밀폐형이 정말 밀폐되어야 하는 때는 언제일까요?

밀폐 밀봉 및 패키징은 습기와 가스 침투를 방지하여 조기 구성품 또는 시스템 오류로부터 전자기기를 보호합니다. 그런데, 밀폐성이 실제로 의미하는 바는 무엇이며, 이는 어떻게 정의되고 테스트되며, 밀폐 패키징과 준밀폐 패키징의 차이는 무엇입니까?

"밀폐"는 일반적으로 오용되는 단어입니다. "기밀"과 동의어로 자주 사용되지만, 공식적인 정의는 가스가 새지 않게 하면서 밀봉된 전자기기 포장에 습기와 유해 가스가 침투하지 못하게 하는 밀봉재를 의미합니다. 이것은 똑같이 포장이 가스, 액체 또는 다른 물질이 새는 것을 방지할 수 있음을 의미합니다.

 

습기는 전자기기에 어떤 영향을 미치나요?

전기 하우징 또는 시스템 내부에 아주 적은 양의 수증기도 캡슐화된 전기 또는 광학 부품(예: 반도체 칩)의 성능과 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있습니다. 이러한 이유로 내부 습기를 충분히 낮게 유지해야 합니다. 습기가 민감한 전자기기에 미치는 영향은 심각할 수 있고 구성 부품 또는 전체 시스템의 고장을 유발할 수 있기 때문입니다. 그 효과는 다음과 같습니다

  • 화학적 부식으로 인한 금속 인터커넥트의 손상 유발
  • 도체/핀에서 전기 누설
  • 은과 금의 수지상 성장으로 인한 누전
  • 광자 부품 내의 빛 산란 또는 파장 편이

 

적절한 밀폐 포장 및 밀봉 재료: 유리, 금속, 세라믹

따라서 유리, 금속 및 세라믹으로 만들어진 패키지와 밀봉재만 밀폐형으로 간주합니다. 이들 재료는 모두 무기질이며, 사실상 비노후화되며, 본질적으로 0에 가까운 침투 수준을 갖습니다. 설계 및 애플리케이션에 따라 이러한 재료를 사용하는 고품질 밀폐 포장은 수년 또는 심지어 수십 년 동안 필요한 5000PPM(백만분율) 임계값 이하로 포장 내 수분 레벨을 유지할 수 있습니다(그림 1).

밀폐 유리 대 금속 밀봉

유리를 사용한 밀폐 밀봉은 도체를 안정적이고 투과성이 없는 절연으로 만드는 동시에 전력 또는 신호 전송을 가능하게 합니다.

"밀폐"의 정의

밀폐성을 결정하기 위해 보편적으로 허용되는 테스트는 “MIL-STD-883 테스트 방법 1014”입니다. 전통적으로 군사용, 항공우주 및 클래스 III 의료용 임플란트의 안전 관련 마이크로전자 부품을 테스트하기 위해 개발된 이 방법은 오늘날 자동차 에어백, 산업 및 에너지, 심지어 가전제품을 포함하는 응용 분야에서 신뢰성을 측정하는 데 널리 사용되고 있습니다.

밀폐형으로 분류되려면, 캐비티 패키지 내부의 내부 수분 함량이 기기의 수명 동안 5,000ppm(백만분율)을 초과하지 않아야 합니다. 5000PPM에서 이슬점은 빙점보다 훨씬 아래에 있으므로 부식을 유발하지 않는 잔여 수분을 얼음 결정으로 만듭니다. 이에 비해, 상대적으로 건조한 수분 레벨(예: 8000ppm)에서도 약 5°C의 기온에서 패키지 내부에 응결이 생깁니다.

밀폐 유리 대 금속 밀봉으로 수분 함량이 임계 수준 이하로 유지됨을 보여주는 그래프

그림 1: 밀폐 유리 대 금속 밀봉은 기기의 수명 동안 수분 함량을 임계 수준 이하로 유지하도록 설계되었습니다.

밀폐성 테스트 방법

밀봉된 패키지 또는 시스템의 밀폐성을 테스트하는 가장 일반적인 방법은 "미세 누출" 테스트로, 이 테스트는 추적 가스 헬륨이 패키지에서 빠져나가는 속도를 측정합니다. 이 테스트에서 패키지는 높은 헬륨 압력에 노출되며, 누출이 있을 경우 헬륨 분자가 인클로저로 침투하게 됩니다. 이후 해당 패키지는 헬륨 누출을 감지할 수 있는 진공 테스트 챔버에서 펌핑에 노출됩니다. 측정된 헬륨 누출율에 따라 25°C 및 대기압의 "정상" 작동 조건에서 적용되는 표준 누출율을 계산해야 합니다.

패키지가 헬륨 압력에 충분히 오랫동안 노출되지 않거나 헬륨이 즉시 빠져나가는 지점까지 손상된 경우 미세 누출 감지 테스트는 부품이 기밀 상태라는 잘못된 결론을 내릴 수 있습니다. 이것이 바로 심각한 누출을 감지하는 "기포" 또는 "총 누출" 테스트가 추가로 필요한 이유입니다.

헬륨 테스트 방법을 사용하면 초미세 누출도 감지할 수 있습니다. 그러나 이는 실험실 조건에서만 가능하며 긴 펌핑 및 측정 주기가 필요합니다. 또한 캐비티/용적이 작은 패키지는 용적이 큰 것보다 5000PPM 임계값에 더 빨리 도달하기 때문에 더 높은 지정 기밀성이 필요합니다. 따라서 지정된 밀폐 값은 테스트 조건과 패키지 설계 둘 다에 따라 달라집니다.

 

근밀폐, 준밀폐 또는 비밀폐

"근밀폐", "준밀폐", "근접 밀폐" 또는 "비밀폐" 패키징이라는 용어가 사용되는 경우, 포장이 유리, 금속 및 세라믹과 반대로 고분자 물질 또는 플라스틱(예: 액정 폴리머 또는 LCP)으로 제작되었다는 것을 의미합니다. 포장이 근밀폐 또는 준밀폐로 지칭되는지에 상관없이, 항상 상기 정의에 따라 비밀폐인 것으로 보아야 합니다.

폴리머 및 에폭시: 높은 투과율및 자연 노후화

많은 일상 응용 분야에서 폴리머, 에폭시 또는 PEEK를 밀봉 또는 포장 재료로 사용하지만, 실제 밀폐성을 제공하지 못하며 항상 비밀폐로 생각해야 합니다.

이러한 재료의 중요한 단점은 사실상 유기적이라는 것인데, 이는 곧 본질적으로 높은 투과율을 가지고 있다는 것을 의미합니다. 시간이 지남에 따라 자연적으로 노후화되며 결국 습기가 밀봉된 시스템으로 침투하게 됩니다. 이러한 노후화 과정은 고온, 압력 또는 화학 물질과 같은 환경 영향 아래에서 더욱 빠르게 진행되며 밀봉 재료로 인해 심각한 누설 문제를 초래할 수 있습니다.

또한 경화 과정 중 또는 작동 중에 발생하는 가스는 주변 환경을 손상시켜 증기 압력, 수분 레벨 및 응축의 임계 비율로 이어질 수 있습니다.

실제로 이것은 비밀폐형 패키지가 일반적으로 신뢰성 및 운영 요건이 낮은 애플리케이션에 사용된다는 것을 의미합니다. 반면에 완전히 밀폐된 부품은 향상된 수명, 열악한 환경 안정성, 성능 및 효율성 향상을 위한 요구를 충족시킬 수 있습니다.

낡은 빨래집게
요소에 노출되어 파손되는 빨래집게처럼 폴리머 기반 포장재는 특히 열악한 환경 조건에 노출되면 시간이 지남에 따라 부서지기 쉽고 자연적으로 마모됩니다.

유기 패키지의 경우 헬륨 누출 테스트가 오해의 소지가 있는 이유는 무엇입니까?

폴리머, PEEK 또는 플라스틱으로 제작된 패키지에 대한 헬륨 미세 누출 테스트 방법을 사용하면 다음과 같은 주요한 이유로 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 없습니다. 누출은 측정하지만 투과는 측정하지 않으며 특히 금속, 유리 및 세라믹보다 몇 배나 높은 시간 경과에 따른 유기 물질의 높은 투과율을 설명하지 않습니다. 이는 단지 매우 짧은 테스트 주기에 노출되기 때문에 테스트 시점에 유기 패키지가 충분히 "헬륨 밀폐"될 수 있음을 의미합니다. 고분자 재료는 높은 투과 전도성과 함께 고유한 확산 및 흡수 특성을 가지고 있기 때문에 비밀폐 패키지는 며칠에서 몇 주가 지나면 임계 수분 레벨에 도달할 수 있습니다. 이는 폴리머 구조를 통한 수분 및 기타 가스의 확산으로 인해 발생합니다.

 

결론: 밀폐에 대한 결정

완전 밀폐형 또는 비밀폐형 포장의 선택 여부는 일반적으로 습기 및 유해 가스에 대한 부품의 민감도, 성능 요건, 기술 설계 사양 및 작동 조건에 따라 달라집니다. 종종 기밀성 또는 특정 누설률은 고정된 품질 요건이 아닐 수 있지만 기밀 밀봉은 극한의 온도 또는 압력에 대한 저항, 우수한 수명, 성능 또는 효율에 대한 증가된 요구 또는 이 모든 것과 같은 다른 요구사항을 동시에 충족시키는 요인이 될 수 있습니다.

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연락처.
Elisabeth Fey, Global Marketing Communication Electronic Packaging
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