Embalaje electrónico

Las láminas metálicas perforadas y conformadas son uno de los tipos más antiguos de embalaje electrónico. Pueden ser mecánicamente resistentes, proporcionan blindaje electromagnético cuando el producto lo requiere y se fabrican fácilmente para prototipos y series de producción pequeñas con un coste mínimo de utillaje personalizado.

En ocasiones, las piezas metálicas fundidas con juntas se utilizan para proteger equipos electrónicos en entornos excepcionalmente adversos, como en la industria pesada, a bordo de barcos o en aguas profundas. Las piezas de aluminio fundido a presión son más comunes que las de hierro o acero fundido en arena.

Los encapsulados electrónicos a veces se fabrican mecanizando bloques sólidos de metal, generalmente aluminio, para obtener formas complejas. Son bastante comunes en los conjuntos de microondas para uso aeroespacial, donde las líneas de transmisión de precisión requieren formas metálicas complejas, en combinación con carcasas herméticamente selladas. Las cantidades suelen ser pequeñas; a veces solo se requiere una unidad de un diseño personalizado. El costo de las piezas es elevado, pero el utillaje personalizado es prácticamente gratuito, y las entregas de la primera pieza pueden tardar tan solo medio día. La herramienta preferida es una fresadora vertical de control numérico, con conversión automática de archivos de diseño asistido por computadora (CAD) a archivos de comandos de trayectoria de herramienta.

Las carcasas y piezas estructurales de plástico moldeado se pueden fabricar mediante diversos métodos, cada uno con ventajas y desventajas en cuanto al coste unitario, el coste de utillaje, las propiedades mecánicas y eléctricas, y la facilidad de montaje. Algunos ejemplos son el moldeo por inyección, el moldeo por transferencia, el termoformado al vacío y el troquelado. El plástico puede someterse a un postprocesamiento para obtener superficies conductoras.

También llamado "encapsulado", el encapsulado consiste en sumergir la pieza o el conjunto en una resina líquida y luego curarla. Otro método consiste en colocar la pieza o el conjunto en un molde, verter el compuesto de encapsulado en él y, después del curado, no retirar el molde, convirtiéndose en parte de la pieza o el conjunto. El encapsulado puede realizarse en una carcasa de encapsulado preformada o directamente en un molde. Hoy en día, se utiliza principalmente para proteger los componentes semiconductores de la humedad y los daños mecánicos, y para servir como estructura mecánica que mantiene unidos el marco de conexión y el chip. Antiguamente, se utilizaba a menudo para evitar la ingeniería inversa de productos patentados construidos como módulos de circuitos impresos. También se utiliza comúnmente en productos de alto voltaje para permitir que las partes activas se coloquen más cerca entre sí (eliminando las descargas de corona debido a la alta rigidez dieléctrica del compuesto de encapsulado), de modo que el producto pueda ser más pequeño. Esto también excluye la suciedad y los contaminantes conductores (como el agua impura) de las áreas sensibles. Otro uso es proteger elementos sumergidos a gran profundidad, como los transductores de sonar, del colapso bajo presión extrema, rellenando todos los huecos . El encapsulado puede ser rígido o flexible. Cuando se requiere un encapsulado sin poros, es práctica común colocar el producto en una cámara de vacío mientras la resina aún está líquida, mantener el vacío durante varios minutos para extraer el aire de las cavidades internas y de la propia resina, y luego liberar el vacío. La presión atmosférica colapsa los poros y fuerza la resina líquida a llenar todos los espacios internos. El encapsulado al vacío funciona mejor con resinas que curan por polimerización, en lugar de por evaporación del disolvente.

El sellado de porosidad o impregnación de resina es similar al encapsulado, pero no utiliza una carcasa ni un molde. Las piezas se sumergen en una solución plástica de baja viscosidad a base de monómero polimerizable o solvente. La presión sobre el fluido se reduce hasta alcanzar el vacío total. Una vez liberado el vacío, el fluido fluye hacia el interior de la pieza. Al extraer la pieza del baño de resina, se drena y/o limpia y, posteriormente, se cura. El curado puede consistir en la polimerización de la resina interna o la evaporación del solvente, lo que deja un material dieléctrico aislante entre los componentes de diferente voltaje. El sellado de porosidad (impregnación de resina) rellena todos los espacios interiores y puede o no dejar una fina capa en la superficie, dependiendo del rendimiento del lavado/enjuague. La principal aplicación del sellado de porosidad por impregnación al vacío es el aumento de la rigidez dieléctrica de transformadores, solenoides, pilas de laminación o bobinas, y algunos componentes de alto voltaje. Evita la formación de ionización entre superficies activas muy próximas, lo que podría provocar fallos.

El relleno líquido se utiliza a veces como alternativa al encapsulado o la impregnación. Generalmente se trata de un fluido dieléctrico, elegido por su compatibilidad química con los demás materiales presentes. Este método se emplea sobre todo en equipos eléctricos de gran tamaño, como transformadores de red, para aumentar la tensión de ruptura . También puede utilizarse para mejorar la transferencia de calor, especialmente si se permite su circulación por convección natural o forzada a través de un intercambiador de calor. El relleno líquido se puede retirar para su reparación con mucha más facilidad que el encapsulado.

El recubrimiento de conformación es una fina capa aislante que se aplica mediante diversos métodos. Proporciona protección mecánica y química a componentes delicados. Se utiliza ampliamente en artículos de producción en masa, como resistencias axiales, y a veces en placas de circuitos impresos. Puede ser muy económico, pero resulta algo difícil lograr una calidad de proceso uniforme.

Glob-top es una variante del recubrimiento de conformación utilizado en el ensamblaje de chips en placa (COB). Consiste en una gota de epoxi o resina especialmente formulada ^{[ 3 ]} depositada sobre un chip semiconductor y sus conexiones de cables, para proporcionar soporte mecánico y excluir contaminantes como residuos de huellas dactilares que podrían interrumpir el funcionamiento del circuito. Se utiliza con mayor frecuencia en juguetes electrónicos y dispositivos de gama baja. ^{[ 4 ]}

Los LED de montaje superficial se venden frecuentemente en configuraciones de chip sobre placa (COB). En estas, los diodos individuales se montan en una matriz que permite al dispositivo producir un mayor flujo luminoso con una mayor capacidad para disipar el calor resultante en un paquete general más pequeño que el que se puede lograr montando los LED, incluso los de montaje superficial, individualmente en una placa de circuito impreso. ^{[ 5 ]}

El encapsulado metálico hermético tuvo su origen en la industria de los tubos de vacío, donde una carcasa totalmente estanca era esencial para su funcionamiento. Esta industria desarrolló el pasamuros eléctricos con sellado de vidrio, utilizando aleaciones como el Kovar para igualar el coeficiente de expansión del vidrio de sellado y así minimizar la tensión mecánica en la unión crítica metal-vidrio a medida que el tubo se calentaba. Algunos tubos posteriores utilizaron carcasas y pasamuros metálicos, y solo el aislamiento alrededor de los pasamuros individuales era de vidrio. Hoy en día, los encapsulados con sellado de vidrio se utilizan principalmente en componentes y conjuntos críticos para aplicaciones aeroespaciales, donde se debe evitar la fuga incluso bajo cambios extremos de temperatura, presión y humedad.

Los encapsulados que consisten en un marco de conexión incrustado en una capa de pasta vítrea entre cubiertas cerámicas planas superior e inferior son más convenientes que los encapsulados de metal/vidrio para algunos productos, pero ofrecen un rendimiento equivalente. Ejemplos de ello son los chips de circuitos integrados en formato cerámico Dual In-line Package (DIP) o los complejos ensamblajes híbridos de componentes de chips sobre una placa base cerámica. Este tipo de encapsulado también se puede dividir en dos tipos principales: encapsulados cerámicos multicapa (como LTCC y HTCC ) y encapsulados cerámicos prensados.

Los circuitos impresos son principalmente una tecnología para conectar componentes, pero también proporcionan estructura mecánica. En algunos productos, como las placas de accesorios para ordenadores, constituyen la única estructura. Esto los convierte en parte fundamental del mundo del embalaje electrónico.