Quality engineer looking at components through a microscope.

エレクトロニックパッケージの信頼性

電子機器が進化し続ける中、部品を格納するパッケージは、その機能を維持する上で重要な役割を果たしています。この情報ページでは、気密パッケージ、電子チップおよびモジュールパッケージの保護等級、熱管理などの信頼性に関して詳しく解説します。電子システムの完全性と耐久性を維持する堅牢なパッケージ設計の基礎についてご紹介します。

気密封止
保護等級
防水性

気密封止

気密封止とは何ですか？また、どのようば場合に必要ですか？

気密封止は、高温または低温、高湿、高圧、腐食性化学物質の条件下においても電子機器が確実に機能する必要がある用途で使用されます。また、耐用年数、安全性、安定した性能が非常に重要な場合にも適用されます。

湿気やガスの侵入や漏れを防ぐと同時に、どのように電気信号や光信号の伝送を可能にするかは、多くのエンジニアが日々直面している課題です。例えば、気密封止は、高温変動や駆動振動にさらされても機能する必要がある自動車用電子機器のパッケージや、蒸気滅菌に耐なければならない医療機器用電子機器に使用されます。

気密封止は、ガラスと金属の封止技術を活用して行うことができます。電子機器は電子システムにおいては、金属とガラスを組み合わせて、真空気密の電気コネクター、パッケージ、フィールドスルー、光学ウインドウ/レンズを製造しています。このアプローチは、マイクロエレクトロニクスパッケージやパワーパッケージにも使用できます。また、気密封止を実現するために、セラミックと金属のパッケージやフルセラミックパッケージを使用することもできます。

ガラスマイクロボンディングと呼ばれる革新的な技術は、高感度電子機器用の超小型気密パッケージを形成するもう1つのオプションです。レーザーベースのウエハスケールプロセスを使用して、医療用インプラント、航空宇宙用途、MEMSやマイクロ光学機器のパッケージを製造します。

気密封止の詳細については、気密封止の有用性に関する記事もご覧ください。また、気密性の詳細な定義、試験方法、気密パッケージと準気密パッケージの違いについてもご確認いただけます。

保護等級

電子チップやモジュールのパッケージには、どのような保護等級がありますか？

電子パッケージは、チップレベルから、様々なデバイスを組み合わせる完全なシステムまで、いくつかのレベルで実現できます。また、保護レベルも、保護機能の非常に低いものから、ガラスと金属、セラミックを使用した無機材または経年劣化しない材料で実現できる気密パッケージまでさまざまです。

非気密パッケージングの材料とその保護レベル：

タイプ	保護レベル	説明	用途
ポリマーフィルム	低	保護コーティングやパッケージとして使用される薄膜ポリマーは、湿気や埃に対しての保護レベルは低くなります。	主に電気絶縁に使用されます。
ポッティング樹脂および封止材	低	エポキシ、シリコーン、ポリウレタン、アクリルは、電子部品の封止に使用することができ、中程度の保護レベルを提供できます。	通常、液状またはゲル状で塗布され、硬化または固化します。
ポリマー / プラスチック製パッケージ	低～中レベル	埃や短時間の湿気への暴露に対する保護は限定的です。長時間の環境暴露には適さない場合があります。	一般的な民生用電子機器に使用されています。
薄膜コンフォーマルコーティング	低～中レベル	アクリル系、エポキシ系、シリコーン系のパリレンコーティングは、湿気や埃、一部の化学薬品から適度に保護します。	回路基板上に薄膜として塗布されます。
Oリングまたはガスケット	高	通常、特殊ゴム（シリコーン、NBR、EPDM、PTFEなど）、金属、または複合材料で作られています。ガスケットと Oリングは、水分、ガス、汚染物質から確実に保護します。	封止、流体の封入、環境保護が重要な幅広い用途。

気密パッケージ材料とその保護レベル：

タイプ	保護レベル	説明	用途
ガラスと金属の封止	高	導体絶縁材料としてガラスを使用する金属製のフィードスルー、パッケージ、およびその他の接続は、優れた電気絶縁性を実現します。適切な熱膨張係数を持つガラスと金属を選択することで、追加のインターフェース材料を使用することなく材料を強固に接合することができ、耐久性のある堅牢な気密封止を形成します。	高い信頼性または高性能が要求される幅広いエレクトロニックパッケージ用途や産業環境で使用されます。
セラミックと金属の封止	高	セラミックと金属の組み合わせにより、高い熱伝導率と機械的耐久性が得られます。金属とセラミック材料の気密接合は、通常、ろう付けまたははんだ付けによって行われます。	航空宇宙、医療機器、高ストレス環境で一般的に使用されます。
多層セラミック	高	積層セラミック構造により、コンパクトな設計と汎用性の高い電気特性を可能にします。低温同時焼成セラミックス（LTCC）は複雑な設計によく使用され、高温同時焼成セラミックス（HTCC）は過酷な環境に適しています。	集積回路、コンデンサ、小型電子部品に使用されます。
オールガラスパッケージ	高	室温でのガラスウエハ用特殊レーザー溶接プロセスにより、チップサイズの小型オールガラスパッケージの製造が可能になります。	医療用インプラント、航空宇宙、 MEMS、マイクロ光学機器向けの小型パッケージ。

防水性

IP68等級以上の電子機器の防水性を実現するにはどうすればよいですか？

IP68の侵入保護（IP）等級は、製品やパッケージが固体や液体の侵入に対して高レベルの保護を備えていることを示します。これには埃や水が含まれるため、粒子や水分が懸念される環境で使用できます。IP68保護等級のデバイスは、防水スマートフォンやその他の民生用電子機器、産業機器、屋外用アプリケーションで一般的に使用されています。一般的にIP68以上の等級は使用されませんが、より高いレベルの保護が必要な場合は、気密封止も選択肢の一つです。

気密封止は、通常、金属やガラスの容器などのパッケージの継ぎ目や接合部を溶接またははんだ付けすることによって、気密性と水密性を高めます。気密封止は、気体や液体に対する非常に高い、またほぼ完全な不透過性が必要な場合によく使用されます。これは、特定の医療機器、航空宇宙機器、高精度機器、ダイビングに使用されるウェアラブルデバイスによく見られます。