電子包裝
編輯電子包裝是電子設備外殼的設計和生產,范圍從單個半導體設備到完整的系統(例如大型計算機)。電子系統的包裝必須考慮防止機械損壞、冷卻、射頻噪聲發射和靜電放電。產品安全標準可能會規定消費產品的特定功能,例如,外殼溫度或裸露的金屬零件的接地。少量制造的原型和工業設備可能會使用標準化的市售外殼,例如卡籠或預制盒。大眾市場消費設備可能具有高度專業化的包裝,以提高消費者的吸引力。電子包裝是機械工程領域的一門主要學科。
電子包裝的設計
編輯電子包裝可以按級別進行組織:
- 級別0-“芯片”,保護裸露的半導體芯片免受污染和損壞。
- 級別1-組件,例如半導體封裝設計和其他分立組件的封裝。
- 級別2-蝕刻線路板(印刷電路板)。
- 級別3-組裝,一個或多個接線板及相關組件。
- 級別4-模塊,組件集成在整個機箱中。
- 級別5-系統,出于某種目的而組合的一組模塊。
相同的電子系統可以包裝為便攜式設備,也可以固定安裝在儀器機架中或永久安裝。
電子包裝依賴于機械工程原理,例如動力學、應力分析、傳熱和流體力學。高可靠性設備通常必須經受跌落測試、貨物松動、貨物固定振動、極端溫度、濕度、水浸或噴霧、雨水、日光(紫外線、紅外線和可見光)、鹽霧、爆炸沖擊等的影響。這些要求超出了電氣設計的范圍并與之交互。
電子組件由可能未安裝在電路卡上的組件,電路卡組件(CCA)、連接器、電纜和組件(如變壓器、電源、繼電器、開關等)組成。
許多電氣產品要求通過注塑、壓鑄、熔模鑄造等技術制造大批量、低成本零件,例如外殼或蓋子。這些產品的設計取決于生產方法,需要仔細考慮尺寸和公差以及工裝設計。某些零件可以通過專門的工藝制造,例如金屬外殼的石膏和砂鑄。
在電子產品的設計中,電子包裝工程師進行分析以估計諸如最壞情況下的組件的最高溫度,結構共振頻率以及動態應力和撓度之類的情況。這些知識對于防止立即或過早的電子產品故障很重要。
電子包裝設計的注意事項
編輯設計人員在選擇包裝方法時必須權衡許多目標和實際考慮因素。
- 應避免的危險:機械損壞、暴露于天氣和灰塵、電磁干擾等。
- 散熱要求
- 模具資本成本和單位成本之間的權衡
- 首次交付時間與生產率之間的權衡
- 供應商的可用性和能力
- 用戶界面設計和便利性
- 需要維護時易于檢修內部零件
- 產品安全,并符合法規標準
- 美學和其他營銷注意事項
- 使用壽命和可靠性
電子包裝的材料
編輯鈑金
沖壓成型的金屬薄板是最古老的電子包裝類型之一。它具有很強的機械強度,在產品需要該功能時可以提供電磁屏蔽,并且可以輕松地用于原型制造和小批量生產,而無需花費大量定制工具。
鑄鐵
墊片金屬鑄件有時用于包裝電子設備,用于極端惡劣的環境,例如重工業、船上或水下深處。鋁壓鑄件比鐵或鋼砂鑄件更常見。
機加工金屬
電子封裝有時是通過將通常是鋁的金屬固體塊加工成復雜的形狀而制成的。它們在用于航空航天用途,其中精密傳輸線需要復雜的金屬的形狀,與組合微波組件相當常見的氣密密封的外殼。數量往往很少;有時僅需要一個定制設計單元。零件的成本很高,但是定制工具的成本很少或沒有成本,而xxx件零件的交貨時間可能只有半天。首選的工具是數控立式銑床,可將計算機輔助設計(CAD)文件自動轉換為刀具路徑命令文件。
模壓塑料
可以通過多種方法來制造模制的塑料外殼和結構零件,從而在零件成本、模具成本、機械和電氣性能以及易于組裝方面進行權衡。示例是注塑、傳遞模塑、真空成型和模切。可以對P1進行后處理以提供導電表面。
灌裝
灌封也稱為“封裝”,包括將零件或組件浸入液態樹脂中,然后將其固化。另一種方法是將零件或組件放入模具中,然后將灌封料倒入其中,固化后,模具不會移開,成為零件或組件的一部分。灌封可以在預成型的灌封殼中完成,也可以直接在模具中完成。如今,它最廣泛地用于保護半導體組件免受濕氣和機械損傷,并用作將引線框架和芯片固定在一起的機械結構。在更早的時期,它通常被用來阻止對作為印刷電路模塊構建的專有產品的逆向工程。它還常用于高壓產品中,以使帶電部件更緊密地放置在一起(消除了由于灌封化合物引起的電暈放電)。較高的介電強度,因此產品可以較小。這也排除了敏感區域的灰塵和導電污染物(例如不純凈的水)。另一個用途是通過填充所有物體來保護深層物品,例如聲納換能器,使其免于在極端壓力下塌陷。虛空。灌封可以是剛性的也可以是軟的。當需要無空隙的灌封時,通常的做法是將產品放在樹脂仍為液態的真空室中,保持真空幾分鐘,以從內部空腔和樹脂本身中抽出空氣,然后釋放真空。 大氣壓力會使空隙塌陷并迫使液態樹脂進入所有內部空間。真空灌封最適合通過聚合而不是溶劑蒸發固化的樹脂。
孔隙密封或浸漬
孔隙密封或樹脂浸漬類似于灌封,但不使用外殼或模具。零件浸沒在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。釋放真空后,流體流入零件。從樹脂浴中取出零件后,將其排干和/或清洗,然后固化。固化可以包括聚合內部樹脂或蒸發溶劑,從而在不同電壓分量之間留下絕緣電介質材料。孔隙密封(樹脂浸漬)充滿了所有內部空間,視清洗/漂洗性能而定,表面是否可以留有薄涂層。真空浸漬孔隙密封的主要應用是提高變壓器、螺線管、疊片組或線圈以及某些高壓組件的介電強度。它可防止在緊密間隔的帶電表面之間形成電離和引發故障。
液體灌裝
有時將液體填充物用作灌封或浸漬的替代方法。它通常是一種介電液,是為了與存在的其他材料化學相容而選擇的。此方法主要用于大型電氣設備(例如公用事業變壓器)中,以增加擊穿電壓。它也可用于改善熱傳遞,尤其是在自然對流或強制對流通過熱交換器的情況下。與灌封相比,液體填充物的維修容易得多。
保形涂層
保形涂層是通過各種方法施加的薄絕緣涂層。它為易損部件提供機械和化學保護。它被廣泛用于軸向引線電阻器等批量生產的產品,有時還用于印刷電路板上。這可能非常經濟,但是要獲得一致的過程質量有些困難。
頂蓋
Glop-top是板載芯片組件(COB)中使用的保形涂層的一種變體。它由一滴特殊配制的環氧樹脂或樹脂沉積在半導體芯片及其引線鍵合上組成,以提供機械支撐并排除可能破壞電路運行的污染物,例如指紋殘留物。它最常用于電子玩具和低端設備。
板上芯片
表面安裝的LED通常以板載芯片(COB)配置出售。在這種情況下,單個二極管安裝在一個陣列中,與通過單獨安裝LED(甚至是表面安裝類型)可以實現的封裝相比,該器件能夠產生更大量的光通量,并且具有在較小的整體封裝中散發所產生的熱量的能力。
密封金屬/玻璃盒
密封金屬包裝開始在真空管行業中誕生,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件的電氣引線,使用諸如科瓦爾合金之類的合金來匹配密封玻璃的膨脹系數,以便在試管升溫時xxx程度地減小對關鍵金屬-玻璃粘結的機械應力。后來的某些管使用金屬外殼和穿通管,僅單個穿通管周圍的絕緣使用玻璃。如今,玻璃密封包裝主要用于航空航天的關鍵部件和組件中,即使在溫度、壓力和濕度劇烈變化的情況下,也必須防止泄漏。
密封陶瓷包裝
對于某些產品,由嵌入在扁平陶瓷頂蓋和底蓋之間的玻璃糊層中的引線框組成的封裝比金屬/玻璃封裝更方便,但性能卻相當。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復雜混合組件。這種包裝也可以分為兩種主要類型:多層陶瓷包裝(如LTCC和HTCC)和壓制陶瓷包裝。
印刷電路板
印刷電路主要是用于將組件連接在一起的技術,但它們也提供機械結構。在某些產品(例如計算機配件板)中,它們就是所有的結構。這使它們成為電子包裝領域的一部分。
可靠性評估
編輯典型的可靠性認證包括以下類型的環境壓力:
濕熱試驗在具有溫度和濕度的室內進行。這是用于評估產品可靠性的環境壓力測試。典型的濕熱試驗為85°C溫度和85%相對濕度(縮寫為85°C / 85%RH)。在測試過程中,定期取出樣品以測試其機械或電氣性能。
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