Confiabilidade em embalagens eletrônicas
O que é vedação hermética e quando ela é necessária?
As vedações herméticas são frequentemente usadas em aplicações em que os componentes eletrônicos ou sistemas eletrônicos precisam funcionar de forma confiável, apesar das altas ou baixas temperaturas, altos níveis de umidade, alta pressão ou produtos químicos agressivos. Eles também são aplicados quando a vida útil, a segurança ou o desempenho estável são de importância crítica.
As vedações evitam a entrada ou o vazamento de umidade ou gases e, ao mesmo tempo, permitem a transmissão de sinais elétricos ou ópticos. Por exemplo, vedações herméticas são usadas para embalar componentes eletrônicos Automotivo que precisam funcionar mesmo quando expostos a altas variações de temperatura e vibrações de acionamento e para componentes eletrônicos de dispositivos médicos que precisam suportar esterilização a vapor.
As vedações herméticas podem ser criadas usando vedação vidro-metal, que combina esses dois materiais para criar conectores elétricos à prova de vácuo, embalagens, condutores ou janelas/lentes ópticas em sistemas ou componentes eletrônicos. Essa abordagem também pode ser usada para embalagens microeletrônicas e pacotes de energia. Embalagens de cerâmica-metal e de cerâmica completa também podem ser usadas para obter hermeticidade.
Uma nova tecnologia chamada microadesão de vidro é outra opção para formar embalagens herméticas ultraminiaturizadas para componentes eletrônicos altamente sensíveis. Ela usa um processo em escala de wafer baseado em laser para fabricar embalagens para implantes médicos, aplicações aeroespaciais ou para embalar MEMS e micro-óptica.
Para saber mais sobre embalagens herméticas, consulte também nosso artigo sobre quando a vedação hermética é útil. Você também pode se aprofundar em uma definição detalhada de hermeticidade, como ela é testada e qual é a diferença entre embalagens herméticas e quase herméticas.
Quais são os vários graus de proteção da embalagem de chips e módulos eletrônicos?
A embalagem eletrônica pode ser realizada em vários níveis, desde o nível do chip, no qual um molde semicondutor é protegido, até um sistema completo que combina vários dispositivos. O nível de proteção também pode variar de pouca a nenhuma proteção até uma embalagem totalmente hermética que pode ser obtida usando materiais inorgânicos e não envelhecidos usando vidro-metalou cerâmica.
Materiais de embalagem não herméticos e seus níveis de proteção:
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Tipo |
Nível de proteção |
Descrição |
Uso/Aplicações |
|---|---|---|---|
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Películas de polímero |
Baixa |
Usados como revestimentos protetores ou encapsulamento, os polímeros de película fina fornecem um baixo nível de proteção contra umidade e poeira. |
Usados principalmente para isolamento elétrico. |
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Compostos de isolamento e encapsulantes |
Baixa |
Epóxi, silicone, poliuretano e acrílico podem ser usados para vedar ou encapsular componentes eletrônicos e podem fornecer níveis moderados de proteção. |
Normalmente aplicados em uma forma líquida ou semelhante a gel e depois endurecidos ou curados. |
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Gabinetes de polímero/plástico |
Baixa a moderada |
Defesa limitada contra poeira e exposição de curto prazo à umidade. Podem não ser adequado para exposições ambientais prolongadas. |
Aplicações comuns para bens eletrônicos de consumo padrão. |
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Revestimentos de película fina conformais |
Baixa a moderada |
Os revestimentos de acrílico, epóxi e silicone e parileno oferecem proteção razoável contra umidade, poeira e alguns produtos químicos. |
Aplicado como películas finas sobre placas de circuito. |
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Anéis O-ring ou gaxetas |
Avançada |
Normalmente feitos de borrachas especializadas (por exemplo, silicone, NBR, EPDM, PTFE), metal ou materiais compostos. Gaxetas e O-rings fornecem um nível sólido de defesa contra umidade, gases e contaminantes. |
Ampla gama de aplicações, onde a vedação, a contenção de fluidos e a proteção ambiental são essenciais. |
Materiais de embalagem hermética e seus níveis de proteção:
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Tipo |
Nível de proteção |
Descrição |
Uso/Aplicações |
|---|---|---|---|
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Alta |
Condutores de metal, embalagens e outras conexões que usam vidro como material de isolamento do condutor oferecem excelente isolamento elétrico. Ao escolher vidros e metais com coeficientes apropriados de expansão térmica, os materiais podem ser firmemente unidos sem usar quaisquer materiais de interface adicionais, criando uma vedação hermética durável e robusta. |
Usado em uma ampla gama de aplicações de embalagens eletrônicas e configurações industriais com requisitos aprimorados de confiabilidade ou desempenho. |
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Vedações cerâmica-metal |
Alta |
A combinação de cerâmica e metal oferece alta condutividade térmica e propriedades de durabilidade mecânica. A ligação hermética entre materiais metálicos e cerâmicos geralmente é obtida usando brasagem ou soldagem. |
Comum em aplicações aeroespaciais, dispositivos médicos e ambientes de alta tensão. |
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Cerâmica multicamada
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Alta |
As estruturas de cerâmica em camadas permitem um design compacto e propriedades elétricas versáteis. As cerâmicas co-queimadas a baixas temperaturas (LTCC) são mais frequentemente usadas para designs complexos, enquanto as cerâmicas co-queimadas a altas temperaturas (HTCC) são adequadas para ambientes agressivos. |
Usada em circuitos integrados, capacitores e componentes eletrônicos miniaturizados. |
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Alta |
Um processo especial de soldagem a laser em temperatura ambiente para wafers de vidro, que permite a fabricação de embalagens de vidro em miniatura, com tamanho de chip. |
Embalagens miniaturizadas para implantes médicos, aplicações aeroespaciais, MEMS e microóptica. |
Como posso obter uma verdadeira impermeabilidade para um dispositivo eletrônico – acima de uma classificação de proteção IP68?
A classificação de proteção de entrada (IP) IP68 indica que um produto ou gabinete tem um alto nível de proteção contra a intrusão de sólidos e líquidos. Isso inclui poeira e água e, portanto, pode ser usado em ambientes onde partículas ou umidade são uma preocupação. Dispositivos com classificação IP68 são comumente encontrados em smartphones à prova d'água e outros bens eletrônicos de consumo, equipamentos industriais e aplicações externas. Embora classificações superiores a IP68 não sejam comumente usadas, a vedação hermética é uma opção se forem necessários níveis mais altos de proteção.
A vedação hermética cria uma vedação estanque a ar e à prova d'água, tipicamente soldando as costuras ou juntas de um gabinete, como um recipiente de metal ou vidro. A vedação hermética é frequentemente usada quando é necessária ou vantajosa uma impermeabilidade muito alta ou praticamente completa a gases e líquidos. Esse frequentemente é o caso em determinados dispositivos médicos, aplicações aeroespaciais ou instrumentos de alta precisão ou mesmo dispositivos de uso pessoal usados para mergulho.
Vantagens e desvantagens da vedação hermética
- A hermeticidade fornece o mais alto nível de proteção contra a intrusão de líquidos, gases, poeira e muito mais.
- Vedações herméticas são normalmente usadas se até mesmo pequenas quantidades de entrada de gás ou umidade podem levar à falha dos componentes eletrônicos.
- A embalagem hermética pode ser benéfica para aplicações com requisitos de alto desempenho, longevidade ou segurança.
- Vedações verdadeiramente herméticas só podem ser produzidas usando materiais inorgânicos e não envelhecidos, inclusive metais, vidros e cerâmicas.
- A hermeticidade pode ser mais complexa e dispendiosa de implementar em comparação com as tecnologias usadas para alcançar IP68.
Para saber mais sobre embalagens herméticas, consulte também nosso artigo sobre quando a vedação hermética é útil. Você também pode se aprofundar em uma definição detalhada de hermeticidade, como ela é testada e qual é a diferença entre embalagens herméticas e quase herméticas.
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Robert Hettler
Chefe de P&D de optoeletrônica