一、為什么要做到氣密性封裝？

你的手機(jī)、電腦或者汽車?yán)?，有那么一小塊地方，藏著數(shù)以億計(jì)的微型電路，它們就像城市里的街道和橋梁，負(fù)責(zé)信息的傳遞和處理。這些電路，就是咱們常說的集成電路芯片。但你知道嗎？這些芯片其實(shí)生活在一個(gè)非常危險(xiǎn)的環(huán)境里，每天都要面對(duì)各種看不見的水汽、灰塵、化學(xué)物質(zhì)，甚至是機(jī)械沖擊。水汽就是這些“敵人”中的頭號(hào)大敵，芯片里的導(dǎo)線間距極小，小到幾十納米，一旦有水汽侵入，這些“胡同”里就可能建立起強(qiáng)大的電場(chǎng)，引發(fā)一系列連鎖反應(yīng)，比如金屬腐蝕、短路、斷路，甚至芯片直接報(bào)廢。比如生活中常見的水汽侵入導(dǎo)致芯片損壞的案例。那是一個(gè)朋友的手機(jī)，不小心掉進(jìn)了水里，雖然他立刻撈了出來，但幾天后手機(jī)還是莫名其妙地壞了。送去維修，師傅說是因?yàn)樗M(jìn)了芯片，導(dǎo)致內(nèi)部短路。這事兒讓我深刻意識(shí)到，芯片的防護(hù)，真的不是小事兒。那么，怎么保護(hù)這些脆弱的芯片呢？答案就是——?dú)饷苄苑庋b，讓芯片能夠抵御外界環(huán)境的侵害。封裝就像是給芯片蓋房子，這座“房子”不僅要結(jié)實(shí)，還得能防水、防塵、防化學(xué)腐蝕。而氣密性封裝就能夠確保芯片在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定、安全的環(huán)境中工作。

二、氣密性封裝材料有哪些？

究竟什么樣的材料才能做到氣密性封裝呢？其實(shí)，能達(dá)到氣密性封裝的材料并不多，主要有金屬、陶瓷和玻璃。這些材料就像是一堵堵堅(jiān)不可摧的墻，把水汽、灰塵等“敵人”都擋在外面。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用金屬、陶瓷或玻璃封裝的氣密性封裝，其水滲透率極低，幾乎可以忽略不計(jì)。而相比之下，采用高分子樹脂密封的塑料封裝，水分子通常在數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)就能侵入，這差距簡(jiǎn)直就是天壤之別。

金屬封裝在分立式芯片元器件里占了大頭，金屬材料，比如鎳、金，尤其是在軍用電子封裝方面，那更是應(yīng)用廣泛。為什么軍用電子這么愛金屬封裝呢？就是因?yàn)樗煽?，金屬封裝能扛得住高溫、低溫、震動(dòng)、沖擊。而且，金屬封裝還能散熱，沒有好的散熱，芯片分分鐘罷工。不過，金屬封裝也不是沒有缺點(diǎn)。比如，它一旦封裝好了，就不能再拆開修了，這就像是你把手機(jī)屏幕用502膠水粘死了，想換個(gè)電池都難。所以，金屬封裝更適合那些一旦封裝好就很少需要維修的設(shè)備。

陶瓷封裝不像金屬封裝那么硬核，但勝在可靠度高、密封性好。陶瓷封裝利用了玻璃與陶瓷、金屬引腳架材料間能形成緊密接合的特性，就像是用膠水把兩塊木頭緊緊粘在一起，那叫一個(gè)嚴(yán)絲合縫。陶瓷雙列式封裝先把金屬引腳架固定在氧化鋁陶瓷基板上，再把芯片粘上去，用金線或鋁線一連，最后蓋上另一塊陶瓷板，一加熱，就密封好了。而且，陶瓷封裝還能承受高溫，這可不是所有封裝材料都能做到的。有些芯片工作起來溫度能飆到好幾百度。陶瓷封裝就不一樣了，在高溫下也能穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)摹?/p>

玻璃這看似普通的材料，在電子封裝里可是有著舉足輕重的地位。從真空管元器件時(shí)代開始，玻璃就是電子元器件重要的密封材料。它化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化性強(qiáng)、電絕緣性好，還能根據(jù)需要調(diào)整熱性質(zhì)。在金屬密封封裝里，玻璃用來固定引腳，提供電絕緣的同時(shí)，還能形成金屬與玻璃間的密封。用玻璃把金屬引腳焊在了封裝基板上，既牢固又可靠。而且，玻璃和陶瓷材料間通常黏著性很好，但金屬與玻璃之間就不太行了。不過可以通過控制玻璃在金屬表面的潤濕能力，實(shí)現(xiàn)金屬與玻璃間的穩(wěn)定黏結(jié)。玻璃封裝還有一個(gè)好處，就是成本相對(duì)較低。相比金屬和陶瓷封裝，玻璃封裝在材料成本上可是要親民多了。所以，在一些對(duì)成本比較敏感的應(yīng)用領(lǐng)域，比如消費(fèi)電子、汽車電子等，玻璃封裝大受歡迎。

那該怎么選呢？其實(shí)，材料選擇可是個(gè)技術(shù)活，得綜合考慮好多因素。比如，得看你的芯片工作在什么環(huán)境下，是高溫、低溫還是潮濕？得看你的芯片對(duì)散熱有什么要求，是需要快速散熱還是慢慢散熱？還得看你的成本預(yù)算是多少，是追求極致性能還是性價(jià)比？就拿金屬封裝來說吧，它雖然可靠度高，但成本也高，一旦封裝好了就不能再拆開修了，這對(duì)于一些需要頻繁維修的設(shè)備來說，可就不太友好了。所以，在選擇金屬封裝之前，得好好想想設(shè)備是不是真的需要這么高的可靠度？陶瓷封裝雖然可靠度高、密封性好，但成本也不低。而且，陶瓷封裝的工藝也比較復(fù)雜，得經(jīng)過好多道工序才能完成。所以，在選擇陶瓷封裝之前，得看預(yù)算是不是足夠支撐這么復(fù)雜的工藝？玻璃封裝雖然成本低、工藝簡(jiǎn)單，但可靠度和密封性可能就不如金屬和陶瓷封裝了。所以，在選擇玻璃封裝之前，得評(píng)估設(shè)備對(duì)可靠度和密封性的要求是不是真的那么高？

三、氣密性封裝背后的原理

以水汽侵入芯片為例，這主要是通過擴(kuò)散和滲透兩種方式。擴(kuò)散，就是水汽分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域移動(dòng)，就像咱們聞到的香味會(huì)從廚房飄到客廳一樣。而滲透，則是水汽分子通過材料的微小孔隙或裂縫進(jìn)入芯片內(nèi)部。氣密性封裝來說能夠有效地阻止水汽的擴(kuò)散和滲透。金屬、陶瓷和玻璃這些材料，它們的分子結(jié)構(gòu)緊密，幾乎沒有孔隙或裂縫，所以水汽很難侵入。而且，這些材料還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不會(huì)與水汽發(fā)生反應(yīng)，從而進(jìn)一步保護(hù)了芯片的安全。除了防止水汽侵入外，氣密性封裝還能防止其他有害物質(zhì)的侵入，比如灰塵、化學(xué)物質(zhì)等。這些有害物質(zhì)一旦侵入芯片內(nèi)部，同樣會(huì)對(duì)芯片造成嚴(yán)重的損害。所以，氣密性封裝就像是芯片的“全能保鏢”，全方位地保護(hù)著芯片的安全。

四、氣密性封裝的應(yīng)用與實(shí)例

氣密性封裝的應(yīng)用非常廣泛，幾乎涵蓋了所有需要高可靠性的電子設(shè)備。比如，咱們的手機(jī)、電腦、汽車電子、航空航天設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等等，都離不開氣密性封裝。

以手機(jī)為例，現(xiàn)在的手機(jī)功能越來越強(qiáng)大，但體積卻越來越小。這就要求芯片必須更加緊湊、更加高效。而氣密性封裝，正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過氣密性封裝，手機(jī)芯片能夠在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的性能和更低的功耗，同時(shí)還能抵御外界環(huán)境的侵害，確保手機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

再比如汽車電子。汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，里面充滿了各種電子設(shè)備和傳感器。這些設(shè)備和傳感器需要在惡劣的環(huán)境下工作，比如高溫、低溫、潮濕、震動(dòng)等。而氣密性封裝，正是保護(hù)這些設(shè)備和傳感器免受環(huán)境侵害的重要手段。通過氣密性封裝，汽車電子設(shè)備能夠在各種惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，確保汽車的安全和性能。

五、氣密性封裝與芯片可靠性的關(guān)系

隨著芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的尺寸越來越小，封裝的要求也越來越高。這就要求氣密性封裝技術(shù)必須不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，以滿足更高的性能要求。另外，氣密性封裝的成本也是一個(gè)不容忽視的問題。金屬、陶瓷和玻璃等材料雖然性能優(yōu)異，但成本也相對(duì)較高。這就限制了氣密性封裝在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。所以，如何在保證性能的同時(shí)降低成本，是氣密性封裝技術(shù)未來發(fā)展的重要方向之一。

“沒有氣密性封裝，就沒有高可靠性的芯片?！笨煽啃允呛饬啃酒阅艿闹匾笜?biāo)之一。一個(gè)可靠的芯片，不僅能夠在各種環(huán)境下穩(wěn)定工作，而且壽命也會(huì)更長(zhǎng)。而氣密性封裝，正是提高芯片可靠性的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過氣密性封裝，芯片能夠抵御外界環(huán)境的侵害，減少因水汽、灰塵、化學(xué)物質(zhì)等引起的故障和損壞。這將大大提高芯片的可靠性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)芯片的使用壽命。而且，氣密性封裝還能提高芯片的抗干擾能力。在復(fù)雜的電子環(huán)境中，芯片很容易受到各種電磁干擾的影響。而氣密性封裝能夠有效地屏蔽這些干擾信號(hào)，確保芯片的正常工作。

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