電子封裝是電子設(shè)備外殼的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，從單個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備到大型計(jì)算機(jī) 等完整系統(tǒng)。電子系統(tǒng)的封裝必須考慮防止機(jī)械損壞、冷卻、射頻噪聲發(fā)射和靜電放電，產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)可能規(guī)定消費(fèi)產(chǎn)品的特定特性，例如外殼溫度或裸露金屬部件的接地。少量制造的原型和工業(yè)設(shè)備可以使用標(biāo)準(zhǔn)化的市售外殼，例如卡籠或預(yù)制盒。大眾市場(chǎng)消費(fèi)設(shè)備可能具有高度專業(yè)化的包裝，以增加消費(fèi)者的吸引力。電子封裝是機(jī)械工程領(lǐng)域的一門主要學(xué)科。

設(shè)計(jì)（電子元器件外殼的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)）

電子包裝可以按層次組織：

• 0 級(jí) - “芯片”，保護(hù)裸露的半導(dǎo)體芯片免受污染和損壞。
• 級(jí)別 1 - 組件，例如半導(dǎo)體封裝設(shè)計(jì)和其他分立組件的封裝。
• 2 級(jí) - 蝕刻線路板（印刷電路板）。
• 3 級(jí) - 組裝、一個(gè)或多個(gè)接線板和相關(guān)組件。
• 4 級(jí) - 模塊，組件集成在一個(gè)整體外殼中。
• 第 5 級(jí) - 系統(tǒng)，為某種目的而組合的一組模塊。

相同的電子系統(tǒng)可以封裝為便攜式設(shè)備或適用于固定安裝在儀器架或永久安裝中。航空航天、海洋或軍事系統(tǒng)的包裝采用不同類型的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

電子封裝依賴于力學(xué)、應(yīng)力分析、傳熱和流體力學(xué)等機(jī)械工程原理。高可靠性設(shè)備通常必須經(jīng)受住跌落測(cè)試、松散的貨物振動(dòng)、固定的貨物振動(dòng)、極端溫度、濕度、水浸或噴水、雨水、陽(yáng)光（紫外線、紅外線和可見(jiàn)光）、鹽霧、爆炸沖擊等等。這些要求超越了電氣設(shè)計(jì)并與電氣設(shè)計(jì)相互作用。

電子組件由組件設(shè)備、電路卡組件 (CCA)、連接器、電纜和組件（如變壓器、電源、繼電器、開(kāi)關(guān)等）組成，這些組件可能無(wú)法安裝在電路卡上。

許多電氣產(chǎn)品需要通過(guò)注塑、壓鑄、熔模鑄造等技術(shù)制造大批量、低成本的零件，例如外殼或蓋板。這些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)取決于生產(chǎn)方法，需要仔細(xì)考慮尺寸和公差以及工裝設(shè)計(jì)。一些零件可能通過(guò)特殊工藝制造，例如金屬外殼的石膏和砂鑄。

在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，電子封裝工程師進(jìn)行分析以估計(jì)諸如組件的最高溫度、結(jié)構(gòu)諧振頻率以及在最壞情況下的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和變形等。這些知識(shí)對(duì)于防止立即或過(guò)早的電子產(chǎn)品故障很重要。

設(shè)計(jì)考慮

設(shè)計(jì)人員在選擇封裝方法時(shí)必須平衡許多目標(biāo)和實(shí)際考慮因素。

• 要防止的危險(xiǎn)：機(jī)械損壞、暴露于天氣和污垢、電磁干擾^[2]等。
• 散熱要求
• 工具資本成本和單位成本之間的權(quán)衡
• 首次交付時(shí)間和生產(chǎn)率之間的權(quán)衡
• 供應(yīng)商的可用性和能力
• 用戶界面設(shè)計(jì)和便利性
• 需要維護(hù)時(shí)易于接觸內(nèi)部零件
• 產(chǎn)品安全，符合監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)
• 美學(xué)和其他營(yíng)銷考慮
• 使用壽命和可靠性

包裝材料

鈑金

沖壓成型的鈑金是最古老的電子封裝類型之一。它具有機(jī)械強(qiáng)度，在產(chǎn)品需要該功能時(shí)提供電磁屏蔽，并且很容易為原型和小批量生產(chǎn)制造，而定制工具費(fèi)用很少。

鑄造金屬

密封金屬鑄件有時(shí)用于包裝電子設(shè)備以適應(yīng)異常惡劣的環(huán)境，例如重工業(yè)、船上或深水。鋁壓鑄件比鐵或鋼砂鑄件更常見(jiàn)。

機(jī)加工金屬

電子封裝有時(shí)是通過(guò)將實(shí)心金屬塊（通常是鋁）加工成復(fù)雜形狀而制成的。它們?cè)诤娇蘸教煊猛镜奈⒉ńM件中相當(dāng)常見(jiàn)，其中精密傳輸線需要復(fù)雜的金屬形狀，并結(jié)合密封外殼。數(shù)量往往很少；有時(shí)只需要一個(gè)定制設(shè)計(jì)單元。零件成本很高，但定制工具的成本很低或沒(méi)有成本，而且首件交付可能只需半天時(shí)間。選擇的工具是數(shù)控立式銑床，可將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 文件自動(dòng)轉(zhuǎn)換為刀具路徑命令文件。

模壓塑料

模制塑料外殼和結(jié)構(gòu)部件可以通過(guò)多種方法制造，在零件成本、工具成本、機(jī)械和電氣性能以及組裝方便性方面進(jìn)行權(quán)衡。示例是注塑成型、傳遞成型、真空成型和模切。可以對(duì) P1 進(jìn)行后處理以提供導(dǎo)電表面。

灌封

也稱為“封裝”，灌封包括將零件或組件浸入液體樹(shù)脂中，然后將其固化。另一種方法是將零件或組件放入模具中，然后將灌封料倒入其中，固化后，模具不取出，成為零件或組件的一部分。灌封可以在預(yù)成型的灌封殼中進(jìn)行，也可以直接在模具中進(jìn)行。今天，它最廣泛地用于保護(hù)半導(dǎo)體元件免受濕氣和機(jī)械損壞，并用作將引線框架和芯片固定在一起的機(jī)械結(jié)構(gòu)。在早期，它經(jīng)常被用來(lái)阻止對(duì)作為印刷電路模塊構(gòu)建的專有產(chǎn)品的逆向工程。它也常用于高壓產(chǎn)品，以使帶電部件更緊密地放置在一起（消除由于灌封化合物引起的電暈放電）s高介電強(qiáng)度），使產(chǎn)品可以更小。這也排除了敏感區(qū)域的污垢和導(dǎo)電污染物（如不純水）。另一個(gè)用途是通過(guò)填充所有空隙。灌封可以是剛性的或柔軟的。當(dāng)需要無(wú)空隙灌封時(shí)，通常的做法是在樹(shù)脂仍為液體時(shí)將產(chǎn)品置于真空室中，保持真空幾分鐘以將空氣從內(nèi)腔和樹(shù)脂本身中抽出，然后釋放真空. 大氣壓使空隙塌陷并迫使液態(tài)樹(shù)脂進(jìn)入所有內(nèi)部空間。真空灌封最適用于通過(guò)聚合而不是溶劑蒸發(fā)固化的樹(shù)脂。

孔隙率密封或浸漬

孔隙密封或樹(shù)脂浸漬類似于灌封，但不使用外殼或模具。零件浸入可聚合單體或溶劑型低粘度塑料溶液中。流體上方的壓力降低到完全真空。釋放真空后，流體流入零件。當(dāng)部件從樹(shù)脂浴中取出時(shí)，將其排干和/或清潔，然后固化。固化可以包括聚合內(nèi)部樹(shù)脂或蒸發(fā)溶劑，從而在不同電壓組件之間留下絕緣介電材料。孔隙密封（樹(shù)脂浸漬）填充所有內(nèi)部空間，并且可能會(huì)或可能不會(huì)在表面上留下薄涂層，具體取決于洗滌/漂洗性能。真空浸漬孔隙密封的主要應(yīng)用是提高變壓器、螺線管、疊層或線圈以及一些高壓元件的介電強(qiáng)度。它可以防止在緊密間隔的帶電表面之間形成電離并引發(fā)故障。

液體填充

液體填充有時(shí)用作灌封或浸漬的替代方法。它通常是介電流體，選擇用于與存在的其他材料的化學(xué)相容性。這種方法主要用于大型電氣設(shè)備，例如公用變壓器，以提高擊穿電壓。它還可用于改善熱傳遞，特別是如果允許通過(guò)熱交換器通過(guò)自然對(duì)流或強(qiáng)制對(duì)流進(jìn)行循環(huán)。液體填充物可以比灌封更容易去除以進(jìn)行修復(fù)。

保形涂層

更多信息：保形涂層和聚對(duì)二甲苯

保形涂層是通過(guò)各種方法施加的薄絕緣涂層。它為精密部件提供機(jī)械和化學(xué)保護(hù)。它廣泛用于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，如軸向引線電阻器，有時(shí)也用于印刷電路板。它可能非常經(jīng)濟(jì)，但要達(dá)到一致的工藝質(zhì)量有些困難。

全局頂部

覆蓋有深色環(huán)氧樹(shù)脂的板上芯片 (COB)

Glob-top 是一種用于板上芯片組裝 (COB) 的保形涂層的變體。它由一滴特殊配方的環(huán)氧樹(shù)脂或沉積在半導(dǎo)體芯片及其引線鍵合上的樹(shù)脂組成，以提供機(jī)械支撐并排除可能破壞電路運(yùn)行的指紋殘留物等污染物。它最常用于電子玩具和低端設(shè)備。

板載芯片

表面貼裝LED經(jīng)常以板載芯片(COB) 配置出售。在這些器件中，各個(gè)二極管安裝在一個(gè)陣列中，與單獨(dú)安裝 LED（甚至表面貼裝類型）相比，該器件能夠在更小的整體封裝中產(chǎn)生更多的光通量，并具有更大的散熱能力在電路板上。

密封金屬/玻璃外殼

密封金屬包裝在真空管行業(yè)開(kāi)始使用，在該行業(yè)中，完全防漏的外殼對(duì)于操作至關(guān)重要。該行業(yè)開(kāi)發(fā)了玻璃密封電饋通，使用諸如可伐合金之類的合金來(lái)匹配密封玻璃的膨脹系數(shù)，以便在管子升溫時(shí)將關(guān)鍵金屬-玻璃結(jié)合處的機(jī)械應(yīng)力降至最低。后來(lái)的一些管子使用金屬外殼和饋通，只有各個(gè)饋通周圍的絕緣層使用玻璃。今天，玻璃密封封裝主要用于航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵部件和組件，即使在溫度、壓力和濕度發(fā)生極端變化的情況下也必須防止泄漏。

密封陶瓷封裝

對(duì)于某些產(chǎn)品，由嵌入平面陶瓷頂蓋和底蓋之間的玻璃漿層中的引線框架組成的封裝比金屬/玻璃封裝更方便，但性能相當(dāng)。例如陶瓷雙列直插式封裝形式的集成電路芯片，或陶瓷基板上芯片組件的復(fù)雜混合組件。這種封裝也可以分為兩種主要類型：多層陶瓷封裝（如LTCC和HTCC）和壓制陶瓷封裝。

印刷電路組件

印刷電路主要是一種將組件連接在一起的技術(shù)，但它們也提供機(jī)械結(jié)構(gòu)。在某些產(chǎn)品中，例如計(jì)算機(jī)附件板，它們都是存在的結(jié)構(gòu)。這使它們成為電子包裝領(lǐng)域的一部分。

可靠性評(píng)估

典型的可靠性鑒定包括以下類型的環(huán)境應(yīng)力：

• 老化
• 溫度循環(huán)
• 熱沖擊
• 可焊性
• 高壓釜
• 視力檢查
• 氣密性/耐濕性
• 濕熱試驗(yàn)

濕熱測(cè)試在有溫度和濕度的室內(nèi)進(jìn)行。它是用于評(píng)估產(chǎn)品可靠性的環(huán)境壓力測(cè)試。典型的濕熱測(cè)試是 85?C 溫度和 85% 相對(duì)濕度（簡(jiǎn)稱 85?C/85%RH）。在測(cè)試過(guò)程中，定期取出樣品以測(cè)試其機(jī)械或電氣性能。一些與濕熱試驗(yàn)相關(guān)的研究工作可以在參考文獻(xiàn)中看到。