La ,fiabilité dans l’emballage électronique
À mesure que l’électronique évolue, les boîtiers qui protègent les composants jouent un rôle crucial dans leur fonctionnement. Les informations suivantes offrent une description détaillée des éléments garant de la fiabilité, tels que l’emballage hermétique, les niveaux de protection des emballages de puces et de modules électroniques, ainsi que la gestion thermique. Découvrez les fondamentaux de la conception de solutions d’emballage robustes nécessaire à l’intégrité et la longévité des systèmes électroniques.
Qu’est-ce que le scellement hermétique et quand est-il nécessaire ?
Les scellements hermétiques sont essentiels au bon fonctionnement des systèmes éclectroniques et dans des conditions extrêmes telles que des températures élevées ou basses, une humidité élevée, une pression importante, ou en présence de produits chimiques agressifs. Le scellement hermétique assure également la durée de vie, la sécurité et la stabilité des performances de ces systèmes.
Ces scellements empêchent l'intrusion ou la fuite d'humidité et de gaz tout en permettant la transmission de signaux électriques ou optiques. Les scellements hermétiques sont utilisés dans l'électronique automobile dont fonctionnement dans des conditions de fortes variations de température et de vibrations est fondamental. Ils sont également cruciaux pour les composants électroniques des dispositifs médicaux, qui doivent résister à des procédés de stérilisation à la vapeur.
Des joints étanches sont réalisés grâce au scellage verre-métal, qui combine métal et verre pour créer des connecteurs électriques, des emballages, des traversées ou des fenêtres/lentilles optiques étanches au vide dans les systèmes électroniques et informatiques. Cette approche est également applicable aux emballages microélectroniques et aux groupes électrogènes. En outre, des boîtiers en céramique-métal ou entièrement en céramique peuvent être utilisés pour garantir une étanchéité efficace.
La technologie innovante du micro-collage du verre permet de former un emballage hermétique ultra-miniaturisé pour les composants électroniques sensibles. Cette méthode utilise un procédé à l’échelle du wafer, basé sur le laser, pour fabriquer des emballages adaptés aux implants médicaux, aux applications aérospatiales, ou pour les MEMS et les micro-optiques.
Pour en savoir plus sur les emballages hermétiques, consultez notre article sur les domaines d’application du scellage hermétique. Vous y trouverez également une définition détaillée de l’herméticité, des informations sur les tests associés, ainsi qu'une comparaison entre les emballages hermétiques et quasi-hermétiques.
Quels sont les différents degrés de protection des emballages de puces et de modules électroniques ?
L'emballage électronique peut être intégré à plusieurs niveaux, depuis le la puce, où le circuit intégré est protégé, jusqu’à un système complet intégrant divers dispositifs. Le degré de protection peut également varier, allant d'une protection faible ou nulle à un emballage entièrement hermétique. Ce dernier peut être réalisé à l'aide de matériaux inorganiques et non vieillissants, comme le verre-métal ou la céramique.
Matériaux d’emballage non hermétiques et leurs niveaux de protection :
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Type |
Niveau de protection |
Description |
Utilisation/applications |
|---|---|---|---|
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Films polymères |
Faible |
Utilisés comme revêtements de protection ou encapsulation, les polymères à couche mince offrent un faible niveau de protection contre l’humidité et la poussière. |
Principalement pour l’isolation électrique. |
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Produits d’enrobage et d'encapsulation |
Faible |
L’époxy, le silicone, le polyuréthane et l’acrylique peuvent être utilisés pour sceller ou encapsuler les composants électroniques et peuvent fournir des niveaux de protection modérés. |
Généralement appliqués sous forme liquide ou gélifiée, puis durcis ou polymérisés. |
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Boîtiers en polymère/plastique |
Faible à modéré |
Protection limitée contre la poussière et l’exposition à court terme à l’humidité. Peut ne pas convenir à des expositions environnementales prolongées. |
Généralement utilisés pour les applications électroniques grand public standard. |
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Revêtements en couche mince conformes |
Faible à modéré |
Les revêtements en acrylique, époxy et silicone-parylène offrent une protection raisonnable contre l’humidité, la poussière et certains produits chimiques. |
Appliqués sous forme de films minces sur les cartes de circuit imprimé. |
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Joints d'étanchéité et joints toriques |
Avancé |
Généralement en caoutchoucs spécialisés (par ex. silicone, NBR, EPDM, PTFE), métal ou matériaux composites. Les joints d’étanchéité et les joints toriques offrent un niveau de protection solide contre l’humidité, les gaz et les contaminants. |
Large gamme d’applications, où l’étanchéité, le confinement des fluides et la protection de l’environnement sont essentiels. |
Matériaux d’emballage hermétiques et leurs niveaux de protection :
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Type |
Niveau de protection |
Description |
Utilisation/applications |
|---|---|---|---|
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Élevée |
Les traversées métalliques, les boîtiers et autres connexions qui utilisent du verre comme matériau d’isolation du conducteur offrent une excellente isolation électrique. En choisissant des verres et des métaux avec des coefficients de dilatation thermique appropriés, les matériaux peuvent être assemblés étroitement sans utiliser de matériaux d’interface supplémentaires, créant un joint hermétique durable et robuste. |
Utilisé dans un large éventail d’applications d’emballage électronique et dans des environnements industriels avec des exigences de fiabilité ou de performance accrues. |
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Scellements céramique-métal |
Élevée |
La combinaison de céramique et de métal offre une conductivité thermique élevée et des propriétés de durabilité mécanique. La liaison hermétique entre les matériaux métalliques et céramiques est généralement obtenue par brasage ou brasage. |
Ils sont couramment utilisés dans l’aérospatiale, les dispositifs médicaux et les environnements soumis à de fortes contraintes. |
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Céramique multicouche
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Élevée |
Les structures céramiques en couches permettent une conception compacte et des propriétés électriques polyvalentes. Les céramiques à cuisson simultanée à basse température (LTCC) sont plus souvent utilisées pour les conceptions complexes, tandis que les céramiques à cuisson simultanée à haute température (HTCC) conviennent bien aux environnements difficiles. |
Utilisés dans les circuits intégrés, les condensateurs et les composants électroniques miniaturisés. |
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Élevée |
Un procédé de soudage laser spécial à température ambiante pour les plaquettes de verre, permettant la fabrication d’emballages en verre complet miniatures de la taille d’une puce. |
Emballage miniaturisé pour implants médicaux, l'aérospatiale, les MEMS et la micro-optique. |
Comment obtenir une véritable étanchéité à l’eau pour un appareil électronique, au-delà d’un indice de protection IP68 ?
L’indice de protection IP68 atteste qu’un produit ou un boîtier offre une protection élevée contre solides et liquides, notamment la poussière et l’eau. Ces emballages peut être alors installés dans des environnements où la présence de particules ou d’humidité posent problème. Les appareils certifiés IP68 sont couramment utilisés dans les smartphones étanches, d'autres appareils électroniques grand public, ainsi que dans les équipements industriels et les applications extérieures. Bien que niveaude de protection supérieurs à IP68 ne soient généralement pas utilisés, le scellement hermétique constitue une option pertinente lorsque des niveaux de protection accrus sont nécessaires.
Le scellement hermétique permet de créer un joint imperméable à l’air et à l’eau, en soudant ou en brasant les soudures ou les joints d’un boîtier, qu'il soit en métal ou en verre. Cette technique est particulièrement utile lorsqu’une imperméabilité très élevée, voire presque complète, aux gaz et aux liquides est exigée. Cela concerne notamment certains dispositifs médicaux, le domaine de l’aérospatiale, des instruments de haute précision, ainsi que des appareils portables destinés à des activités de plongée.
Avantages et inconvénients du scellement hermétique
Avantages :
- L’herméticité offre le plus haut niveau de protection contre la pénétration de liquides, de gaz, de poussières, etc.
- Les joints hermétiques sont essentiels lorsque même de petites quantités de gaz ou d’humidité peuvent entraîner des dysfonctionnements des composants électroniques.
- Les emballages hermétiques sont particulièrement bénéfiques pour les applications exigeant de hautes performances, une longévité accrue ou une sécurité renforcée.
- Ces scellements ne peuvent être réalisés qu’avec des matériaux inorganiques et non vieillissants, tels que les métaux, le verre et la céramique.
Inconvénients :
- La mise en œuvre de l’herméticité peut s'avérer plus complexe et coûteuse que les technologies permettant d'atteindre un indice IP68.
Pour approfondir vos connaissances sur les emballages hermétiques, consultez notre article sur les situations où le scellement hermétique est bénéfique. Vous pourrez également explorer une définition détaillée de l’herméticité, son mode de test, ainsi que la différence entre les emballages hermétiques et quasi-hermétiques.
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