¿Cuándo es algo hermético, realmente hermético?

¿Cómo afecta la humedad a los componentes electrónicos?

Incluso cantidades muy pequeñas de vapor de agua dentro de una carcasa o un sistema eléctrico pueden comprometer el rendimiento y la fiabilidad de los componentes eléctricos u ópticos encapsulados, por ejemplo, los chips semiconductores. Esta es la razón por la que los niveles de humedad interna deben mantenerse lo suficientemente bajos como para evitar la condensación, ya que sus consecuencias en los componentes electrónicos sensibles pueden ser graves y provocar fallos en los componentes o en todo el sistema. Los efectos incluyen:

• Corrosión química que provoque daños en las interconexiones metálicas
• Fugas eléctricas entre conductores o pasadores
• Cortos eléctricos causados por el crecimiento dendrítico de la plata y el oro
• Dispersión de la luz o deriva en la longitud de onda de los componentes fotónicos

Materiales de envasado y sellado hermético adecuados: vidrio, metal, cerámica

Solo los embalajes fabricados con vidrio, metal y cerámica se consideran herméticos. Todos estos materiales son inorgánicos, prácticamente no envejecen e, inherentemente, tienen niveles de permeación cercanos a cero. Dependiendo del diseño y la aplicación, un empaque hermético de alta calidad que use estos materiales puede mantener los niveles de humedad dentro de un empaque por debajo del umbral requerido de 5000 PPM (partes por millón) durante muchos años o incluso décadas (ver Fig. 1).

Cómo probar la hermeticidad

El método más común para probar la hermeticidad de un envase o sistema sellado es la prueba de "fuga fina", que mide la velocidad a la que el gas trazador helio se escapa de un paquete. En esta prueba, el envase está expuesto a una alta presión de helio que, en caso de fugas, provocaría la penetración de moléculas de helio en la carcasa. Posteriormente, el paquete se expone al bombeo en una cámara de prueba de vacío en la que se puede detectar la salida de helio. Según el índice de fuga de helio medido, se debe calcular el índice de fuga estándar (que se aplicaría en condiciones de funcionamiento "normales" de 25°C y presión atmosférica).

Si el envase no se expone a la presión del helio durante el tiempo suficiente, o si se ve comprometido hasta el punto de que el helio se escapa inmediatamente, la prueba de detección de fugas finas podría llevar a una conclusión incorrecta de que el componente es hermético al gas. Por este motivo, se requiere además una prueba de "burbujas" o "fugas grandes", que detecta cualquier fuga importante.

Con el método de prueba de helio, se pueden detectar incluso fugas ultrafinas. Sin embargo, esto solo es posible en condiciones de laboratorio y requiere largos ciclos de bombeo y medición. Además, los paquetes con cavidades o volúmenes pequeños requieren una hermeticidad al gas especificada más alta, ya que, de lo contrario, alcanzarían el umbral de 5000 PPM más rápido que aquellos con un volumen mayor. Por este motivo, el valor de hermeticidad especificado depende tanto de las condiciones de prueba como del diseño del envase.

Casi hermético, cuasi hermético o no hermético

Cuando se usa el término "casi hermético", "cuasi hermético", "cercano a hermético" o "no hermético", implica que el envase está hecho de materiales poliméricos o plásticos (por ejemplo, polímero de cristal líquido, o LCP), en lugar de vidrios, metales y cerámicas. Independientemente de si un paquete se denomina casi o cuasi hermético, siempre debe considerarse no hermético según la definición anterior.

¿Por qué las pruebas de fugas de helio son engañosas en caso de envases orgánicos?

El uso del método de prueba de fugas finas de helio para envases fabricados con polímeros, PEEK o plásticos no puede proporcionar resultados fiables por una razón importante: mide las fugas, pero no la permeación y, específicamente, no tiene en cuenta la alta tasa de permeabilidad de los materiales orgánicos a lo largo del tiempo, que es varios niveles de magnitud superior a la de los metales, los vidrios y la cerámica. Esto significa que un envase orgánico puede ser lo suficientemente "hermético al helio" en el momento de la prueba, simplemente debido a la exposición a un ciclo de prueba muy corto. Dado que los materiales poliméricos tienen una característica difusiva y absorbente inherente con una alta conductividad de permeación, los envases no herméticos pueden alcanzar niveles críticos de humedad después de un período que va de tan solo unos días a varias semanas. Esto se debe a la difusión de agua y otros gases a través de la estructura polimérica.

Conclusión: decidirse por lo hermético

La decisión de elegir un envase realmente hermético o no hermético suele depender de la sensibilidad de los componentes a la humedad y los gases nocivos, los requisitos de rendimiento, las especificaciones técnicas de diseño y las condiciones de funcionamiento. A menudo, la hermeticidad o un índice de fuga específico no son un requisito de calidad fijo, pero el sellado hermético puede permitir satisfacer otras necesidades, como la resistencia a temperaturas o presiones extremas, una longevidad superior, mayores exigencias en cuanto a rendimiento o eficiencia, o todas ellas al mismo tiempo.