Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Электронная упаковка - это разработка и производство корпусов для электронных устройств, от отдельных полупроводниковых устройств до полных систем, таких как универсальный компьютер . Упаковка электронной системы должна учитывать защиту от механических повреждений, охлаждения, излучения радиочастотного шума и электростатического разряда.. Стандарты безопасности продукта могут диктовать особые характеристики потребительского продукта, например температуру внешнего корпуса или заземление открытых металлических частей. В прототипах и промышленном оборудовании, изготовленных в небольших количествах, могут использоваться стандартные коммерчески доступные корпуса, такие как каркасы для карточек или сборные коробки. Потребительские устройства для массового рынка могут иметь узкоспециализированную упаковку для повышения потребительской привлекательности. Электронная упаковка - важная дисциплина в области машиностроения.

Дизайн [ править ]

Электронную упаковку можно организовать по уровням:

  • Уровень 0 - «Чип», защищающий неизолированный полупроводниковый кристалл от загрязнения и повреждения.
  • Уровень 1 - Компонент, например конструкция корпуса полупроводника и упаковка других дискретных компонентов.
  • Уровень 2 - Протравленная монтажная плата (печатная плата).
  • Уровень 3 - Сборка, одна или несколько монтажных плат и связанных компонентов.
  • Уровень 4 - Модуль, сборки, интегрированные в общий корпус.
  • Уровень 5 - Система, набор модулей, объединенных для какой-то цели. [1]

Та же самая электронная система может быть упакована как портативное устройство или адаптирована для стационарной установки в приборной стойке или постоянной установки. Упаковка для аэрокосмических, морских или военных систем требует различных критериев проектирования.

Электронная упаковка основана на таких принципах машиностроения, как динамика, анализ напряжений, теплопередача и механика жидкости. Оборудование высокой надежности часто должно выдерживать испытания на падение, вибрацию незакрепленного груза, вибрацию закрепленного груза, экстремальные температуры, влажность, погружение в воду или брызги, дождь, солнечный свет (УФ, ИК и видимый свет), солевой туман, взрывной удар и многое другое. Эти требования выходят за рамки электрического проектирования и взаимодействуют с ним.

Сборка электроники состоит из компонентов устройств, сборок печатных плат (CCA), разъемов, кабелей и компонентов, таких как трансформаторы, источники питания, реле, переключатели и т. Д., Которые могут не устанавливаться на печатной плате.

Многие электротехнические изделия требуют производства больших объемов недорогих деталей, таких как корпуса или крышки, с помощью таких технологий, как литье под давлением, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям и т. Д. Конструкция этих продуктов зависит от метода производства и требует тщательного рассмотрения размеров и допусков, а также конструкции инструментов. Некоторые детали могут быть изготовлены с помощью специальных процессов, таких как литье металлических корпусов из гипса или в песчаные формы.

При разработке электронных продуктов инженеры по электронной упаковке проводят анализ для оценки таких вещей, как максимальные температуры компонентов, структурные резонансные частоты, а также динамические напряжения и прогибы в наихудших условиях окружающей среды. Такие знания важны для предотвращения немедленных или преждевременных отказов электронного продукта.

Соображения по дизайну [ править ]

При выборе методов упаковки дизайнер должен уравновесить множество целей и практических соображений.

  • Опасности, от которых необходимо защищаться: механические повреждения, воздействие погодных условий и грязи, электромагнитные помехи [2] и т. Д.
  • Требования к тепловыделению
  • Компромисс между капитальными затратами на инструмент и удельными затратами
  • Компромисс между временем до первой поставки и производительностью
  • Наличие и возможности поставщиков
  • Дизайн и удобство пользовательского интерфейса
  • Легкость доступа к внутренним частям при необходимости обслуживания
  • Безопасность продукции и соответствие нормативным стандартам
  • Эстетика и другие маркетинговые соображения
  • Срок службы и надежность

Упаковочные материалы [ править ]

Листовой металл [ править ]

Перфорированный и формованный листовой металл - один из старейших видов электронной упаковки. Он может быть механически прочным, обеспечивать электромагнитное экранирование, когда продукт требует этой функции, и легко изготавливаться для прототипов и небольших производственных партий с небольшими затратами на специальную оснастку.

Литой металл [ править ]

Металлические отливки с разборками иногда используются для упаковки электронного оборудования в исключительно суровых условиях, например, в тяжелой промышленности, на борту корабля или глубоко под водой. Отливки из алюминия под давлением встречаются чаще, чем отливки из чугуна или стали.

Обработанный металл [ править ]

Электронные блоки иногда изготавливают путем механической обработки твердых блоков металла, обычно алюминия, в сложные формы. Они довольно распространены в СВЧ-узлах для аэрокосмического использования, где прецизионные линии передачи требуют сложных металлических форм в сочетании с герметичными корпусами. Количество обычно невелико; иногда требуется только одна единица нестандартной конструкции. Стоимость штучных деталей высока, но стоимость специальной оснастки небольшая или отсутствует, а доставка первой части может занять всего полдня. Выбранный инструмент - вертикальный фрезерный станок с числовым программным управлением и автоматическим переводом файлов автоматизированного проектирования (САПР) в командные файлы траектории.

Литой пластик [ править ]

Формованные пластиковые корпуса и конструктивные детали можно изготавливать различными способами, предлагая компромисс между стоимостью детали, стоимостью инструмента, механическими и электрическими свойствами и простотой сборки. Примерами являются литье под давлением, трансферное формование, вакуумное формование и высечка. Pl может подвергаться последующей обработке для получения проводящих поверхностей.

Горшок [ править ]

Основная статья: Горшок (электроника)

Заливка, также называемая «инкапсулированием», заключается в погружении детали или сборки в жидкую смолу с последующим ее отверждением. Другой метод помещает деталь или сборку в форму, в которую заливают заливочный компаунд, и после отверждения форма не удаляется, становясь частью детали или сборки. Заливку можно производить в предварительно сформованной заливочной оболочке или непосредственно в форме. Сегодня он наиболее широко используется для защиты полупроводниковых компонентов от влаги и механических повреждений, а также в качестве механической конструкции, удерживающей вместе выводную рамку и микросхему. В прежние времена это часто использовалось, чтобы препятствовать обратному проектированию патентованных продуктов, построенных в виде модулей печатных схем. Он также обычно используется в высоковольтных изделиях, чтобы позволить расположить детали под напряжением ближе друг к другу (исключая коронные разряды из-за заливочного компаунда)s высокая диэлектрическая прочность), так что продукт может быть меньше. Это также исключает грязь и токопроводящие загрязнения (например, нечистую воду) из чувствительных зон. Другое применение - защита глубоко погружаемых предметов, таких как датчики сонара, от разрушения под экстремальным давлением, путем заполнения всехпустоты . Заливка может быть жесткой или мягкой. Когда требуется заливка без пустот, обычно помещают продукт в вакуумную камеру, пока смола все еще находится в жидком состоянии, выдерживают вакуум в течение нескольких минут, чтобы удалить воздух из внутренних полостей и самой смолы, затем сбрасывают вакуум. . Атмосферное давление сжимает пустоты и выталкивает жидкую смолу во все внутренние пространства. Вакуумная заливка лучше всего работает со смолами, которые отверждаются путем полимеризации, а не испарения растворителя.

Герметизация или пропитка пористости [ править ]

Герметизация пористости или пропитка смолой похожа на заливку, но без оболочки или формы. Детали погружают в полимеризуемый мономер или раствор пластика с низкой вязкостью на основе растворителя. Давление над жидкостью понижается до полного вакуума. После сброса вакуума жидкость втекает в деталь. Когда деталь вынимается из ванны со смолой, ее сливают и / или очищают, а затем отверждают. Отверждение может состоять из полимеризации внутренней смолы или испарения растворителя, в результате чего между различными компонентами напряжения остается изолирующий диэлектрический материал. Герметизация пористости (пропитка смолой) заполняет все внутренние пространства и может оставлять или не оставлять тонкий слой на поверхности, в зависимости от эффективности стирки / полоскания.Основное применение вакуумной пропитки пористой герметизации - повышение диэлектрической прочности трансформаторов, соленоидов, многослойных пакетов или катушек, а также некоторых компонентов высокого напряжения. Это предотвращает образование ионизации между близко расположенными токоведущими поверхностями и инициирование отказа.

Жидкое наполнение [ править ]

Жидкий наполнитель иногда используется как альтернатива заливке или пропитке. Обычно это диэлектрическая жидкость, выбранная из соображений химической совместимости с другими присутствующими материалами. Этот метод используется в основном в очень большом электрическом оборудовании, таком как силовые трансформаторы, для увеличения пробивного напряжения. Его также можно использовать для улучшения теплопередачи, особенно если позволить циркуляцию за счет естественной конвекции или принудительной конвекции через теплообменник. Жидкую начинку удалить для ремонта намного проще, чем заливку.

Конформное покрытие [ править ]

Дополнительная информация: конформное покрытие и парилен.

Конформное покрытие - это тонкое изоляционное покрытие, наносимое различными способами. Обеспечивает механическую и химическую защиту хрупких компонентов. Он широко используется в изделиях массового производства, таких как резисторы с осевыми выводами, а иногда и на печатных платах. Это может быть очень экономично, но довольно сложно добиться стабильного качества процесса.

Glop-top [ править ]

Микросхема на плате (COB), покрытая темной эпоксидной смолой

Glop-top - это вариант конформного покрытия, используемого при сборке микросхемы на плате (COB). Он состоит из капли специально разработанной эпоксидной смолы [3] или смолы, нанесенной на полупроводниковый кристалл и его проволочные соединения, чтобы обеспечить механическую поддержку и исключить загрязнения, такие как остатки отпечатков пальцев, которые могут нарушить работу схемы. Чаще всего он используется в электронных игрушках и недорогих устройствах. [4]

Чип на борту [ править ]

Светодиоды для поверхностного монтажа часто продаются в конфигурациях « чип-на-плате» (COB). В них отдельные диоды монтируются в массив, который позволяет устройству производить большее количество светового потока с большей способностью рассеивать возникающее тепло в общем меньшем корпусе, чем может быть достигнуто путем установки светодиодов, даже типов поверхностного монтажа, по отдельности. на печатной плате. [5]

Герметичные металлические / стеклянные ящики [ править ]

Герметичная металлическая упаковка зародилась в производстве электронных ламп, где абсолютно герметичный корпус имел важное значение для работы. В этой отрасли был разработан электрический проходной канал для стеклянного уплотнения с использованием таких сплавов, как Ковар, чтобы соответствовать коэффициенту расширения герметизирующего стекла, чтобы минимизировать механическое напряжение на критическом соединении металл-стекло при нагревании трубки. В некоторых более поздних трубках использовались металлические корпуса и вводы, и только изоляция вокруг отдельных вводов использовала стекло. Сегодня пакеты со стеклянным уплотнением используются в основном в критических компонентах и ​​узлах для аэрокосмической промышленности, где необходимо предотвращать утечку даже при резких изменениях температуры, давления и влажности.

Герметичные керамические пакеты [ править ]

Пакеты, состоящие из выводной рамки, залитой слоем стекловидной пасты между плоской керамической верхней и нижней крышками, более удобны, чем корпуса из металла / стекла для некоторых продуктов, но обеспечивают эквивалентные характеристики. Примерами являются интегральные микросхемы в керамической форме Dual In-Line Package или сложные гибридные сборки компонентов микросхемы на керамической базовой пластине. Этот тип упаковки также можно разделить на два основных типа: многослойные керамические упаковки (такие как LTCC и HTCC ) и прессованные керамические упаковки.

Печатные сборки [ править ]

Печатные схемы - это в первую очередь технология соединения компонентов вместе, но они также обеспечивают механическую структуру. В некоторых продуктах, например, в дополнительных платах для компьютеров, есть вся структура. Это делает их частью вселенной электронной упаковки.

[1] Электронная упаковка

Оценка надежности [ править ]

Типичная квалификация надежности включает в себя следующие виды воздействий окружающей среды:

  • Записать в
  • Цикл температуры
  • Тепловой удар
  • Паяемость
  • Автоклав
  • Визуальный осмотр
  • Герметичность / влагостойкость
  • Гигротермический тест

Гигротермическое испытание проводится в камерах с температурой и влажностью. Это стресс-тест на окружающую среду, используемый для оценки надежности продукта. Типичный гигротермический тест проводится при температуре 85 ° C и относительной влажности 85% (сокращенно 85 ° C / 85% относительной влажности). Во время испытания образец периодически вынимают для проверки его механических или электрических свойств. Некоторые исследования, связанные с гигротермическими испытаниями, можно увидеть в справочной литературе. [6]

См. Также [ править ]

  • Полупроводниковый корпус
  • Упаковка интегральной схемы
  • Упаковка (значения)
  • Упаковка

Ссылки [ править ]

  1. ^ Майкл Пехт и др., Материалы для электронных упаковок и их свойства , CRC Press, 2017 ISBN  135183004X , Предисловие
  2. ^ Суды, Тошио & Sasaki, Хидеки & Масуд, Норио и Drewniak, Джеймс. (2004). Электромагнитные помехи (EMI) системы на упаковке (SOP). Расширенная упаковка, транзакции IEEE на. 27. 304 - 314. 10.1109 / TADVP.2004.828817.
  3. ^ Венкат Нандивада. «Улучшение электронных характеристик с помощью эпоксидных соединений» . Мир дизайна. 2013.
  4. ^ Джо Келли. « Совершенствование сборки микросхемы на плате ». 2004 г.
  5. ^ Справочник по физике и химии редких земель: включая актиниды . Elsevier Science. 1 августа 2016. с. 89. ISBN 978-0-444-63705-5.
  6. ^ G. Wu et al. «Исследование деградации прочности на сдвиг соединений ACA, вызванной различными условиями гигротермического старения» . Надежность микроэлектроники. 2013.