Warum ist eine hermetische Verpackung erforderlich? – Die Environmental Protection Foundation für die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten

1. Warum ist eine hermetische Verpackung erforderlich?

In Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt, Tiefseeforschung, medizinischen Geräten und optischer Kommunikation sind elektronische Komponenten rauen Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit, Salznebel, korrosiven Gasen und extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Feuchtigkeit, Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, Salznebel und andere äußere Substanzen versuchen ständig, in das Innere der Verpackung einzudringen – und jeder einzelne davon kann zum Auslöser für den Ausfall elektronischer Komponenten werden.

Daher muss die Schutzstrategie für elektronische Komponenten alle externen Mediendurchdringungspfade an der Wurzel abschneiden und nicht nur einen lokalen Schutz bieten. Unser Schutzziel ist klar: Den internen Chip effektiv von der Außenumgebung isolieren, um eine äußerst zuverlässige hermetische Abdichtung zu erreichen.

2. Wie heißt „Sealed“ „Sealed Enough“?

Im alltäglichen Gebrauch bedeutet „versiegelt“, dass kein sichtbarer Staub oder Wassertropfen eindringen können. Für die hermetische Versiegelung elektronischer Verpackungen gelten weitaus strengere Standards.

Gemäß MIL-STD-883 Methode 1014 „Seal“ müssen hochzuverlässige Elektronikpakete die festgelegten Testanforderungen für Feinleckraten und Bruttoleckraten erfüllen, wobei typische Feinleckerkennungswerte die Größenordnung von 1×10⁻⁹ Pa·m³/s erreichen. Dies bedeutet, dass selbst bei vorhandenen Leckkanälen durchschnittlich nur eine äußerst geringe Anzahl von Gasmolekülen pro Sekunde durchgelassen wird, wodurch eine echte Abdichtung auf molekularer Ebene erreicht wird.

Angesichts solch hoher Anforderungen stellt sich natürlich die nächste Frage: Welche Materialien können dies leisten?

3. Warum können herkömmliche organische Materialien die hermetischen Anforderungen nicht erfüllen?

Organische Polymermaterialien verfügen über ein freies Volumen zwischen den Molekülketten, durch das kleine Moleküle wie Feuchtigkeit, Sauerstoff und Schwefelwasserstoff nach und nach diffundieren, als würden sie „durch ein Labyrinth navigieren“. Darüber hinaus altern organische Materialien – UV-Strahlung, thermische Oxidation und Hydrolyse führen zum Bruch der Polymerkette, was zu einer kontinuierlichen Verschlechterung der Dichtungsleistung führt.

Materialien, die für hochzuverlässige hermetische Verpackungen verwendet werden, müssen eine dichte Struktur, geringe Permeabilität und Langzeitstabilität aufweisen. Im Bereich hochzuverlässiger hermetischer Verpackungen sind Glas und Keramik die beiden wichtigsten anorganischen Materialien, die sich im Langzeiteinsatz bewährt haben: Glas-Metall-Versiegelung und Keramik-Metall-Versiegelung. Diese Materialien blockieren mit ihren dichten Strukturen auf atomarer Ebene physikalisch die Diffusionskanäle verschiedener Gase und Ionen.

Fazit dieses Abschnitts: Um eine hochzuverlässige hermetische Abdichtung mit geringer Leckrate zu erreichen, ist es normalerweise erforderlich, Glas oder Keramik mit Metall zu verwenden, um eine zuverlässige Dichtungsstruktur zu bilden. Basierend auf dieser zugrunde liegenden Logik hat die Branche zwei Hauptprozesse entwickelt.

[Vorschau auf den nächsten Artikel] Im nächsten Artikel werden wir den ersten Prozess – Glas-zu-Metall-Versiegelung (GTMS) – untersuchen, wie er eine Versiegelung auf molekularer Ebene erreicht.