Electronic Packaging Zuverlässigkeit
Was ist hermetische Versiegelung und wann ist sie sinnvoll?
Hermetische Abdichtungen werden häufig in Bereichen eingesetzt, in denen die Elektronik oder elektronische Systeme trotz hoher oder niedriger Temperaturen, hoher Feuchtigkeit, hohem Druck oder aggressiver Chemikalien zuverlässig funktionieren müssen. Sie werden auch eingesetzt, wenn Lebensdauer, Sicherheit oder stabile Leistung von entscheidender Bedeutung sind.
Die Versiegelungen verhindern das Eindringen bzw. Austreten von Feuchtigkeit oder Gasen und ermöglichen gleichzeitig eine elektrische oder optische Signalübertragung. Hermetische Abdichtungen werden zum Beispiel verwendet, um Automobilelektronik zu verpacken, die auch bei hohen Temperaturschwankungen und Fahrschwingungen funktionieren muss, und für medizinische Geräteelektronik, die einer Dampfsterilisation standhalten muss.
Hermetische Dichtungen können durch hermetische Glas-Metall-Versiegelung hergestellt werden, wobei Metall und Glas zu vakuumdichten elektrischen Steckverbindern, Gehäusen, Durchführungen oder optischen Fenstern/Linsen in Elektronik oder Elektroniksystemen kombiniert werden. Dieser Ansatz kann auch für Mikroelektronikgehäuse und Power Gehäuse angewendet werden. Keramik-Metall- und Vollkeramikgehäuse können ebenfalls verwendet werden, um eine Hermetizität zu erreichen.
Eine neuartige Technologie namens Glas-Micro-Bonding ist eine weitere Möglichkeit, ultraminiaturisierte hermetische Gehäuse für hochempfindliche Elektronik zu bilden. Sie verwendet ein laserbasiertes Wafer-Scale-Verfahren zur Herstellung von Gehäusen für medizinische Implantate, Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt oder zur Verpackung von MEMS und Mikrooptik.
Mehr über hermetische Gehäuse erfahren Sie in unserem Artikel Wann ist hermetische Versiegelung nützlich?. Ein Blick in die detaillierte Definition der Hermetizität zeigt Ihnen, wie sie geprüft wird und was der Unterschied zwischen hermetischen und quasi-hermetischen Gehäusen ist.
Welche Schutzgrade gibt es für Elektronikchip- und Modulgehäuse?
Electronic Packaging kann auf mehreren Ebenen erfolgen, von der Chipebene, auf der ein Halbleiterchip geschützt wird, bis hin zu einem vollständigen System, das verschiedene Geräte kombiniert. Das Schutzniveau kann von geringem oder gar keinem Schutz bis hin zu einem vollständig hermetischen Gehäuse reichen, das mit anorganischen, alterungsbeständigen Materialien aus Glas-Metall oder Keramik erreicht werden kann.
Materialien für nicht hermetische Gehäuse und ihre Schutzgrade:
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Typ |
Schutzstufe |
Beschreibung |
Einsatz / Anwendungen |
|---|---|---|---|
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Polymerfolien |
Niedrig |
Dünnschichtpolymere werden als Schutzbeschichtungen oder Verkapselungen verwendet und bieten einen geringen Schutz gegen Feuchtigkeit und Staub. |
Hauptsächlich zur elektrischen Isolierung. |
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Vergussmassen und Verkapselungsmittel |
Niedrig |
Epoxid, Silikon, Polyurethan und Acryl können zum Abdichten oder Verkapseln elektronischer Komponenten verwendet werden und ein moderates Schutzniveau bieten. |
Wird in der Regel in flüssiger oder gelartiger Form aufgetragen und dann gehärtet oder ausgehärtet. |
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Polymer- / Kunststoffgehäuse |
Niedrig bis mittel |
Begrenzter Schutz gegen Staub und kurzzeitige Einwirkung von Feuchtigkeit. Möglicherweise nicht für längere Umweltexposition geeignet. |
Häufig bei Standardanwendungen in der Unterhaltungselektronik. |
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Konforme Dünnschichtbeschichtungen |
Niedrig bis mittel |
Acryl-, Epoxid- und Silikon-Parylen-Beschichtungen bieten einen angemessenen Schutz vor Feuchtigkeit, Staub und einigen Chemikalien. |
Wird als dünne Schichten auf Leiterplatten aufgetragen. |
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O-Ringe oder Dichtungen |
Fortgeschritten |
In der Regel aus Spezialkautschuk (z. B. Silikon, NBR, EPDM, PTFE), Metall oder Verbundwerkstoffen. Dichtungen und O-Ringe bieten einen zuverlässigen Schutz vor Feuchtigkeit, Gasen und Verunreinigungen. |
Breites Spektrum an Anwendungen, bei denen Abdichtung, Flüssigkeitsauffang und Umweltschutz entscheidend sind. |
Materialien für hermetische Gehäuse und ihre Schutzgrade:
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Typ |
Schutzstufe |
Beschreibung |
Einsatz / Anwendungen |
|---|---|---|---|
|
Hoch |
Metalldurchführungen, Gehäuse und andere Verbindungen, die Glas als Isolationsmaterial für Leiter verwenden, bieten eine ausgezeichnete elektrische Isolierung. Durch die Auswahl von Gläsern und Metallen mit geeigneten Wärmeausdehnungskoeffizienten können die Materialien dicht verbunden werden, ohne dass zusätzliche Schnittstellenmaterialien erforderlich sind, wodurch eine langlebige und robuste hermetische Abdichtung entsteht. |
In einer Vielzahl von Anwendungen des Electronic Packaging und industriellen Umgebungen mit erhöhten Zuverlässigkeits- oder Leistungsanforderungen. |
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Keramik-Metall-Dichtungen |
Hoch |
Die Kombination aus Keramik und Metall bietet eine hohe Wärmeleitfähigkeit und mechanische Beständigkeit. Die hermetische Verbindung zwischen Metall und keramischen Materialien wird in der Regel durch Hartlöten oder Löten hergestellt. |
Häufig in der Luft- und Raumfahrt, Medizinprodukten und Umgebungen mit hoher Belastung. |
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Mehrschichtkeramik
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Hoch |
Schichtkeramikstrukturen ermöglichen eine kompakte Bauweise und vielseitige elektrische Eigenschaften. Low-Temperature Co-Fired Ceramics (LTCC) werden häufiger für komplexe Designs verwendet, während High-Temperature Co-Fired Ceramics (HTCC) für raue Umgebungen geeignet sind. |
In integrierten Schaltungen, Kondensatoren und miniaturisierten elektronischen Komponenten. |
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Hoch |
Ein spezielles Laserschweißverfahren für Glaswafer bei Raumtemperatur, das die Herstellung von Miniatur-Ganzglasgehäusen in Chipgröße ermöglicht. |
Miniaturisierte Gehäuse für medizinische Implantate, Luft- und Raumfahrt, MEMS und Mikrooptik. |
Wie erreiche ich eine echte Wasserdichtigkeit für ein elektronisches Gerät – über die Schutzart IP68 hinaus?
Die Schutzart IP68 zeigt an, dass ein Produkt oder Gehäuse einen hohen Schutz gegen das Eindringen von Feststoffen und Flüssigkeiten bietet. Dies umfasst Staub und Wasser und kann daher in Umgebungen eingesetzt werden, in denen Partikel oder Feuchtigkeit ein Problem darstellen. IP68-zertifizierte Geräte finden sich häufig in wasserdichten Smartphones und anderen Consumer Electronics, Industrieanlagen und Outdoor-Anwendungen. Obwohl höhere Schutzarten als IP68 im Allgemeinen nicht verwendet werden, ist eine hermetische Versiegelung eine Option, wenn ein höheres Schutzniveau erforderlich ist.
Die hermetische Versiegelung erzeugt eine luft- und wasserdichte Abdichtung, typischerweise durch Schweißen oder Löten der Nähte oder Verbindungen eines Gehäuses, wie z. B. eines Metall- oder Glasbehälters. Hermetische Versiegelungen werden häufig eingesetzt, wenn eine sehr hohe oder nahezu vollständige Undurchlässigkeit gegenüber Gasen und Flüssigkeiten erforderlich oder vorteilhaft ist. Dies ist häufig der Fall bei bestimmten Medizinprodukten, in der Luft- und Raumfahrt, bei Hochpräzisionsinstrumenten oder sogar in tragbaren Geräten, die zum Tauchen verwendet werden.
Vorteile und Nachteile der hermetischen Abdichtung
- Hermetizität bietet höchsten Schutz gegen das Eindringen von Flüssigkeiten, Gasen, Staub und mehr.
- Hermetische Versiegelungen werden in der Regel eingesetzt, wenn selbst kleine Mengen eindringender Gase oder Feuchtigkeit zu einer Fehlfunktion der Elektronik führen können.
- Hermetische Gehäuse können für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Leistung, Langlebigkeit oder Sicherheit von Vorteil sein.
- Wirklich hermetische Versiegelungen können nur aus anorganischen, alterungsbeständigen Materialien wie Metallen, Glas und Keramik hergestellt werden.
- Im Vergleich zu den Technologien, die zum Erreichen von IP68 verwendet werden, kann die Umsetzung der Hermetizität komplexer und kostspieliger sein.
Mehr über hermetische Gehäuse erfahren Sie in unserem Artikel Wann ist hermetische Versiegelung nützlich?. Ein Blick in die detaillierte Definition der Hermetizität zeigt Ihnen, wie sie geprüft wird und was der Unterschied zwischen hermetischen und quasi-hermetischen Gehäusen ist.
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Robert Hettler
Head of R&D Opto-electronics