Warum ist eine luftdichte Verpackung nötig? – Umweltschutzstiftung für die Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten

1. Warum ist eine luftdichte Verpackung nötig?

In Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt, Tiefseeforschung, medizinischen Geräten und optischer Kommunikation sind elektronische Komponenten rauen Umgebungen wie 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, was jeweils zum Auslöser für den Ausfall elektronischer Komponenten werden kann.

Daher muss die Schutzstrategie für elektronische Komponenten die Eindringwege aller externen Medien von der Quelle abschneiden und nicht nur lokalen Schutz bieten. Unser Schutzziel ist klar: den internen Chip effektiv von der Außenumgebung zu isolieren, um eine äußerst zuverlässige luftdichte Abdichtung zu erreichen.

2. Wie kann man es ausreichend „versiegeln“?

„Abdichten“ bedeutet im alltäglichen Gebrauch einfach, das Eindringen von sichtbarem Staub oder Wassertropfen zu verhindern. Für die hermetische Versiegelung elektronischer Verpackungen gelten strengere Standards.

Gemäß der MIL-STD-883-Methode 1014 „Abdichtung“ müssen hochzuverlässige Elektronikgehäuse die festgelegten Testanforderungen für die Feinleckagerate und die Grobleckagerate erfüllen. Der typische Erkennungswert für Feinleckagen liegt in der Größenordnung von 1×10⁻⁹ Pa·m3/s. Dies bedeutet, dass selbst bei Vorhandensein eines Leckagekanals durchschnittlich nur eine sehr kleine Anzahl von Gasmolekülen pro Sekunde durchgelassen wird, um eine echte Abdichtung auf molekularer Ebene zu erreichen.

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

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

Zwischen den Molekülketten organischer Polymermaterialien besteht freies Volumen. Kleine Moleküle wie Feuchtigkeit, Sauerstoff und Schwefelwasserstoff diffundieren nach und nach durch das freie Volumen, ähnlich wie bei einem Spaziergang durch ein Labyrinth. Darüber hinaus kann die Alterung organischer Materialien – UV-Strahlung, thermische Oxidation und Hydrolyse – zum Bruch von Polymerketten führen, was zu einer anhaltenden Verschlechterung der Dichtungsleistung führt.

Materialien für hochzuverlässige luftdichte Verpackungen müssen eine dichte Struktur, geringe Durchlässigkeit und Langzeitstabilität aufweisen. Im Bereich der hochzuverlässigen hermetischen Abdichtung haben sich vor allem zwei anorganische Materialien im Langzeiteinsatz bewährt: Glas und Keramik: Glas-Metall-Dichtungen und Keramik-Metall-Dichtungen. Diese Materialien verfügen über dichte Strukturen auf atomarer Ebene, die die Diffusionskanäle verschiedener Gase und Ionen physikalisch blockieren.

Fazit dieses Abschnitts: Um eine luftdichte Abdichtung mit hoher Zuverlässigkeit und geringer Leckagerate zu erreichen, ist es in der Regel notwendig, Glas oder Keramik und 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 untersuchen, wie der erste Prozess – die Glas-zu-Metall-Versiegelung (GTMS) – eine Versiegelung auf molekularer Ebene erreicht.