La ,fiabilité dans l’emballage électronique
Qu’est-ce que le scellement hermétique et quand est-il nécessaire ?
Les scellements hermétiques sont souvent utilisés dans les applications où l’électronique ou les systèmes électriques doivent fonctionner de manière fiable malgré des températures élevées/basses, des niveaux d’humidité élevés, une pression élevée ou la présence de produits chimiques agressifs. Ils sont également appliqués lorsque la durée de vie, la sécurité ou la stabilité des performances revêtent une importance capitale.
Les scellements empêchent l’intrusion ou la fuite d’humidité ou de gaz en permettant simultanément la transmission de signaux électriques ou optiques. Par exemple, les scellements hermétiques sont utilisés pour emballer l'électronique automobile qui doit fonctionner même lorsqu’elle est exposée à des variations de température élevées et à des vibrations de conduite, et pour les composants électroniques des dispositifs médicaux qui doivent résister à la stérilisation à la vapeur.
Il est possible de créer des joints étanches au moyen du scellage verre-métal hermétique qui combine le métal et le verre pour créer des connecteurs électriques, des emballages, des traversées ou des fenêtres/lentilles optiques étanches au vide dans l'électronique et les systèmes informatiques. Cette approche peut également être utilisée pour les emballages microélectroniques et les groupes électrogènes. Il est également possible d’utiliser des boîtiers céramique-métal ainsi que des boîtiers entièrement en céramique pour obtenir une étanchéité.
Une autre option pour former un emballage hermétique ultra-miniaturisé pour les composants électroniques hautement sensibles est la nouvelle technologie appelée micro-collage du verre. Elle a recours à un procédé à l’échelle du wafer basé sur le laser pour fabriquer des emballages pour les implants médicaux, les applications aérospatiales ou pour emballer des MEMS et des micro-optiques.
Pour en savoir plus sur les emballages hermétiques, veuillez également consulter notre article sur les cas où le scellage hermétique est utile. Vous pouvez également vous plonger dans une définition détaillée de l’herméticité, comment elle est testée et quelle est la différence entre les emballages hermétiques et quasi-hermétiques.
Quels sont les différents degrés de protection des emballages de puces et de modules électroniques ?
L’emballage électronique peut être réalisé à plusieurs niveaux, allant du niveau de puce, dans lequel une matrice semi-conductrice est protégée, à un système complet qui combine différents dispositifs. Le niveau de protection peut également varier d’une protection faible à nulle jusqu’à un emballage entièrement hermétique qui peut être obtenu à l’aide de matériaux inorganiques et non vieillissants en utilisant du verre-métal ou de la céramique.
Matériaux d’emballage non hermétiques et leurs niveaux de protection :
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Type |
Niveau de protection |
Description |
Utilisation/applications |
|---|---|---|---|
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Films polymères |
Faible |
Utilisés comme revêtements de protection ou encapsulation, les polymères à couche mince offrent un faible niveau de protection contre l’humidité et la poussière. |
Utilisés principalement pour l’isolation électrique. |
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Produits d’enrobage et d'encapsulation |
Faible |
L’époxy, le silicone, le polyuréthane et l’acrylique peuvent être utilisés pour sceller ou encapsuler les composants électroniques et peuvent fournir des niveaux de protection modérés. |
Généralement appliqués sous forme liquide ou gélifiée, puis durcis ou polymérisés. |
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Boîtiers en polymère/plastique |
Faible à modéré |
Protection limitée contre la poussière et l’exposition à court terme à l’humidité. Peut ne pas convenir à des expositions environnementales prolongées. |
Généralement utilisés pour les applications électroniques grand public standard. |
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Revêtements en couche mince conformes |
Faible à modéré |
Les revêtements en acrylique, époxy et silicone-parylène offrent une protection raisonnable contre l’humidité, la poussière et certains produits chimiques. |
Appliqués sous forme de films minces sur les cartes de circuit imprimé. |
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Joints d'étanchéité et joints toriques |
Avancé |
Généralement en caoutchoucs spécialisés (par ex. silicone, NBR, EPDM, PTFE), métal ou matériaux composites. Les joints d’étanchéité et les joints toriques offrent un niveau de protection solide contre l’humidité, les gaz et les contaminants. |
Large gamme d’applications, où l’étanchéité, le confinement des fluides et la protection de l’environnement sont essentiels. |
Matériaux d’emballage hermétiques et leurs niveaux de protection :
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Type |
Niveau de protection |
Description |
Utilisation/applications |
|---|---|---|---|
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Élevée |
Les traversées métalliques, les boîtiers et autres connexions qui utilisent du verre comme matériau d’isolation du conducteur offrent une excellente isolation électrique. En choisissant des verres et des métaux avec des coefficients de dilatation thermique appropriés, les matériaux peuvent être assemblés étroitement sans utiliser de matériaux d’interface supplémentaires, créant un joint hermétique durable et robuste. |
Utilisé dans un large éventail d’applications d’emballage électronique et dans des environnements industriels avec des exigences de fiabilité ou de performance accrues. |
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Scellements céramique-métal |
Élevée |
La combinaison de céramique et de métal offre une conductivité thermique élevée et des propriétés de durabilité mécanique. La liaison hermétique entre les matériaux métalliques et céramiques est généralement obtenue par brasage ou brasage. |
Ils sont couramment utilisés dans l’aérospatiale, les dispositifs médicaux et les environnements soumis à de fortes contraintes. |
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Céramique multicouche
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Élevée |
Les structures céramiques en couches permettent une conception compacte et des propriétés électriques polyvalentes. Les céramiques à cuisson simultanée à basse température (LTCC) sont plus souvent utilisées pour les conceptions complexes, tandis que les céramiques à cuisson simultanée à haute température (HTCC) conviennent bien aux environnements difficiles. |
Utilisés dans les circuits intégrés, les condensateurs et les composants électroniques miniaturisés. |
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Élevée |
Un procédé de soudage laser spécial à température ambiante pour les plaquettes de verre, permettant la fabrication d’emballages en verre complet miniatures de la taille d’une puce. |
Emballage miniaturisé pour implants médicaux, l'aérospatiale, les MEMS et la micro-optique. |
Comment obtenir une véritable étanchéité à l’eau pour un appareil électronique, au-delà d’un indice de protection IP68 ?
L’indice de protection IP68 indique qu’un produit ou un boîtier présente un niveau élevé de protection contre la pénétration de solides et de liquides. Cela inclut la poussière et l’eau et peut donc être utilisé dans des environnements où les particules ou l’humidité sont une source de préoccupation. Les appareils certifiés IP68 sont couramment utilisés dans les smartphones étanches et autres appareils électroniques grand public, les équipements industriels et les applications extérieures. Bien que des indices supérieurs à IP68 ne soient généralement pas utilisés, le scellement hermétique est une option si des niveaux de protection supérieurs sont nécessaires.
Le scellement hermétique crée un joint étanche à l’air et à l’eau, généralement en soudant ou en brasant les soudures ou les joints d’un boîtier, tel qu’un récipient métallique ou en verre. Le scellement hermétique est souvent utilisé lorsqu’une imperméabilité très élevée ou pratiquement complète aux gaz et aux liquides est requise ou avantageuse. C’est souvent le cas de certains dispositifs médicaux, de l’aérospatiale, d’instruments de haute précision ou même d’appareils portables utilisés pour la plongée.
Avantages et inconvénients du scellement hermétique
- L’herméticité offre le plus haut niveau de protection contre la pénétration de liquides, de gaz, de poussières, etc.
- Les joints hermétiques sont généralement utilisés lorsque même de petites quantités de gaz ou d’humidité peuvent entraîner un dysfonctionnement des composants électroniques.
- Les emballages hermétiques peuvent offrir des avantages pour les applications ayant des exigences élevées en matière de performances, de longévité ou de sécurité.
- Les scellements véritablement hermétiques ne peuvent être produits qu’à l’aide de matériaux inorganiques et non vieillissants, dont les métaux, le verre et la céramique.
- L’herméticité peut être plus complexe et coûteuse à mettre en œuvre que les technologies utilisées pour atteindre l’indice IP68.
Pour en savoir plus sur les emballages hermétiques, veuillez également consulter notre article sur les cas où le scellage hermétique est utile. Vous pouvez également vous plonger dans une définition détaillée de l’herméticité, comment elle est testée et quelle est la différence entre les emballages hermétiques et quasi-hermétiques.
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Robert Hettler
Directeur R&D Optoélectronique