹和/或清潔,然後固化。固化可以包括聚合內部樹脂或蒸發溶劑,從而在不同電壓組件之間留下絕緣介電材料。孔隙密封(樹脂浸漬)填充所有內部空間,並且可能會或可能不會在表面上留下薄塗層,具體取決于洗滌/漂洗性能。真空浸漬孔隙密封的主要應用是提高變壓器、螺線管、疊層或線圈以及一些高壓元件的介電強度。它可以防止在緊密間隔的帶電表面之間形成電離並引發故障。
液體填充有时用作灌封或浸渍的替代方法。它通常是介电流体,选择用于与存在的其他材料的化学相容性。这种方法主要用于大型电气设备,例如公用变压器,以提高击穿电压。它还可用于改善热传递,特别是如果允许通过热交换器通过自然对流或强制对流进行循环。液體填充物可以比灌封更容易去除以进行修复。
更多信息:保形塗層和聚对二甲苯
保形塗層是通过各种方法施加的薄绝缘涂层。它为精密部件提供机械和化学保护。它广泛用于批量生产的产品,如轴向引线电阻器,有时也用于印刷电路板。它可能非常经济,但要达到一致的工艺质量有些困难。
覆盖有深色环氧树脂的板上芯片 (COB)
Glob-top 是一种用于板上芯片组装 (COB) 的保形塗層的变体。它由一滴特殊配方的环氧树脂或沉积在半导体芯片及其引线键合上的树脂组成,以提供机械支撑并排除可能破坏电路运行的指纹残留物等污染物。它最常用于电子玩具和低端设备。
表面贴装LED经常以板載芯片(COB) 配置出售。在这些器件中,各个二极管安装在一个阵列中,与单独安装 LED(甚至表面贴装类型)相比,该器件能够在更小的整体封装中产生更多的光通量,并具有更大的散热能力在电路板上。
密封金屬包裝在真空管行業開始使用,在該行業中,完全防漏的外殼對于操作至關重要。該行業開發了玻璃密封電饋通,使用諸如可伐合金之類的合金來匹配密封玻璃的膨脹系數,以便在管子升溫時將關鍵金屬-玻璃結合處的機械應力降至最低。後來的一些管子使用金屬外殼和饋通,只有各個饋通周圍的絕緣層使用玻璃。今天,玻璃密封封裝主要用于航空航天領域的關鍵部件和組件,即使在溫度、壓力和濕度發生極端變化的情況下也必須防止泄漏。
對于某些産品,由嵌入平面陶瓷頂蓋和底蓋之間的玻璃漿層中的引線框架組成的封裝比金屬/玻璃封裝更方便,但性能相當。例如陶瓷雙列直插式封裝形式的集成電路芯片,或陶瓷基板上芯片組件的複雜混合組件。這種封裝也可以分爲兩種主要類型:多層陶瓷封裝(如LTCC和HTCC)和壓制陶瓷封裝。
印刷電路主要是一種將組件連接在一起的技術,但它們也提供機械結構。在某些産品中,例如計算機附件板,它們都是存在的結構。這使它們成爲電子包裝領域的一部分。
典型的可靠性鑒定包括以下類型的環境應力:
湿热测试在有温度和湿度的室内进行。它是用于评估产品可靠性的环境压力测试。典型的湿热测试是 85?C 温度和 85% 相对湿度(简称 85?C/85%RH)。在测试过程中,定期取出样品以测试其机械或电气性能。一些与濕熱試驗相关的研究工作可以在参考文献中看到。
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