전자포장

Electronic packaging

전자 포장은 개별 반도체 소자에서 메인프레임 컴퓨터와 같은 완전한 시스템에 이르는 전자 소자의 인클로저의 설계와 생산이다. 전자 시스템의 포장은 기계적 손상, 냉각, 무선 주파수 소음 방출 및 정전기 방전으로부터 보호를 고려해야 한다. 제품 안전 표준은 예를 들어 외부 케이스 온도 또는 노출된 금속 부품의 접지와 같은 소비자 제품의 특정 특징을 지시할 수 있다. 소량으로 제작된 프로토타입과 산업용 장비는 카드 케이지나 조립식 박스와 같은 표준화된 상업용 인클로저를 사용할 수 있다. 대중 시장 소비자 기기는 소비자의 매력을 증가시키기 위해 고도로 전문화된 포장을 가질 수 있다. 전자 포장은 기계 공학 분야에서 주요한 분야다.

디자인

전자 포장은 수준별로 구성할 수 있다.

  • 레벨 0 - "칩"으로 오염과 손상으로 인한 맨 반도체 다이 보호
  • 레벨 1-반도체 패키지 설계 및 기타 이산형 부품 포장 등 구성품.
  • 레벨 2-에칭된 배선반(인쇄회로기판)
  • 레벨 3- 조립체, 하나 이상의 배선반 및 관련 구성 요소.
  • 레벨 4-모듈, 전체 인클로저에 통합된 어셈블리.
  • 레벨 5-어떤 목적을 위해 결합된 모듈 세트인 시스템.[1]

동일한 전자 시스템을 휴대용 장치로 포장하거나 기기 랙 또는 영구 설치에 고정된 장착용으로 개조할 수 있다. 항공우주, 해양 또는 군사 시스템을 위한 포장은 다른 유형의 설계 기준을 부과한다.

전자 포장은 역학, 응력 분석, 열 전달 및 유체 역학과 같은 기계 공학 원리에 의존한다. 신뢰성이 높은 장비는 낙하 시험, 느슨한 화물 진동, 고정된 화물 진동, 극한의 온도, 습도, 수분 침투 또는 스프레이, 비, 햇빛(UV, IR 및 가시광선), 소금 분무, 폭발 충격, 그리고 그 이상에서 살아남아야 한다. 이러한 요건은 전기 설계 이상으로 확장되며 전기 설계와 상호작용한다.

전자 장치 어셈블리는 회로 카드에 장착되지 않을 수 있는 구성 요소 장치, 회로 카드 어셈블리(CCA), 커넥터, 케이블 및 변압기, 전원 공급 장치, 릴레이, 스위치 등과 같은 구성 요소로 구성된다.

많은 전기 제품들은 사출 성형, 다이 캐스팅, 투자 주조 등과 같은 기법에 의해 인클로저나 커버와 같은 대량 저비용 부품을 제조해야 한다. 이러한 제품의 설계는 생산 방법에 따라 달라지며 치수와 공차 및 툴링 설계에 대한 세심한 검토가 필요하다. 일부 부품은 금속 인클로저의 석고 및 모래 주조와 같은 전문 공정에 의해 제조될 수 있다.

전자 제품 설계에서 전자 포장 엔지니어는 부품의 최대 온도, 구조적 공진 빈도, 최악의 경우 환경에서 동적 응력과 편향 등을 추정하기 위해 분석을 수행한다. 그러한 지식은 즉각적이거나 조기적인 전자 제품 고장을 예방하는 데 중요하다.

설계 고려사항

설계자는 포장 방법을 선택할 때 많은 목적과 실제 고려사항의 균형을 맞추어야 한다.

  • 보호해야 할 위험 요소: 기계적 손상, 날씨 및 먼지에 대한 노출, 전자기 [2]간섭 등
  • 열 방출 요구 사항
  • 툴링 자본 비용과 단위 비용 간의 절충
  • 최초 인도와 생산률 간의 절충
  • 공급업체의 가용성 및 기능
  • 사용자 인터페이스 설계 및 편의성
  • 유지보수를 위해 필요할 때 내부 부품에 쉽게 접근 가능
  • 제품 안전 및 규제 표준 준수
  • 미학 및 기타 마케팅 고려 사항
  • 서비스 수명 및 신뢰성

포장재

판금

펀칭 및 성형된 판금류는 가장 오래된 전자 포장 유형 중 하나이다. 기계적으로 강할 수 있고, 제품이 그러한 기능을 필요로 할 때 전자파 차폐를 제공할 수 있으며, 사용자 지정 툴링 비용이 거의 들지 않고 프로토타입과 소규모 생산 런에 쉽게 만들어진다.

캐스트 메탈

개스킷 금속 주물은 중공업, 선박 또는 깊은 물 속과 같이 예외적으로 심각한 환경을 위한 전자 장비를 포장하는 데 사용되기도 한다. 알루미늄 다이 주물은 철이나 강철 모래 주물보다 더 흔하다.

가공 금속

전자 패키지는 보통 알루미늄인 고체 금속 블록을 복잡한 모양으로 가공하여 만들어지기도 한다. 그것들은 밀폐된 하우징과 결합하여 정밀 전송 라인이 복잡한 금속 모양을 필요로 하는 항공우주용 마이크로파 조립체에서 상당히 흔하다. 수량은 적은 경향이 있다. 때로는 하나의 맞춤 설계 단위만 필요하다. 부품 단가는 높지만 맞춤형 툴링 비용이 거의 또는 전혀 들지 않으며, 첫 제품 배송은 반나절 정도밖에 걸리지 않을 수 있다. 선택 도구는 컴퓨터 보조 설계(CAD) 파일을 도구 경로 명령 파일로 자동 변환하는 수적으로 제어되는 수직 밀링 머신이다.

성형 플라스틱

성형 플라스틱 케이스와 구조 부품은 다양한 방법으로 제작될 수 있으며, 부품 단가, 툴링 비용, 기계적 및 전기적 특성, 조립의 용이성을 제공한다. 사출 성형, 전이 성형, 진공 성형, 다이 커팅 등이 그 예다. PL은 전도성 표면을 제공하기 위해 후처리될 수 있다.

화분

주요기사 : 화분(전자공학)

"응고"라고도 불리는 화분은 액체 수지에 부품이나 조립품을 담가 경화시키는 것으로 구성된다. 또 다른 방법은 부품이나 조립체를 금형에 넣어 화분화합물을 붓고, 경화 후에는 곰팡이가 제거되지 않아 부품이나 조립품의 일부가 된다. 화분은 미리 몰딩한 화분 껍데기에서, 또는 틀에서 직접 할 수 있다. 오늘날에는 반도체 부품을 습기와 기계적 손상으로부터 보호하고, 납골조와 칩을 함께 고정하는 기계 구조 역할을 하는데 가장 널리 사용되고 있다. 초기에는 인쇄 회로 모듈로 제작된 독점 제품의 역엔지니어링을 억제하는 데 종종 사용되었다. 고전압 제품에도 흔히 사용되어 활선 부품을 보다 가깝게 배치(화분 화합물의 높은 유전 강도로 인해 코로나가 배출되는 것을 제거)하여 제품을 더 작게 만들 수 있다. 이것은 또한 민감한 지역에서 먼지와 전도성 오염물질(불순물 등)을 배제한다. 또 다른 용도는 모든 공극을 메워 음파탐지 변환기와 같은 심층부 물체가 극도의 압력으로 무너지지 않도록 보호하는 것이다. 화분은 단단하거나 부드러울 수 있다. 보이드 프리 팟팅이 필요할 때는 수지가 아직 액체 상태일 때 제품을 진공실에 넣고 진공 상태를 몇 분간 유지하여 내부 캐비티와 수지 자체에서 공기를 빼낸 후 진공 상태를 해제하는 것이 일반적이다. 대기압은 공극을 붕괴시키고 액화수지를 모든 내부 공간으로 밀어 넣는다. 진공포팅은 용제 증발보다는 중합에 의해 치료되는 레진과 함께 가장 잘 작동한다.

다공성 밀봉 또는 담금질

다공성 밀봉이나 수지 적출은 화분과 비슷하지만 껍질이나 곰팡이는 사용하지 않는다. 부품은 중합성이 가능한 단일체 또는 용제 기반의 저점도 플라스틱 용액에 담그고 있다. 유체 위의 압력은 완전히 진공으로 내려간다. 진공이 풀리면 유체가 부품으로 흘러 들어간다. 레진 욕조에서 부품을 빼내면 배수 및/또는 세척 후 경화된다. 경화는 내부 수지를 중합하거나 용제를 증발시키는 것으로 구성될 수 있으며, 이는 서로 다른 전압 구성 요소 사이에 절연 유전 물질을 남긴다. 다공성 밀봉(Resin Impulation)은 모든 내부 공간을 채우며, 세척/린 성능에 따라 표면에 얇은 코팅이 남거나 남기지 않을 수 있다. 진공 침투 다공성 밀봉의 주요 적용은 변압기, 솔레노이드, 라미네이션 스택 또는 코일 및 일부 고전압 구성 요소의 유전 강도를 높이는 데 있다. 그것은 촘촘히 간격을 둔 활선 표면과 초기 고장의 사이에 이온화가 형성되는 것을 방지한다.

액상충전

액상충전은 때때로 화분이나 수태의 대안으로 사용된다. 그것은 일반적으로 유전체 액체로, 존재하는 다른 물질과의 화학적 호환성을 위해 선택된다. 이 방법은 주로 유틸리티 변압기와 같은 매우 큰 전기 장비에 사용되어 고장 전압을 증가시킨다. 특히 열교환기를 통한 자연대류나 강제대류에 의해 순환이 허용되는 경우 열전달 개선에도 사용할 수 있다. 액체 충전물은 화분보다 훨씬 쉽게 수리를 위해 제거할 수 있다.

컨포멀 코팅

추가 정보: 컨포멀 코팅 및 파릴렌

컨포멀 코팅은 다양한 방법으로 도포된 얇은 절연 코팅이다. 그것은 섬세한 부품의 기계적, 화학적 보호를 제공한다. 축방향 납 저항기와 같은 대량 생산 품목에 널리 사용되며, 때로는 인쇄 회로 기판에 사용되기도 한다. 매우 경제적일 수 있지만 일관된 공정 품질을 달성하는 것은 다소 어렵다.

글롭톱

다크 에폭시로 덮인 COB(칩온보드)

글로프탑은 COB(Chip-on-board Assembly)에 사용되는 정합성 코팅의 변형이다. 반도체 칩과 그 와이어 본드 위에 침전된 특수 제조 에폭시[3] 또는 수지 한 방울로 구성되어 있어 회로 작동을 방해할 수 있는 지문 잔류물 등의 오염물질을 기계적 지지와 배제한다. 그것은 전자 완구와 로우엔드 장치에 가장 흔하게 사용된다.[4]

칩 온 보드

표면 장착형 LED는 흔히 COB(칩온보드) 구성으로 판매된다. 이 경우 개별 다이오드는 회로 기판에 개별적으로 LED, 심지어 표면 장착형까지 장착하여 달성할 수 있는 것보다 전체적으로 작은 패키지에서 결과 열을 발산하는 능력이 큰 광속을 기기가 더 많이 생성할 수 있도록 배열되어 있다.[5]

헤르메틱 금속/유리 케이스

헤르메틱 금속 포장은 완전히 누수 방지 주택이 작동에 필수적이었던 진공관 산업에서 시작되었다. 이 산업은 튜브가 데워질 때 중요한 금속-유리 접합부의 기계적 응력을 최소화하기 위해 코바 등의 합금을 사용하여 밀봉 유리의 팽창 계수에 맞추어 유리-씰 전기 공급로를 개발했다. 일부 후기 튜브는 금속 케이스와 피드스루를 사용했으며 개별 피드스루 주변의 절연만 유리를 사용했다. 오늘날 유리 실 패키지는 주로 항공우주 사용을 위해 중요한 부품과 조립품에 사용되는데, 온도, 압력, 습도의 극단적인 변화에도 누출을 방지해야 한다.

헤르메틱 세라믹 패키지

평면 세라믹 상단 커버와 하단 커버 사이의 유리 페이스트 레이어에 내장된 리드 프레임으로 구성된 패키지는 일부 제품의 경우 금속/유리 패키지보다 편리하지만 동등한 성능을 제공한다. 세라믹 듀얼 인라인 패키지 형태의 집적회로 칩이나 세라믹 베이스 플레이트에 칩 구성요소의 복합 하이브리드 어셈블리가 그 예다. 이러한 유형의 포장도 다층 세라믹 패키지(LTCC, HTCC 등)와 압착 세라믹 패키지의 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있다.

인쇄 회로 조립체

인쇄 회로는 주로 부품을 서로 연결하는 기술이지만 기계적인 구조도 제공한다. 컴퓨터 액세서리 보드 같은 일부 제품에서는 그것들이 전부 구조다. 이것은 그들을 전자 포장의 우주의 일부로 만든다.

electronic packaging
[1] 전자포장

신뢰성평가

일반적인 신뢰성 검증에는 다음과 같은 유형의 환경 스트레스가 포함된다.

열수 검사는 온도와 습도가 높은 챔버에서 수행한다. 제품 신뢰도 평가에 사용되는 환경 스트레스 테스트다. 대표적인 열수검사는 85℃의 온도와 상대습도(abbr) 85%이다. 85˚C/85%RH). 시험하는 동안 샘플은 주기적으로 채취하여 기계적 또는 전기적 특성을 시험한다. 열수검사와 관련된 일부 연구 작업은 참고문헌에서 확인할 수 있다. [6]

참고 항목

참조

  1. ^ Michael Pecht 외, 전자 포장 재료 및 특성, CRC Press, 2017 ISBN135183004X ,Preface
  2. ^ 스도, 토시오 & 사사키, 히데키 & 마스다, 노리오 & 드루니악, 제임스. (2004). SOP(System-on-Package)의 전자파 간섭(EMI) 고급 포장, IEEE 거래 27. 304 - 314. 10.1109/TADP.2004.828817.
  3. ^ 벤카트 난디바다. "에폭시 화합물로 강화된 전자 성능". 디자인 월드. 2013.
  4. ^ 조 켈리. "기판 조립체에서 칩 개선 중" 2004.
  5. ^ Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths: Including Actinides. Elsevier Science. 1 August 2016. p. 89. ISBN 978-0-444-63705-5.
  6. ^ G. 우 외 "다양한 열열 노화 조건에 의해 유도된 ACA 접합부의 전단 강도 저하에 관한 연구" 마이크로일렉트로닉스 신뢰성. 2013.