التغليف الالكتروني

الموسوعة الحرة

التغليف الإلكتروني هو تصميم وإنتاج علب للأجهزة الإلكترونية التي تتراوح من أجهزة أشباه الموصلات الفردية إلى الأنظمة الكاملة مثل الكمبيوتر المركزي . يجب أن يأخذ تغليف النظام الإلكتروني في الاعتبار الحماية من التلف الميكانيكي والتبريد وانبعاث ضوضاء التردد اللاسلكي والتفريغ الكهروستاتيكي . قد تملي معايير سلامة المنتج ميزات معينة لمنتج استهلاكي، على سبيل المثال، درجة حرارة العلبة الخارجية أو تأريض الأجزاء المعدنية المكشوفة. قد تستخدم النماذج الأولية والمعدات الصناعية المصنوعة بكميات صغيرة علبًا قياسية متوفرة تجاريًا مثل أقفاص البطاقات أو الصناديق الجاهزة. قد تحتوي الأجهزة الاستهلاكية في السوق الشامل على تغليف متخصص للغاية لزيادة جاذبية المستهلك. التغليف الإلكتروني هو تخصص رئيسي في مجال الهندسة الميكانيكية.

تصميم

يمكن تنظيم التغليف الإلكتروني حسب المستويات:

  • المستوى 0 - "الشريحة"، التي تحمي شريحة أشباه الموصلات العارية من التلوث والتلف.
  • المستوى 1 - المكون، مثل تصميم حزمة أشباه الموصلات وتغليف المكونات المنفصلة الأخرى.
  • المستوى 2 - لوحة الأسلاك المحفورة (لوحة الدائرة المطبوعة).
  • المستوى 3 - التجميع، لوحة أو أكثر من لوحات الأسلاك والمكونات المرتبطة بها.
  • المستوى الرابع - الوحدة، التجمعات المتكاملة في حاوية شاملة.
  • المستوى 5 - النظام، مجموعة من الوحدات مجتمعة لغرض ما. [1]

يمكن تعبئة نفس النظام الإلكتروني كجهاز محمول أو تعديله للتثبيت الثابت في رف أدوات أو تثبيت دائم. يفرض التغليف للأنظمة الفضائية أو البحرية أو العسكرية أنواعًا مختلفة من معايير التصميم.

إن تصميم وإنتاج العبوات الإلكترونية هو مجال متعدد التخصصات يعتمد على مبادئ الهندسة الميكانيكية مثل الديناميكيات وتحليل الإجهاد ونقل الحرارة وميكانيكا الموائع والكيمياء وعلم المواد وهندسة العمليات وما إلى ذلك. غالبًا ما يتعين على المعدات عالية الموثوقية أن تنجو من اختبارات السقوط واهتزاز البضائع السائبة واهتزاز البضائع المؤمنة ودرجات الحرارة الشديدة والرطوبة وغمر المياه أو الرش والمطر وأشعة الشمس (الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي) ورذاذ الملح والصدمات المتفجرة وغير ذلك الكثير. تمتد هذه المتطلبات إلى ما هو أبعد من التصميم الكهربائي وتتفاعل معه.

تتكون مجموعة الإلكترونيات من أجهزة مكونة، وتجميعات بطاقات الدائرة (CCA)، وموصلات، وكابلات ومكونات مثل المحولات، ومحولات الطاقة، والمرحلات، والمفاتيح، وما إلى ذلك، والتي قد لا يتم تركيبها على بطاقة الدائرة.

تتطلب العديد من المنتجات الكهربائية تصنيع أجزاء عالية الحجم ومنخفضة التكلفة مثل العلب أو الأغطية باستخدام تقنيات مثل القولبة بالحقن، والصب بالقالب، والصب الاستثماري، وما إلى ذلك. يعتمد تصميم هذه المنتجات على طريقة الإنتاج ويتطلب دراسة متأنية للأبعاد والتسامحات وتصميم الأدوات. يمكن تصنيع بعض الأجزاء من خلال عمليات متخصصة مثل صب العلب المعدنية بالجبس والرمل.

في تصميم المنتجات الإلكترونية، يقوم مهندسو التغليف الإلكتروني بإجراء تحليلات لتقدير أشياء مثل الحد الأقصى لدرجات الحرارة للمكونات، وترددات الرنين الهيكلي، والإجهادات والانحرافات الديناميكية في أسوأ البيئات. وتعد هذه المعرفة مهمة لمنع الأعطال الفورية أو المبكرة للمنتجات الإلكترونية.

اعتبارات التصميم

يجب على المصمم الموازنة بين العديد من الأهداف والاعتبارات العملية عند اختيار طرق التغليف.

  • المخاطر التي يجب الحماية منها: الأضرار الميكانيكية، التعرض للطقس والأوساخ، التداخل الكهرومغناطيسي، [2] وما إلى ذلك.
  • متطلبات تبديد الحرارة
  • المقايضات بين تكلفة رأس مال الأدوات وتكلفة الوحدة
  • الموازنة بين وقت التسليم الأول ومعدل الإنتاج
  • توافر وقدرة الموردين
  • تصميم واجهة المستخدم والراحة
  • سهولة الوصول إلى الأجزاء الداخلية عند الحاجة إليها للصيانة
  • سلامة المنتج والامتثال للمعايير التنظيمية
  • الجماليات واعتبارات التسويق الأخرى
  • عمر الخدمة والموثوقية

مواد التعبئة والتغليف

صفائح معدنية

تعد الصفائح المعدنية المثقوبة والمشكلّة واحدة من أقدم أنواع التغليف الإلكتروني. فهي قوية ميكانيكيًا وتوفر حماية كهرومغناطيسية عندما يتطلب المنتج هذه الميزة، كما أنها سهلة التصنيع للنماذج الأولية وعمليات الإنتاج الصغيرة مع تكاليف تصنيع أدوات مخصصة قليلة.

المعدن المصبوب

تُستخدم أحيانًا الصب المعدني المغلف لتغليف المعدات الإلكترونية في بيئات شديدة القسوة، مثل الصناعات الثقيلة، أو على متن السفن، أو تحت الماء. تعد الصب بالقالب المصنوع من الألومنيوم أكثر شيوعًا من الصب بالرمل المصنوع من الحديد أو الفولاذ.

المعادن المصنعة

تُصنع العبوات الإلكترونية أحيانًا عن طريق تشغيل كتل صلبة من المعدن، عادةً الألومنيوم، بأشكال معقدة. وهي شائعة إلى حد ما في تجميعات الميكروويف للاستخدام في الفضاء، حيث تتطلب خطوط النقل الدقيقة أشكالًا معدنية معقدة، جنبًا إلى جنب مع أغلفة محكمة الغلق . تميل الكميات إلى أن تكون صغيرة؛ في بعض الأحيان تكون وحدة واحدة فقط من التصميم المخصص مطلوبة. تكاليف الأجزاء القطعة مرتفعة، ولكن هناك تكلفة قليلة أو معدومة للأدوات المخصصة، ويمكن أن تستغرق عمليات تسليم القطعة الأولى نصف يوم فقط. الأداة المختارة هي آلة طحن عمودية يتم التحكم فيها رقميًا، مع ترجمة آلية لملفات التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) إلى ملفات أوامر مسار الأداة.

البلاستيك المصبوب

يمكن تصنيع العلب البلاستيكية المصبوبة والأجزاء الهيكلية من خلال مجموعة متنوعة من الطرق، مما يوفر تنازلات في تكلفة القطعة، وتكلفة الأدوات، والخصائص الميكانيكية والكهربائية، وسهولة التجميع. ومن الأمثلة على ذلك القولبة بالحقن، والقولبة بالنقل، والتشكيل بالفراغ، والقطع بالقالب. يمكن معالجة البلاستيك لاحقًا لتوفير أسطح موصلة.

الزرع

تتكون عملية التغليف، والتي تسمى أيضًا "التغليف"، من غمر الجزء أو المجموعة في راتنج سائل، ثم معالجتها. وهناك طريقة أخرى تتمثل في وضع الجزء أو المجموعة في قالب، وسكب مركب التغليف فيه، وبعد المعالجة، لا يتم إزالة القالب، ليصبح جزءًا من الجزء أو المجموعة. يمكن إجراء التغليف في غلاف تغليف مسبق التشكيل، أو مباشرة في قالب. اليوم، يتم استخدامه على نطاق واسع لحماية مكونات أشباه الموصلات من الرطوبة والتلف الميكانيكي، وللعمل كهيكل ميكانيكي يربط إطار الرصاص والشريحة معًا. في الأوقات السابقة، كان يستخدم غالبًا لتثبيط الهندسة العكسية للمنتجات الملكية المبنية كوحدات دوائر مطبوعة. كما يتم استخدامه بشكل شائع في المنتجات ذات الجهد العالي للسماح بوضع الأجزاء الحية بالقرب من بعضها البعض (القضاء على تفريغات الهالة بسبب القوة العازلة العالية لمركب التغليف)، بحيث يمكن أن يكون المنتج أصغر. وهذا يستبعد أيضًا الأوساخ والمواد الملوثة الموصلة (مثل الماء غير النقي) من المناطق الحساسة. هناك استخدام آخر وهو حماية العناصر المغمورة في الأعماق مثل محولات السونار من الانهيار تحت ضغط شديد، وذلك بملء جميع الفراغات. يمكن أن يكون التغليف صلبًا أو ناعمًا. عندما تكون هناك حاجة إلى تغليف خالٍ من الفراغات، فمن الشائع وضع المنتج في حجرة مفرغة من الهواء بينما لا يزال الراتينج سائلاً، والإبقاء على الفراغ لعدة دقائق لسحب الهواء من التجاويف الداخلية والراتينج نفسه، ثم إطلاق الفراغ. يؤدي الضغط الجوي إلى انهيار الفراغات وإجبار الراتينج السائل على دخول جميع الفراغات الداخلية. يعمل التغليف المفرغ من الهواء بشكل أفضل مع الراتنجات التي تتصلب عن طريق البلمرة، بدلاً من تبخر المذيبات.

سد المسامية أو التشريب

إن عملية سد المسام أو تشريب الراتينج تشبه عملية التغليف، ولكنها لا تستخدم غلافًا أو قالبًا. حيث تُغمر الأجزاء في محلول بلاستيكي منخفض اللزوجة أو أحادي قابل للبلمرة يعتمد على المذيب. ويتم خفض الضغط فوق السائل إلى فراغ كامل. وبعد تحرير الفراغ، يتدفق السائل إلى الجزء. وعندما يتم سحب الجزء من حمام الراتينج، يتم تصريفه و/أو تنظيفه ثم معالجته. ويمكن أن تتكون عملية المعالجة من بلمرة الراتينج الداخلي أو تبخير المذيب، مما يترك مادة عازلة بين مكونات الجهد المختلفة. ويملأ سد المسام (تشريب الراتينج) جميع المساحات الداخلية، وقد يترك أو لا يترك طبقة رقيقة على السطح، اعتمادًا على أداء الغسيل/الشطف. والتطبيق الرئيسي لسد المسام بالتشريب بالفراغ هو تعزيز القوة العازلة للمحولات، والملفات اللولبية، وأكوام أو ملفات التصفيح، وبعض مكونات الجهد العالي. ويمنع التأين من التكون بين الأسطح الحية المتقاربة وبدء الفشل.

حشوة سائلة

تُستخدم الحشوة السائلة أحيانًا كبديل للتغليف أو التشريب. وعادةً ما تكون سائلًا عازلًا، يتم اختياره للتوافق الكيميائي مع المواد الأخرى الموجودة. تُستخدم هذه الطريقة غالبًا في المعدات الكهربائية الكبيرة جدًا مثل محولات المرافق، لزيادة جهد الانهيار . ويمكن استخدامها أيضًا لتحسين نقل الحرارة، خاصةً إذا سُمح لها بالتداول عن طريق الحمل الحراري الطبيعي أو الحمل الحراري القسري من خلال مبادل حراري. يمكن إزالة الحشوة السائلة للإصلاح بسهولة أكبر بكثير من التغليف.

طلاء مطابق

الطلاء المطابق هو طلاء عازل رقيق يتم تطبيقه بطرق مختلفة. وهو يوفر الحماية الميكانيكية والكيميائية للمكونات الحساسة. وهو يستخدم على نطاق واسع في العناصر المنتجة بكميات كبيرة مثل المقاومات المحورية، وأحيانًا على لوحات الدوائر المطبوعة. وقد يكون اقتصاديًا للغاية، ولكن من الصعب إلى حد ما تحقيق جودة عملية ثابتة.

قمة الكرة الأرضية

رقاقة على اللوح (COB) مغطاة بالإيبوكسي الداكن

Glob-top هو نوع من الطلاء المطابق المستخدم في تجميع الرقاقة على اللوحة (COB). يتكون من قطرة من الإيبوكسي المصمم خصيصًا [3] أو الراتينج المترسب على شريحة أشباه الموصلات وروابط الأسلاك الخاصة بها، لتوفير الدعم الميكانيكي واستبعاد الملوثات مثل بقايا بصمات الأصابع التي يمكن أن تعطل تشغيل الدائرة. يتم استخدامه بشكل شائع في الألعاب الإلكترونية والأجهزة منخفضة التكلفة. [4]

رقاقة على متن الطائرة

تُباع مصابيح LED المثبتة على السطح بشكل متكرر في تكوينات الشريحة على اللوحة (COB). في هذه التكوينات، يتم تثبيت الثنائيات الفردية في مجموعة تسمح للجهاز بإنتاج كمية أكبر من التدفق الضوئي مع قدرة أكبر على تبديد الحرارة الناتجة في حزمة أصغر حجمًا بشكل عام مما يمكن تحقيقه من خلال تركيب مصابيح LED، حتى الأنواع المثبتة على السطح، بشكل فردي على لوحة دوائر كهربائية. [5]

علب معدنية/زجاجية محكمة الغلق

بدأت العبوات المعدنية المحكمة الغلق حياتها في صناعة الأنابيب المفرغة، حيث كان الغلاف المقاوم للتسرب تمامًا ضروريًا للتشغيل. طورت هذه الصناعة التغذية الكهربائية من خلال الختم الزجاجي، باستخدام سبائك مثل Kovar لمطابقة معامل تمدد الزجاج المانع للتسرب لتقليل الضغط الميكانيكي على الرابطة المعدنية الزجاجية الحرجة مع ارتفاع درجة حرارة الأنبوب. استخدمت بعض الأنابيب اللاحقة علبًا معدنية وقنوات تغذية، واستخدمت الزجاج فقط في العزل حول قنوات التغذية الفردية. اليوم، تُستخدم العبوات المحكمة الغلق الزجاجي في الغالب في المكونات والتجمعات الحرجة للاستخدام في الفضاء الجوي، حيث يجب منع التسرب حتى في ظل التغيرات الشديدة في درجات الحرارة والضغط والرطوبة.

العبوات الخزفية المحكمة

تعتبر العبوات التي تتكون من إطار من الرصاص مدمج في طبقة من عجينة زجاجية بين أغطية سيراميكية مسطحة علوية وسفلية أكثر ملاءمة من العبوات المعدنية/الزجاجية لبعض المنتجات، ولكنها تعطي أداءً مكافئًا. ومن الأمثلة على ذلك رقائق الدوائر المتكاملة في شكل عبوة مزدوجة خطية من السيراميك، أو التجمعات الهجينة المعقدة لمكونات الشريحة على لوحة قاعدة سيراميكية. يمكن أيضًا تقسيم هذا النوع من العبوات إلى نوعين رئيسيين: العبوات الخزفية متعددة الطبقات (مثل LTCC و HTCC ) والعبوات الخزفية المضغوطة.

تجميعات الدوائر المطبوعة

الدوائر المطبوعة هي في الأساس تقنية لربط المكونات معًا، ولكنها توفر أيضًا بنية ميكانيكية. في بعض المنتجات، مثل لوحات ملحقات الكمبيوتر، تكون الدوائر المطبوعة هي البنية الوحيدة الموجودة. وهذا يجعلها جزءًا من عالم التغليف الإلكتروني.

تقييم الموثوقية

يتضمن تأهيل الموثوقية النموذجي الأنواع التالية من الضغوط البيئية:

يتم إجراء الاختبار الرطوبي الحراري في غرف ذات درجة حرارة ورطوبة. وهو اختبار إجهاد بيئي يستخدم في تقييم موثوقية المنتج. الاختبار الرطوبي الحراري النموذجي هو درجة حرارة 85 درجة مئوية ورطوبة نسبية 85٪ (مختصر 85 درجة مئوية / 85٪ رطوبة نسبية). أثناء الاختبار، يتم إخراج العينة بشكل دوري لاختبار خصائصها الميكانيكية أو الكهربائية. يمكن رؤية بعض الأعمال البحثية المتعلقة بالاختبار الرطوبي الحراري في المراجع. [6]

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ مايكل بيشت وآخرون، مواد التغليف الإلكترونية وخصائصها ، مطبعة سي آر سي، 2017، رقم ISBN  135183004X ، المقدمة
  2. ^ Sudo, Toshio & Sasaki, Hideki & Masuda, Norio & Drewniak, James. (2004). التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) للنظام على العبوة (SOP). التغليف المتقدم، معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات. 27. 304 - 314. 10.1109/TADVP.2004.828817.
  3. ^ Nandivada, Venkat (2013-01-16). "تحسين الأداء الإلكتروني باستخدام مركبات الإيبوكسي". Design World . تم الاسترجاع في 2023-02-17 .
  4. ^ كيلي، جو (ديسمبر 2004). "تحسين تجميع الشريحة على اللوحة". empf.com . مؤرشف من الأصل في 2006-09-23.
  5. ^ Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths: Including Actinides. Elsevier Science. 1 أغسطس 2016. ص 89. ISBN 978-0-444-63705-5.
  6. ^ G. Wu et al. "دراسة حول تدهور قوة القص لمفاصل ACA الناجم عن ظروف الشيخوخة الرطبة والحرارية المختلفة". موثوقية الإلكترونيات الدقيقة. 2013.
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=التغليف_الإلكتروني&oldid=1207245183"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate