Зачем нужна герметичная упаковка? — Фонд защиты окружающей среды и надежности электронных компонентов.

1. Зачем нужна герметичная упаковка?

В таких приложениях, как аэрокосмическая промышленность, глубоководные исследования, медицинское оборудование и оптическая связь, электронные компоненты работают в суровых условиях с высокой влажностью, солевым туманом, агрессивными газами и экстремальными перепадами температур. Влага, кислород, сероводород, солевой туман и другие внешние вещества постоянно пытаются проникнуть внутрь упаковки — каждое из них потенциально может стать причиной отказа электронного компонента.

Следовательно, стратегия защиты электронных компонентов должна отсекать все пути проникновения внешних носителей в корне, а не просто обеспечивать локализованную защиту. Наша цель защиты ясна: эффективно изолировать внутренний чип от внешней среды, чтобы добиться высоконадежной герметизации.

2. Насколько «герметизировано» достаточно?

В повседневном использовании «герметизация» означает просто предотвращение попадания видимой пыли или капель воды. Герметизация электронной упаковки имеет гораздо более строгие стандарты.

В соответствии с MIL-STD-883, метод 1014 «Уплотнение», высоконадежные электронные блоки должны соответствовать указанным требованиям к испытаниям на скорость мелкой и полной утечки, при этом типичные уровни обнаружения мелких утечек достигают порядка величины 1×10⁻⁹ Па·м³/с. Это означает, что даже если каналы утечки существуют, в среднем в секунду через них может проходить лишь чрезвычайно небольшое количество молекул газа, что обеспечивает настоящую герметизацию на молекулярном уровне.

Учитывая столь строгие требования, естественно возникает следующий вопрос: с помощью каких материалов можно этого достичь?

3. Почему традиционные органические материалы не могут соответствовать требованиям герметичности?

Органические полимерные материалы имеют свободный объем между молекулярными цепями, через который небольшие молекулы, такие как влага, кислород и сероводород, постепенно диффундируют, как «путешествуя по лабиринту». Более того, старение органических материалов — УФ-излучение, термическое окисление и гидролиз вызывают разрыв полимерной цепи, что приводит к постоянному ухудшению характеристик герметизации.

Материалы, используемые в герметичной упаковке повышенной надежности, должны обладать плотной структурой, низкой проницаемостью и долговременной стабильностью. В области высоконадежной герметичной упаковки двумя основными неорганическими материалами, проверенными в ходе длительного использования, являются стекло и керамика: уплотнение стекло-металл и уплотнение керамика-металл. Эти материалы с их плотной структурой на атомном уровне физически блокируют диффузионные каналы различных газов и ионов.

Выводы по этому разделу: Для достижения высокой надежности герметизации с низким уровнем утечек обычно необходимо использовать стекло или керамику с металлом для формирования надежной герметизирующей конструкции. Основываясь на этой базовой логике, отрасль разработала два основных процесса.

[Предварительный просмотр следующей статьи] В следующей статье мы рассмотрим первый процесс — сварку стекла с металлом (GTMS) — как он обеспечивает герметизацию на молекулярном уровне.