L'encapsulament electrònic és el disseny i la producció de carcasses per a dispositius electrònics que van des de dispositius semiconductors individuals fins a sistemes complets com ara un ordinador central. L'encapsulat d'un sistema electrònic ha de tenir en compte la protecció contra danys mecànics, refrigeració, emissió de soroll de radiofreqüència i descàrrega electroestàtica. Els estàndards de seguretat del producte poden dictar característiques particulars d'un producte de consum, per exemple, la temperatura externa de la carcassa o la connexió a terra de les peces metàl·liques exposades. Els prototips i els equips industrials fabricats en petites quantitats poden utilitzar carcasses estandarditzades disponibles comercialment, com ara gàbies de targetes o caixes prefabricades. Els dispositius de consum del mercat massiu poden tenir un encapsulat altament especialitzat per augmentar l'atractiu per al consumidor. L'encapsulat electrònic és una disciplina important dins del camp de l'enginyeria mecànica.
Disseny Els encapsulats electrònics es poden organitzar per nivells:
Nivell 0 - "Xip", que protegeix una placa semiconductora nua de la contaminació i els danys. Nivell 1 - Component, com ara el disseny d'encapsulat de semiconductors i l'empaquetament d'altres components discrets. Nivell 2 - Placa de circuits impresos gravada. Nivell 3 - Muntatge, una o més plaques de cablejat i components associats. Nivell 4 - Mòdul, conjunts integrats en un recinte general. Nivell 5 - Sistema, un conjunt de mòduls combinats per a algun propòsit.Michael Pecht et al, Electronic Packaging Materials and Their Properties, CRC Press, 2017 ,Preface
El mateix sistema electrònic pot estar empaquetat com a dispositiu portàtil o adaptat per a un muntatge fix en un bastidor d'instruments o una instal·lació permanent. L'empaquetament per a sistemes aeroespacials, marins o militars imposa diferents tipus de criteris de disseny.
El disseny i la producció de paquets electrònics és un camp multidisciplinari basat en principis d'enginyeria mecànica com ara la dinàmica, l'anàlisi d'esforços, la transferència de calor i la mecànica de fluids, la química, la ciència de materials, l'enginyeria de processos, etc. Els equips d'alta fiabilitat sovint han de sobreviure a proves de caiguda, vibracions de càrrega solta, vibracions de càrrega fixada, temperatures extremes, humitat, immersió o ruixat d'aigua, pluja, llum solar (UV, IR i llum visible), boira salina, xoc explosiu i molts més. Aquests requisits van més enllà i interactuen amb el disseny elèctric.
Un conjunt electrònic consta de dispositius components, conjunts de targetes de circuit (CCA), connectors, cables i components com ara transformadors, fonts d'alimentació, relés, interruptors, etc. que poden no muntar-se a la targeta de circuit.
Molts productes elèctrics requereixen la fabricació de peces de gran volum i baix cost, com ara carcasses o cobertes, mitjançant tècniques com el modelat per injecció, la fosa a pressió, la fosa de cera percoladora, etc. El disseny d'aquests productes depèn del mètode de producció i requereix una consideració acurada de les dimensions, les toleràncies i el disseny de les eines. Algunes peces es poden fabricar mitjançant processos especialitzats, com ara la fosa en guix i sorra de carcasses metàl·liques.
En el disseny de productes electrònics, els enginyers d'encapsulats electrònics fan anàlisis per estimar aspectes com ara les temperatures màximes dels components, les freqüències de ressonància estructurals i les tensions i desviacions dinàmiques en els pitjors entorns. Aquest coneixement és important per prevenir fallades immediates o prematures dels productes electrònics.
Consideracions de disseny Un dissenyador ha de tenir en compte molts objectius i consideracions pràctiques a l'hora de seleccionar mètodes d'encapsulat.
Perills contra els quals cal protegir: danys mecànics, exposició a la intempèrie i la brutícia, interferències electromagnètiques,Sudo, Toshio & Sasaki, Hideki & Masuda, Norio & Drewniak, James. (2004). Electromagnetic Interference (EMI) of System-on-Package (SOP). Advanced Packaging, IEEE Transactions on. 27. 304 - 314. 10.1109/TADVP.2004.828817. etc. Requisits de dissipació de calor Compromisos entre el cost de capital de les eines i el cost per unitat Compromisos entre el temps fins al primer lliurament i la taxa de producció Disponibilitat i capacitat dels proveïdors Disseny i comoditat de la interfície d'usuari Facilitat d'accés a les parts internes quan calgui per al manteniment Seguretat del producte i compliment de les normes reglamentàries Estètica i altres consideracions de màrqueting Vida útil i fiabilitat
Materials d'encapsulat Xapa metàl·lica La xapa metàl·lica perforada i conformada és un dels tipus d'encapsulats electrònics més antics. Pot ser mecànicament resistent, proporciona blindatge electromagnètic quan el producte requereix aquesta característica i es fabrica fàcilment per a prototips i petites sèries de producció amb poca despesa en eines personalitzades.
Metall fos Les peces de fosa metàl·lica amb junta s'utilitzen de vegades per empaquetar equips electrònics per a entorns excepcionalment severs, com ara a la indústria pesant, a bord de vaixells o sota l'aigua. Les peces de fosa a pressió d'alumini són més comunes que les peces de fosa de sorra de ferro o acer.
Metall mecanitzat Els paquets electrònics de vegades es fabriquen mecanitzant blocs sòlids de metall, generalment alumini, en formes complexes. Són força comuns en conjunts de microones per a ús aeroespacial, on les línies de transmissió de precisió requereixen formes metàl·liques complexes, en combinació amb carcasses hermèticament segellades. Les quantitats tendeixen a ser petites; de vegades només es requereix una unitat d'un disseny personalitzat. Els costos de les peces són elevats, però hi ha poc o gens de cost per a l'utillatge personalitzat, i els lliuraments de la primera peça poden trigar tan sols mig dia. L'eina escollida és una fresadora vertical de control numèric, amb traducció automàtica de fitxers de disseny assistit per ordinador (CAD) a fitxers de comandes de trajectòria d'eines.
Plàstic emmotllat Les carcasses i peces estructurals de plàstic emmotllades es poden fabricar mitjançant diversos mètodes, oferint avantatges en el cost de la peça, el cost de les eines, les propietats mecàniques i elèctriques i la facilitat de muntatge. Alguns exemples són el modelat per injecció, el modelat per transferència, el conformat al buit i el tall amb matrius. El Pl es pot postprocessar per proporcionar superfícies conductores.
Envasament També anomenat "encapsulació", l'encapsulament consisteix a submergir la peça o el conjunt en una resina líquida i després curar-la. Un altre mètode posa la peça o el conjunt en un motlle, i s'hi aboca compost d'encapsulament, i després del curat, el motlle no es retira, sinó que passa a formar part de la peça o conjunt. L'encapsulament es pot fer en una carcassa d'encapsulament premodelada o directament en un motlle. Avui dia s'utilitza més àmpliament per protegir els components semiconductors de la humitat i els danys mecànics, i per servir com a estructura mecànica que manté units el marc de plom i el xip. En temps anteriors, sovint es feia servir per a dissuadir l'enginyeria inversa de productes propietaris construïts com a mòduls de circuits impresos. També s'usa habitualment en productes d'alta tensió per permetre que les peces actives es col·loquin més a prop (eliminant les descàrregues de corona a causa de l'alta resistència dielèctrica del compost d'encapsulament), de manera que el producte pot ser més petit. Això també exclou la brutícia i els contaminants conductors (com ara l'aigua impura) de les zones sensibles. Un altre ús és protegir els elements de submergència profunda, com ara els transductors de sonar, perquè no es col·lapsin sota una pressió extrema, omplint tots els buits. L'encapsulament pot ser rígid o tou. Quan es requereix un envasatge sense buits, és una pràctica habitual col·locar el producte en una cambra de buit mentre la resina encara és líquida, mantenir el buit durant uns minuts per extreure l'aire de les cavitats internes i de la resina mateixa i, a continuació, alliberar el buit. La pressió atmosfèrica col·lapsa els buits i força la resina líquida a entrar a tots els espais interns. L'envasatge al buit funciona millor amb resines que curen per polimerització, en lloc de l'evaporació del dissolvent.
Segellament o impregnació de porositat El segellament de porositat o la impregnació de resina és similar a l'envasament, però no utilitza una carcassa ni un motlle. Les peces se submergeixen en un monòmer polimeritzable o una solució de plàstic de baixa viscositat a base de dissolvent. La pressió per sobre del fluid es redueix a un buit complet. Després que s'alliberi el buit, el fluid flueix cap a la peça. Quan la peça es retira del bany de resina, es drena o es neteja i després es cura. El curat pot consistir en la polimerització de la resina interna o l'evaporació del dissolvent, cosa que deixa un material dielèctric aïllant entre els diferents components de voltatge. El segellament de porositat (impregnació de resina) omple tots els espais interiors i pot deixar o no una capa fina a la superfície, depenent del rendiment de rentada/esbandida. L'aplicació principal del segellament de porositat per impregnació al buit és augmentar la resistència dielèctrica de transformadors, solenoides, piles de laminació o bobines i alguns components d'alt voltatge. Evita que es formi ionització entre superfícies actives properes i iniciï una fallada.
Farciment de líquids El farciment líquid de vegades s'utilitza com a alternativa a l'emplenament o la impregnació. Normalment, és un fluid dielèctric, escollit per la seva compatibilitat química amb els altres materials presents. Aquest mètode es fa servir principalment en equips elèctrics molt grans, com ara transformadors de serveis públics, per augmentar la tensió de ruptura. També es pot usar per millorar la transferència de calor, especialment si es permet que circuli per convecció natural o convecció forçada a través d'un intercanviador de calor. El farciment líquid es pot treure per reparar-lo molt més fàcilment que l'emplenament.
Recobriment conformal El recobriment conformal és una capa aïllant fina que s'aplica mitjançant diversos mètodes. Proporciona protecció mecànica i química a components delicats. S'utilitza àmpliament en articles produïts en massa, com ara resistències axials, i de vegades en plaques de circuits impresos. Pot ser molt econòmic, però una mica difícil d'aconseguir una qualitat de procés consistent.
Glob-top miniatura|Un xip-on-board (COB) recobert amb epoxi fosc El Glob-top és una variant de recobriment conformal usat en l'assemblatge de xip sobre placa (COB). Consisteix en una gota d'epoxi o resina especialment formulada dipositada sobre un xip semiconductor i els seus enllaços de cable, per proporcionar suport mecànic i excloure contaminants com ara residus d'empremtes dactilars que podrien interrompre el funcionament del circuit. Es fa servir més habitualment en joguines electròniques i dispositius de gamma baixa.
Xip a bord Els LED de muntatge superficial es venen sovint en configuracions de xip sobre placa (COB). En aquestes, els díodes individuals es munten en una matriu que permet al dispositiu produir una quantitat més gran de flux lluminós amb més capacitat de dissipar la calor resultant en un paquet global més petit que el que es pot aconseguir muntant LED, fins i tot els tipus de muntatge superficial, individualment en una placa de circuit.
Caixes hermètiques de metall/vidre