La fiabilidad en el encapsulado electrónico
¿Qué es el sellado hermético y cuándo es necesario?
Los sellos herméticos se utilizan a menudo en aplicaciones en las que la electrónica o los sistemas electrónicos necesitan funcionar de manera confiable a pesar de reinar temperaturas altas/bajas, niveles de humedad altos, presiones elevadas o en presencia de productos químicos agresivos. También se aplican cuando la vida útil, la seguridad o el desempeño estable son de importancia crítica.
Un reto al que se enfrentan a diario muchos ingenieros es cómo evitar la entrada o la fuga de humedad o gases, al mismo tiempo que se hace posible la transmisión de señales eléctricas u ópticas. Los sellos herméticos se utilizan, por ejemplo, para encapsular componentes electrónicos para automoción, que deben funcionar incluso cuando están expuestos a altas variaciones de temperatura y vibraciones durante la conducción, así como para componentes electrónicos de equipos médicos que deben soportar la esterilización con vapor.
Los sellos herméticos se pueden crear empleando el sellado de vidrio a metal hermético, que combina metal y vidrio para obtener conectores eléctricos herméticos al vacío, encapsulados, conexiones interfaciales o ventanas/lentes ópticas destinadas a electrónicas y sistemas electrónicos. Este enfoque también se puede utilizar para el encapsulado microelectrónico y para encapsulados de potencia. También se pueden utilizar para lograr la hermeticidad encapsulados cerámica a metal y encapsulados enteramente cerámicos.
Otra opción para realizar encapsulados herméticos ultraminiaturizados para componentes electrónicos altamente sensibles es una nueva tecnología llamada microadhesivo para vidrio . Utiliza un proceso a escala de oblea basado en láser para fabricar encapsulados para implantes médicos, aplicaciones aeroespaciales o para encapsular MEMS y microópticas.
Para ampliar información sobre el encapsulado hermético consulte también nuestro artículo sobre cuándo es útil el sellado hermético. También puede profundizar en una definición detallada de la hermeticidad, cómo se verifica y cuál es la diferencia entre los encapsulados herméticos y cuasi herméticos.
¿Cuáles son los diferentes grados de protección de los encapsulados de chips y módulos electrónicos?
El encapsulado electrónico se puede lograr a varios niveles, desde el nivel del chip, en el que se protege una pastilla semiconductora, hasta el de un sistema completo, que combina varios dispositivos. El nivel de protección también puede variar, desde una protección mínima o nula hasta un encapsulado completamente hermético, que se puede obtener utilizando materiales inorgánicos y resistentes al envejecimiento mediante el uso de vidrio a metal o cerámica.
Materiales de encapsulado no herméticos y sus niveles de protección:
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Tipo |
Nivel de protección |
Descripción |
Uso / aplicaciones |
|---|---|---|---|
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Películas de polímero |
Bajo |
Utilizados como recubrimientos protectores o como encapsulado, los polímeros de película fina proporcionan un nivel de protección frente a la humedad y el polvo bajo. |
Se utilizan principalmente para el aislamiento eléctrico. |
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Compuestos de encapsulado y encapsulantes |
Bajo |
Para sellar o encapsular componentes electrónicos se pueden utilizar resinas epoxi, silicona, poliuretano y acrílicos, capaces de proporcionar niveles de protección moderados. |
Normalmente se aplican en forma líquida o de gel, que luego se endurecen o curan. |
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Envolventes de polímero/plástico |
Bajo a moderado |
Protección limitada contra el polvo y la exposición a corto plazo a la humedad. Puede no ser adecuado para exposiciones ambientales prolongadas. |
Se utiliza comúnmente para aplicaciones electrónicas de consumo estándar. |
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Revestimientos de formación de película delgada |
Bajo a moderado |
Los revestimientos acrílicos, epoxi, de silicona y de parileno dotan de una protección razonable contra la humedad, el polvo y algunos productos químicos. |
Se aplican en forma de películas finas sobre las placas de circuito impreso. |
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Juntas tóricas o juntas/empaques |
Avanzado |
Por lo general, se fabrican con cauchos especializados (por ejemplo, silicona, NBR, EPDM, PTFE), metal o materiales compuestos. Los empaques y las juntas tóricas proporcionan un nivel de defensa elevado contra la humedad, los gases y los contaminantes. |
Amplia gama de aplicaciones en las que el sellado, la contención de fluidos y la protección medioambiental son fundamentales. |
Materiales de encapsulado herméticos y sus niveles de protección:
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Tipo |
Nivel de protección |
Descripción |
Uso / aplicaciones |
|---|---|---|---|
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Alto |
Las conexiones interfaciales metálicas, los encapsulados y otras conexiones que utilizan el vidrio como material de aislamiento del conductor ofrecen un excelente aislamiento eléctrico. Eligiendo vidrios y metales con coeficientes de dilatación adecuados se pueden unir estrechamente los materiales sin utilizar ningún material de interfaz adicional y creando un sellado hermético duradero y robusto. |
Se utilizan en una amplia gama de aplicaciones de encapsulado electrónico y entornos industriales con grandes exigencias de fiabilidad y prestaciones. |
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Sellos de cerámica a metal |
Alto |
La combinación de cerámica y metal presenta una alta conductividad térmica y propiedades de durabilidad mecánica. La unión hermética entre el metal y los materiales cerámicos se suele conseguir mediante soldadura fuerte o blanda. |
Son habituales en la industria aeroespacial, equipos médicos y en aplicaciones expuestas a grandes esfuerzos. |
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Cerámica multicapa
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Alto |
Las estructuras cerámicas por capas permiten un diseño compacto y presentan propiedades eléctricas versátiles. Las cerámicas de sinterización a baja temperatura (LTCC) se utilizan con mayor frecuencia para diseños complejos, mientras que las cerámicas de sinterización a alta temperatura (HTCC) son adecuadas para entornos agresivos. |
Se utilizan en circuitos integrados, condensadores y componentes electrónicos miniaturizados. |
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Alto |
Un proceso especial de soldadura láser a temperatura ambiente para obleas de vidrio, que permite la fabricación de encapsulados todo de vidrio en miniatura del tamaño de los chips. |
Encapsulado miniaturizado para implantes médicos, aplicaciones aeroespaciales, MEMS y microóptica. |
¿Cómo puedo lograr una verdadera estanqueidad al agua, por encima del grado de protección IP68, en un dispositivo electrónico?
La clasificación de protección contra entrada IP68 indica que un producto o una envolvente presenta un alto nivel de protección frente a la entrada de partículas sólidas y líquidos. Esto incluye el polvo y el agua y, por lo tanto, permite la utilización en entornos en los que las partículas y la humedad son un problema. Los dispositivos con clasificación IP68 se encuentran comúnmente en smartphones resistentes al agua y otros dispositivos electrónicos de consumo, equipos industriales y aplicaciones al aire libre. Aunque generalmente no se utilizan clasificaciones superiores a IP68, el sellado hermético es una opción cuando se precisan niveles de protección más altos.
Consiste en crear un sellado hermético al aire y al agua, normalmente soldando las costuras o juntas de una envolvente, por ejemplo de una carcasa de metal o vidrio. El sellado hermético se utiliza a menudo cuando se requiere o resulta ventajosa una impermeabilidad muy alta o prácticamente completa frente a gases y líquidos. Este suele ser el caso en ciertos equipos médicos, instrumentos aeroespaciales o de alta precisión, o incluso en dispositivos ponibles utilizados para el buceo.
Ventajas y desventajas del sellado hermético
- La hermeticidad proporciona el máximo nivel de protección frente a la entrada de líquidos, gases, polvo, etc.
- Los sellos herméticos se suelen utilizar cuando incluso pequeñas cantidades de gas o humedad pueden provocar un funcionamiento incorrecto de los componentes electrónicos alojados en el interior del encapsulado.
- El encapsulado hermético puede ser beneficioso para aplicaciones que han de cumplir grandes exigencias de prestaciones, durabilidad o seguridad.
- Los sellos verdaderamente herméticos solo se pueden realizar utilizando materiales inorgánicos y resistentes al envejecimiento, que incluyen metales, vidrios y cerámica.
- La hermeticidad puede ser más compleja y costosa de implementar en comparación con las tecnologías utilizadas para obtener IP68.
Para ampliar información sobre el encapsulado hermético consulte también nuestro artículo sobre cuándo es útil el sellado hermético. También puede profundizar en una definición detallada de la hermeticidad, cómo se verifica y cuál es la diferencia entre los encapsulados herméticos y cuasi herméticos.
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Robert Hettler
Jefe de I + D Optoelectrónica