Embalagens eletrônicas
Bem-vindo ao mundo das embalagens eletrônicas. Se você é novo no assunto ou um engenheiro experiente que procura informações técnicas detalhadas, esta página da web atende a todos os níveis de especialização. Ele serve como um centro de conhecimento, fornecendo um recurso abrangente para uma variedade de públicos: desde engenheiros eletrônicos, fabricantes ou fornecedores até entusiastas da tecnologia.
Se quiser recapitular os princípios básicos, pode começar pelo início. Para aqueles que gostariam de se aprofundar mais, você pode ir diretamente para as tecnologias. Da mesma forma, você pode explorar as subpáginas relacionadas a materiais e design, bem como os aspectos importantes relacionados à confiabilidade.
A seção de tendências futuras oferece uma prévia das emocionantes inovações em embalagens eletrônicas que estão por vir. Para obter informações sobre as soluções de embalagem oferecidas pela SCHOTT, visite a apresentação geral dos principais produtos.
O que são embalagens eletrônicas?
Embalagem eletrônica é um termo que pode ser aplicado tanto aos procedimentos envolvidos na embalagem eletrônica quanto aos produtos finais ou sistemas resultantes desses processos.
Inclui o projeto e a fabricação de estruturas e gabinetes que protegem componentes eletrônicos, dispositivos semicondutores e sistemas contra danos físicos, estresse ambiental e interferência eletromagnética, garantindo que eles funcionem corretamente. Também envolve a seleção dos melhores materiais e design para garantir a durabilidade dos componentes e conferir várias funcionalidades, como a prevenção de descarga eletrostática (ESD).
Hoje em dia, a embalagem de produtos eletrônicos é uma parte importante da vida diária, pois os componentes elétricos, dispositivos e sistemas em que confiamos diariamente – de smartphones a computadores e muito mais – todos exigem algum tipo de embalagem.
Quando a embalagem eletrônica é útil?
A embalagem de componentes eletrônicos é um fator crítico para o desempenho, a segurança e a longevidade de componentes e dispositivos. Aprofunde-se em seus diferentes casos de uso, desde a proteção contra ameaças ambientais até a otimização da funcionalidade, garantindo a segurança e melhorando a experiência do usuário:
Quais são algumas aplicações comuns em que a embalagem eletrônica é importante?
Hoje em dia, as embalagens de produtos eletrônicos são encontradas em quase todos os lugares – desde dispositivos de uso pessoal até satélites que resistem às condições adversas no espaço. Como elas desempenham um papel fundamental em um grande e diversificado número de campos, é impossível listar todos os seus usos em uma única página.
Entre as aplicações comuns estão:
Tecnologia de embalagem eletrônica
Quais são os vários níveis de embalagem de sistemas eletrônicos?
A embalagem de sistemas eletrônicos pode ser classificada em níveis hierárquicos. O nível em que a embalagem ocorre depende de fatores como as necessidades da aplicação, condições ambientais, restrições de tamanho e considerações de custos. Clique nos sinais de mais no gráfico abaixo para saber mais sobre os diferentes níveis.
Nível de wafer
O processo de fabricação de semicondutores geralmente começa com o processamento de um wafer de silício, envolvendo preparação, limpeza e outras etapas para criar circuitos integrados. Essas etapas podem incluir fotolitografia e gravação para definir padrões de circuito. Após esses processos, o wafer é cortado em cubos ou chips individuais, cada um dos quais está pronto para a embalagem de circuito integrado (IC).
Nível 0 – Chip de circuito integrado (IC)
Este nível de embalagem protege ICs individuais, também conhecidos como microchips ou matrizes. Ele pode ser não hermético ou hermético e fornece conexões elétricas ao chip, ao mesmo tempo que o protege contra estresses mecânicos e térmicos. A embalagem hermética fornece o mais alto grau de proteção contra fatores ambientais, enquanto a embalagem não hermética oferece uma opção econômica para casos de uso menos exigentes.
Nível 1 – Componente
Para a embalagem de nível de componente, componentes individuais, como ICs, transistores, diodos e resistores, são fechados em gabinetes de proteção. Isso oferece proteção contra danos físicos, contaminação e interferência eletromagnética. Embalagens herméticas podem ser usadas para soluções personalizadas que atendem a requisitos ambientais, de tamanho, de gerenciamento de calor ou operacionais específicos.
Nível 3 – Módulo
Neste nível, um módulo funcional é fabricado integrando vários componentes, PCBs ou ICs em um único substrato ou placa-mãe. A embalagem de nível de módulo simplifica a montagem e os testes e pode aumentar o desempenho e a confiabilidade de vários tipos de módulos, incluindo módulos de memória, módulos de radiofrequência e módulos de energia.
Nível 4 – Sistema
Para a embalagem de nível de sistema, um sistema ou produto inteiro é colocado em um compartimento ou gabinete de proteção. Vários PCBs, módulos e subsistemas podem ser integrados em um único gabinete para criar sistemas essenciais para bens eletrônicos de consumo, equipamentos industriais e outros produtos complexos.
Nível de wafer
Nível 0 – Chip de circuito integrado (IC)
Nível 1 – Componente
Nível 2 – Placa de circuito impresso (PCB)
Nível 3 – Módulo
Nível 4 – Sistema
Quais são os diferentes tipos de embalagens eletrônicas?
Os tipos de embalagens podem variar de simples gabinetes plásticos a embalagens especializadas de cerâmica ou vidro-metal. A escolha da embalagem depende de muitos fatores, incluindo o tipo e tamanho do componente, requisitos da aplicação, considerações de dissipação de calor, características elétricas e o processo de fabricação. Outra questão importante é se uma vedação totalmente hermética é necessária.
Como são feitas as embalagens eletrônicas?
As embalagens eletrônicas são feitas por meio de uma série de processos de fabricação projetados para envolver e proteger circuitos integrados (ICs) e outros componentes. Ao mesmo tempo, eles precisam fornecer conexões elétricas e garantir a dissipação adequada do calor.
O processo de fabricação varia para
-
Embalagens de IC tradicionais:
Aqui, o chip é colocado diretamente na estrutura de chumbo sem a necessidade de uma cavidade. Materiais epóxi condutivos, ligação eutética ou solda são usados para montar os componentes eletrônicos no respectivo transportador. Em seguida, um processo de ligação de fios ou flip chip é usado para conectar os componentes eletrônicos fechados aos condutores. A etapa final envolve o uso de encapsulamento ou sobremoldagem para garantir que nenhum gás seja deixado entre o chip e o material de encapsulamento. -
Embalagens de cavidade:
Determinados gabinetes, especialmente aqueles usados para componentes ópticos ou sistemas microeletromecânicos (MEMS), podem exigir uma cavidade para segurar ou montar os componentes eletrônicos e ópticos. Os condutores são integrados para permitir que sinais elétricos e energia passem pelo gabinete metálico. O ambiente dentro da embalagem pode ser ar ambiente, ar seco, um gás inerte ou vácuo. Uma vez obtido o ambiente interno desejado, a cavidade é fechada ou vedada.
Principais etapas na fabricação de embalagens eletrônicas tradicionais
- Design e seleção de materiais:
O design da embalagem considera o tipo, o tamanho, a potência e o ambiente do componente. Os materiais, incluindo substrato e interconexões, são escolhidos, juntamente com os componentes de gerenciamento de temperatura. - Fixação da matriz:
Um molde semicondutor, ou chip, é fixado a um substrato ou embalagem usando materiais adesivos, ligação de chip eutética ou soldagem. - Fixação do cabo:
A matriz é conectada aos fios da embalagem com fios finos (geralmente alumínio ou ouro). Esta etapa estabelece as conexões elétricas entre o chip e o mundo externo. - Encapsulamento/vedação:
Os componentes e fios são vedados em resina protetora para proteção contra danos e proteção ambiental. Para vedação hermética, uma cobertura ou tampa metálica é soldada para criar um compartimento estanque a vácuo ao redor dos componentes. - Teste e inspeção:
As embalagens são rigorosamente testadas para garantir a qualidade e o desempenho.
Explore os breves vídeos a seguir para uma análise aprofundada de cada etapa-chave.
Tendências futuras em embalagens eletrônicas
O que está impulsionando o desenvolvimento em embalagens eletrônicas?
Vários fatores influenciam o desenvolvimento de materiais, designs e processos de fabricação para atender às demandas em evolução da indústria eletrônica. Importantes motivadores de inovação incluem miniaturização, confiabilidade e eficiência energética. Apesar da necessidade contínua de aumentar a funcionalidade e o desempenho, também há um impulso simultâneo para reduzir custos.
Quando se trata de tendências específicas, uma é incorporar o máximo de funcionalidade possível diretamente ao chip semicondutor. As abordagens de Sistema em Chip (SoC) e Sistema em Pacote (SiP), por exemplo, estão sendo usadas para integrar uma ampla gama de componentes e funções em chips únicos para aplicações móveis ou da Internet das Coisas.
Quando várias funções são integradas a um chip, apenas um dispositivo – em vez de muitos componentes separados – precisa ser embalado. Isso simplifica o processo geral de embalagem, ao mesmo tempo que aumenta o desempenho, reduz o consumo de energia e diminui o fator de forma geral.
Também há esforços para realizar mais processos de embalagem no nível de wafer, onde vários chips podem ser processados simultaneamente. Isso otimiza a eficiência da produção e a economia geral. Também reduz ainda mais a necessidade de embalagens tradicionais.
Como as embalagens eletrônicas podem atender aos requisitos de miniaturização?
A miniaturização é uma das tendências mais importantes que impulsionam a tecnologia de embalagens eletrônicas hoje em dia. Seja um novo dispositivo médico ou a mais recente tecnologia de uso pessoal, os limites estão sendo ampliados pela necessidade de componentes menores, mais leves e mais eficientes em termos energéticos.
À medida que os dispositivos encolhem continuamente, novas abordagens estão sendo desenvolvidas para criar embalagens leves e compactas, ao mesmo tempo que oferecem proteção superior. Isso inclui empilhamento de chips e embalagem 3D, que otimizam o uso do limitado espaço dentro dos smartphones. À medida que os componentes eletrônicos ficam menores, também se tornou possível integrá-los perfeitamente a tecidos e substratos flexíveis. Isso permite uma variedade de funções completamente novas, como monitorar sinais vitais e melhorar o desempenho atlético. Com essas tecnologias avançadas vem a necessidade de novos tipos de soluções de embalagem especializadas, compactas e biocompatíveis para proteger e integrar esses componentes eletrônicos. O amplo movimento ecologicamente consciente em bens eletrônicos de consumo também trouxe ênfase crescente no uso de materiais sustentáveis.
Conclusão
As embalagens eletrônicas são essenciais não apenas para proteger componentes e dispositivos eletrônicos, mas também para garantir sua funcionalidade e desempenho. Ao abranger também o gerenciamento de calor, conexões eletrônicas, redução de interferência e suporte estrutural, a embalagem eletrônica permite dispositivos eficientes, confiáveis e adequados para uma ampla variedade de setores. À medida que os componentes eletrônicos se tornam cada vez mais integrados à vida diária, as soluções de embalagem continuarão se adaptando à necessidade de melhor desempenho, compacidade e sustentabilidade.
Autor: Robert Hettler, diretor de P&D de optoeletrônica
Referências
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Roth, A. (1994), Vacuum sealing techniques (Técnicas de vedação a vácuo), Oxford
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Blackwell, G. (2017), The Electronic Packaging Handbook (O manual de embalagens eletrônicas), IEEE Press
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Harper, C., Miller, M. (1993), Electronic Packaging, Microelectronics and Interconnection Dictionary (Dicionário de embalagens eletrônicas, microeletrônica e interconexão), McGraw-Hill, Inc.
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John Lau, C.P. Wong, John L. Prince, Wataru Nakayama (1998), Electronic Packaging, Design, Materials, Process and Reliability (Embalagens eletrônicas, design, materiais, processo e confiabilidade), McGraw-Hill, Inc.
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Schneider, S. (1991), Engineered Materials Handbook (Manual de materiais de engenharia, volume 4, cerâmicas e vidros), The Materials Information Society
Robert Hettler
Chefe de P&D de optoeletrônica