Versiegeln der Verpackung:Vergießen und Flachband in Schaltern und Relais

Weitere Möglichkeiten zum Erstellen einer luftdichten Versiegelung in elektronischen Geräten

Letztes Mal haben wir über die Bedeutung einer vakuumdichten Versiegelung von Glas zu Metall in elektronischen Produkten gesprochen. In ähnlicher Weise wird in der Fertigung häufig ein als Verguss bezeichnetes Verfahren (auch Verkapselung genannt) verwendet, um ein dicht verschlossenes Gehäuse für elektronische Schaltgeräte zu schaffen, einschließlich des Flachbands in Halbleitern, die in Halbleiterrelais verwendet werden.

Was ist Topfen?

Beim Vergießen wird ein elektronisches Teil oder eine Baugruppe vollständig in eine feste oder gallertartige Verbindung eingeschlossen, um sowohl Stoß- und Vibrationsfestigkeit zu bieten als auch Staub und andere Verunreinigungen sowie Feuchtigkeit und korrosive Mittel fernzuhalten. Das Verfahren beinhaltet normalerweise, dass ein elektronisches Bauteil in ein flüssiges Dielektrikum wie Silikon, Epoxid oder Urethan eingetaucht oder damit eingespritzt und dann ausgehärtet wird. Für ein blasenfreies Vergießen kann ein Produkt in eine Vakuumkammer gelegt werden, während das Harz noch flüssig ist; Das Vakuum wird gezogen und gehalten, um Luft aus den inneren Hohlräumen und dem Harz zu ziehen, und dann gelöst, so dass der atmosphärische Druck die Hohlräume kollabieren lässt und das flüssige Harz in sehr viele Ecken und Ritzen drückt.

Dielektrisches Vergießen wird häufig für die elektronische Leistung und zum Schutz elektronischer Festkörperkomponenten vor umweltbedingten und mechanischen Schäden verwendet. Als zusätzlicher Bonus bietet das Vergießen oft auch die Struktur, die eine Baugruppe zusammenhält.

Flachband und Halbleiter:die Kraft hinter Halbleiterrelais

Viele der heutigen Schaltanwendungen verwenden ein Halbleiterrelais (SSR) zur Steuerung und Vervollständigung von Stromkreisen – mit einem Leistungshalbleitergerät auf einem Flachband, um Ströme bis zu etwa 100 Ampere zu schalten. Halbleiterrelais sind schneller als elektromechanische Relais; Da es keine beweglichen Teile gibt, die sich abnutzen könnten, und keine Kontakte, an denen sich Kohlenstoff ablagern oder ablagern könnte, haben Halbleiterrelais eine längere Lebensdauer und einen konstanten Ausgangswiderstand, unabhängig von der Häufigkeit der Nutzung.

Leistungshalbleiter bestehen aus einzelnen, diskreten Bauelementen oder häufig integrierten Schaltungen, die auf einem Flachband angeordnet sind und als Schalter oder Gleichrichter für Hochstrom- oder Hochspannungsanwendungen, wie z. B. ein Schaltnetzteil, verwendet werden. Einige gebräuchliche Leistungsbauelemente sind Leistungsdioden, Thyristoren, MOSFETs und Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT).

Kühlkörper und Wärmeabfuhr von Halbleitern

Da Halbleiter bei erhöhten Temperaturen nicht gut funktionieren, benötigen die Leistungsbauelemente in SSRs Kühlkörper, um die Wärme abzuführen, die durch hohe Temperaturen und Temperaturwechsel erzeugt wird. Das Verpacken stellt ein Mittel zum Abführen von Wärme von einer Halbleitervorrichtung bereit, indem die Wärme an die äußere Umgebung geleitet wird. Durch das Anbringen eines Leistungsgeräts an einem Kühlkörper wird auch durch Betriebsverluste verursachte Wärme abgeführt. Darüber hinaus trägt die Verpackung dazu bei, Halbleitergeräte weniger empfindlich gegenüber Faktoren wie mechanischen Stößen, Vibrationen, Feuchtigkeit und externen Magnetfeldern zu machen.

Potting wird häufig verwendet, um das Gehäuse für Halbleiterkomponenten herzustellen, einschließlich solcher, die Flachband verwenden. Eine hermetische Verpackung kann auch erreicht werden, indem ein Halbleiterchip in dem Hohlraum einer Verpackung positioniert und ein Vakuum gezogen wird. Das Gehäuse wird dann mit einer Keramik- oder Metallkappe verschlossen.

Wie bei einer Glas-Metall-Versiegelung ist es wichtig sicherzustellen, dass die Wärmeausdehnung des Verpackungsmaterials mit der des Silizium-Halbleiterbauelements kompatibel ist. Ebenso ist es wichtig sicherzustellen, dass das Flachband keine Risse, Brüche oder andere Oberflächenbeschaffenheiten aufweist, die die Integrität der versiegelten Verpackung gefährden könnten. Das Flachband kann einer sorgfältigen Sichtprüfung zusammen mit einer Wirbelstromprüfung (ECT) unterzogen werden, um sicherzustellen, dass es frei von Oberflächen- und Suboberflächenfehlern ist. (Sie können mehr über ECT in unserem vorherigen Blog lesen – oder noch besser, rufen Sie die Metal Cutting Corporation an!)

Wenn das Vergussharz direkt in die elektronische Komponente eingespritzt wird, ist es außerdem wichtig sicherzustellen, dass die Präzisionsfertigungsausrüstung richtig programmiert ist, um das richtige Materialverhältnis zu liefern und ein luftdichtes Gehäuse zu bilden, ohne das empfindliche Halbleiterbauelement darin zu beschädigen .

Versiegelung des Umschlags in Quecksilberschaltern

Ein weiteres häufig vergossenes elektronisches Gerät ist der Quecksilberschalter. Wie der Name schon sagt, verwenden Quecksilberschalter eine kleine Menge flüssiges Quecksilber, um einen Stromkreis zu öffnen und zu schließen. Da selbst ein Quecksilbertropfen sehr empfindlich auf die Schwerkraft reagiert, bietet Quecksilber eine einzigartige Sensorfunktion für einfache Schaltmechanismen mit geringer Kraft.

Quecksilberschalter bestehen aus einem oder mehreren Sätzen elektrischer Kontakte in einer versiegelten Glashülle, die eine Quecksilberperle enthält; die Umhüllung kann auch Luft, ein Inertgas oder ein Vakuum enthalten. Quecksilberschalter schließen oder unterbrechen einen Stromkreis, wenn der Schalter gekippt wird, wodurch das Quecksilber eine Reihe von Kontakten berührt oder sich von ihnen entfernt. Der Schalter kann mehrere Kontaktsätze enthalten, die verschiedene Sätze in verschiedenen Winkeln schließen, um Bewegungen in verschiedene Richtungen zu erfassen.

Da Quecksilber ein giftiges Metall ist, dessen Verwendung und Entsorgung streng reguliert sind, wurden viele frühere Anwendungen für Quecksilberschalter im Laufe der Jahre ersetzt. Beispielsweise wurde ihre Verwendung in Neuwagen – etwa für Lichtsteuerungen und Antiblockiersysteme – in den USA vor mehr als einem Jahrzehnt eingestellt. Quecksilberschalter spielen jedoch immer noch eine wertvolle Rolle in Sicherheitsvorrichtungen wie Neigungsschaltern, die für Überroll- oder Kippwarnungen in Baumaschinen verwendet werden. In Flugzeugen verwenden elektrisch angetriebene Lageanzeiger (auch bekannt als künstliche Horizonte) immer noch Quecksilberschalter, um die Kreiselachse vertikal zu halten. Quecksilberschalter werden in einigen Verkaufsautomaten auch als Kippalarm verwendet, wodurch ein Schalter aktiviert wird, um einen Alarm auszulösen, wenn der Automat geschüttelt oder gekippt wird.

Das luftdichte Endergebnis

Ob es um die Glas-Metall-Verbindung in einer Glühbirne, das vergossene Gehäuse eines Halbleiters mit Flachband in einem Halbleiterrelais oder die Hülle in Quecksilberschaltern geht, es ist entscheidend, sicherzustellen, dass die Versiegelung luftdicht ist . Die Zusammenarbeit mit den richtigen Partnern trägt dazu bei sicherzustellen, dass kritische elektronische Komponenten und Prozesse wie diese entlang der Lieferkette getestet werden, um die gewünschten Endergebnisse zu erzielen.

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