Sellado del paquete:encapsulado y cinta plana en interruptores y relés

Más formas de crear un sello hermético en dispositivos electrónicos

La última vez, hablamos sobre la importancia de lograr un sello de vidrio a metal hermético al vacío en productos electrónicos. De manera similar, un método conocido como encapsulado (también llamado encapsulación) se usa a menudo en la fabricación para crear un paquete herméticamente sellado para dispositivos de conmutación electrónicos, incluida la cinta plana en los semiconductores que se usan en los relés de estado sólido.

¿Qué es encapsular?

En el encapsulado, una pieza o ensamblaje electrónico se envuelve completamente en un compuesto sólido o gelatinoso, tanto para proporcionar resistencia a los golpes y vibraciones, como para evitar la entrada de polvo y otros contaminantes, así como de la humedad y los agentes corrosivos. El método generalmente implica que una parte electrónica se sumerja o se inyecte con un dieléctrico líquido, como silicona, epoxi o uretano, y luego se cure. Para un encapsulado sin huecos, se puede colocar un producto en una cámara de vacío mientras la resina aún está líquida; el vacío se tira y se mantiene para sacar el aire de las cavidades internas y la resina, luego se libera para que la presión atmosférica colapse los vacíos y empuje la resina líquida hacia todos los rincones y grietas.

El encapsulado dieléctrico se usa ampliamente para el rendimiento electrónico y para proteger los componentes electrónicos de estado sólido contra daños ambientales y mecánicos; como ventaja adicional, el encapsulado a menudo también proporciona la estructura que mantiene unido un ensamblaje.

Cinta plana y semiconductores:el poder detrás de los relés de estado sólido

Muchas de las aplicaciones de conmutación de hoy en día emplean un relé de estado sólido (SSR) para controlar y completar los circuitos de alimentación, utilizando un dispositivo semiconductor de potencia en una cinta plana para conmutar corrientes de hasta unos 100 amperios. Los SSR son más rápidos que los relés electromecánicos; Además, debido a que no hay piezas móviles que se desgasten ni contactos que se quiebren o acumulen carbón, los SSR tienen una vida más larga y una resistencia de salida constante, independientemente de la cantidad de uso.

Los semiconductores de potencia se componen de dispositivos discretos individuales o, a menudo, circuitos integrados colocados en una cinta plana y se utilizan como interruptores o rectificadores para aplicaciones de alta corriente o alto voltaje, como una fuente de alimentación conmutada. Algunos dispositivos de alimentación comunes incluyen el diodo de alimentación, el tiristor, el MOSFET y el transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).

Disipadores de calor y eliminación de calor de los semiconductores

Dado que los semiconductores no funcionan bien a temperaturas elevadas, los dispositivos de potencia en los SSR requieren disipadores de calor para eliminar el calor generado por las altas temperaturas y los ciclos térmicos. El empaque proporciona un medio para eliminar el calor de un dispositivo semiconductor, conduciendo el calor al ambiente externo. La conexión de un dispositivo de alimentación a un disipador de calor también elimina el calor causado por las pérdidas de operación. Además, el empaque ayuda a que los dispositivos semiconductores sean menos sensibles a factores como golpes mecánicos, vibraciones, humedad y campos magnéticos externos.

El encapsulado se usa a menudo para crear el paquete para componentes semiconductores, incluidos los que usan cinta plana. El empaque hermético también se puede lograr colocando un troquel de semiconductor en la cavidad de un paquete y haciendo vacío. Luego, el paquete se sella con una tapa de cerámica o metal.

Al igual que con un sello de vidrio a metal, es importante asegurarse de que la expansión térmica del material de empaque sea compatible con la del dispositivo semiconductor de silicio. Del mismo modo, es fundamental asegurarse de que la cinta plana no tenga rajaduras, grietas u otras condiciones de la superficie que puedan poner en peligro la integridad del paquete sellado. Se puede realizar una inspección visual cuidadosa junto con la prueba de corriente de Foucault (ECT) en la cinta plana para asegurarse de que no tenga fallas en la superficie ni debajo de la superficie. (Puede leer más sobre ECT en nuestro blog anterior, o mejor aún, ¡llame a Metal Cutting Corporation!)

Además, cuando la resina de encapsulado se inyecta directamente en el componente electrónico, es importante asegurarse de que el equipo de fabricación de precisión esté correctamente programado para proporcionar la proporción adecuada de material y formar un paquete hermético sin dañar el delicado dispositivo semiconductor que se encuentra dentro. .

Sellado de la envoltura en interruptores de mercurio

Otro dispositivo electrónico que se encapsula comúnmente es el interruptor de mercurio. Como su nombre lo indica, los interruptores de mercurio usan una pequeña cantidad de mercurio líquido para abrir y cerrar un circuito eléctrico. Debido a que incluso una gota de mercurio es muy sensible a la gravedad, el mercurio brinda una función de detección única para mecanismos de conmutación simples y de baja fuerza.

Los interruptores de mercurio consisten en uno o más conjuntos de contactos eléctricos en un sobre de vidrio sellado que contiene una perla de mercurio; la envoltura también puede contener aire, un gas inerte o vacío. Los interruptores de mercurio completan o rompen un circuito cuando el interruptor está inclinado, lo que hace que el mercurio toque o se aleje de un conjunto de contactos. El interruptor puede contener múltiples conjuntos de contactos, cerrando diferentes conjuntos en diferentes ángulos para detectar el movimiento en varias direcciones.

Dado que el mercurio es un metal tóxico cuyo uso y eliminación están estrictamente regulados, muchas aplicaciones anteriores de los interruptores de mercurio han sido reemplazadas a lo largo de los años. Por ejemplo, su uso en autos nuevos, como controles de iluminación y sistemas de frenos antibloqueo, se suspendió en los EE. UU. hace más de una década. Sin embargo, los interruptores de mercurio siguen desempeñando un papel valioso en los dispositivos de seguridad, como los interruptores basculantes que se utilizan para las advertencias de vuelcos o vuelcos en los equipos de construcción. En los aviones, los indicadores de actitud accionados eléctricamente (también conocidos como horizontes artificiales) todavía usan interruptores de mercurio para mantener el eje del giroscopio vertical. Los interruptores de mercurio también se utilizan como alarmas de inclinación en algunas máquinas expendedoras, activando un interruptor para hacer sonar una alarma si la máquina se balancea o se inclina.

El resultado final hermético

Ya sea que estemos hablando de la unión de vidrio a metal en una bombilla, el paquete encapsulado de un semiconductor construido con cinta plana en un relé de estado sólido o la envoltura en interruptores de mercurio, es fundamental asegurarse de que el sello sea hermético. . Trabajar con los socios adecuados ayuda a garantizar que los componentes y procesos electrónicos críticos como estos se prueben a lo largo de la cadena de suministro para producir los resultados finales deseados.

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