楊維
摘要:一般而言,電子元器件失效的最直接最主要的原因,就在于密封腔體內(nèi)部的水汽,這也是氦質(zhì)譜檢漏的關(guān)鍵點所在,做好氦質(zhì)譜檢漏,既有利于延長電子元器件的壽命,也有利于我國軍事和經(jīng)濟的發(fā)展。本文就針對氦質(zhì)譜檢漏,從常用的氦質(zhì)譜檢漏試驗方法、美軍標MILSTD-883氦質(zhì)譜檢漏試驗方法、積累氦質(zhì)譜試驗方法和以氦氣交換時間常數(shù)為基礎(chǔ)的氦質(zhì)譜檢漏思路四個方面加以論述,以供參考。
關(guān)鍵詞:氦質(zhì)譜;檢漏試驗;研究方法
0 引言
在生產(chǎn)生活中,我們往往通過密封元器件的方式,來避免事先充入的保護氣體外漏,同時防止外部的有害氣體漏入。但是,想要無限期的防止外界有害氣體漏入是難以實現(xiàn)的,因為平常我們所使用的氣密封裝材料包括玻璃、陶瓷或者金屬,只能通過沖入氮氣的方式來避免出現(xiàn)污染現(xiàn)象。由此可見,密封對電子元器件的重要性不言而喻,本文就著重敘述分析了以下四種氦質(zhì)譜檢漏試驗方法。
1 目前常用的氦質(zhì)譜檢漏試驗方法
一般而言,常用的氦質(zhì)譜檢漏實驗方法,包括氦質(zhì)譜細檢漏、光干涉法粗檢漏或細檢漏、增重粗檢漏、染料浸透粗檢漏、放射性同位素粗檢漏或細檢漏、積累氦質(zhì)譜粗檢漏或細檢漏以及碳氟化合物粗檢漏等七種試驗方法。
所謂粗檢漏和細檢漏,是根據(jù)等效標準漏率來區(qū)分的,一般小于該標準的,就是細檢漏,大于該標準的,就是粗檢漏。
細檢漏的試驗方法中,放射性同位素細檢漏理論上缺乏嚴謹性,而且存在輻射,一般國內(nèi)很少應(yīng)用;光干涉法細檢漏主要應(yīng)用在陶瓷或易變性金屬上蓋的封裝,因為其不受吸附漏率的影響,所以檢測效率非常高,基本可以達到先進單級氦質(zhì)譜檢漏儀的效果,所以應(yīng)用比較廣泛;普通氦質(zhì)譜檢測儀細檢漏雖然檢測效率高,且沒有損害,但是會受到被檢元件表面氦氣的影響而存在缺陷;高靈敏積累氦質(zhì)譜檢漏儀則受制于設(shè)備條件和檢漏原理等問題,檢測效率相對較低。
粗檢漏的試驗方法中,碳氟化合物氣泡法粗檢漏,是可以和普通氦質(zhì)譜細檢漏實現(xiàn)無縫銜接的。
2 美軍標MILSTD-883氦質(zhì)譜檢漏試驗方法
美軍標MILSTD-883氦質(zhì)譜檢漏試驗方法,是美軍微電子器件可靠性試驗方法的有機組成部分,從1968年至今,已經(jīng)先后更新八個版本,試驗方法的內(nèi)容也發(fā)生了很大的變化,包括增加了積累氦質(zhì)譜檢漏試驗方法,使得檢測更加精確等。
總而言之,現(xiàn)在的美軍標MILSTD-883氦質(zhì)譜檢漏試驗方法,一方面測量精確度非常高,另一方面試驗條件也愈加科學(xué)化。隨著檢漏設(shè)備的不斷更新,漏率判據(jù)的要求越來越高,檢測精確度也有所突破。美軍標MILSTD-883氦質(zhì)譜檢漏試驗方法真實反映了對器件可靠性要求的提高和工業(yè)技術(shù)的進步。
3 積累氦質(zhì)譜檢漏試驗方法
所謂積累氦質(zhì)譜檢漏試驗方法,其基本原理依然是“豪威爾-曼方程”表征的分子流氣體交換原理,不同的是其采用了CHLD,也就是新型積累氦質(zhì)譜檢漏儀。這種新型積累氦質(zhì)譜檢漏儀,是由分子泵、四極質(zhì)譜儀和低溫冷凝泵氣體過濾等裝置組合構(gòu)成,不但檢測環(huán)境實現(xiàn)了高信噪比和高真空,而且檢漏靈敏度也大大提高。
積累氦質(zhì)譜檢漏試驗方法中,漏率校準非常重要,如果針對抽氣系統(tǒng),必須每次工作前都要進行校準;如果針對凈化氣體,則需要保證氦含量不高于1PPM,才能避免多出的氦影響檢測精度。
除此之外,表面吸附去除也很重要,如果針對陶瓷、金屬或者玻璃的外殼,必須進行表面氦去除。因為如果被測件表面存在油脂或者水汽等異物,會導(dǎo)致氦吸附,這些都會影響精細漏率的測量。
總而言之,積累氦質(zhì)譜檢漏試驗方法屬于目前全球比較先進的氦質(zhì)譜檢漏試驗方法之一,尤其適用于對低漏率樣品的檢漏,但是,積累氦質(zhì)譜檢漏試驗方法也存在非常明顯的缺點,一方面,因為對凈化水平的要求越來越高,以及對最長候檢時間的限制,某些樣品在可檢測性方面存在問題;另一方面,因為檢測時間有所延長,會致使檢測效率降低,從而非常不適合應(yīng)用于批量檢測等方面。
4 以氦氣交換時間常數(shù)為基礎(chǔ)的氦質(zhì)譜檢漏試驗方法
以氦氣交換時間常數(shù)為基礎(chǔ)的氦質(zhì)譜檢漏試驗方法,是對豪威爾曼方程的變換,它是用電學(xué)系統(tǒng)中電容充電或放電的物理過程來描述密封件氣體的壓入或漏出,非常的形象和客觀。其主要改進包括以下幾個方面:
(一)提出了更加嚴密的等級分級思路
因為氦氣交換時間常數(shù)可以有效地對外部氣體進入密封件的速率快慢加以描述,所以可以用其來對表征器件的可靠性貯存壽命進行衡量和表述。如此一來,可以根據(jù)氦氣交換時間常數(shù)的不同,做出嚴密度分級,將可靠性考核要求分為不同的標準,來根據(jù)用戶的需求和應(yīng)用分別提供。
(二)以可靠性貯存壽命為根據(jù),對內(nèi)腔容積分段進一步細化
因為內(nèi)部水汽含量直接影響到器件失效與否,所以,即使貯存壽命要求相同,不同的內(nèi)腔容積器件也會具備不同的漏率依據(jù),也就是當容積從大變小時,漏率判據(jù)從寬松逐漸到嚴格。因此,實際的應(yīng)用過程中,我們可以按照內(nèi)腔容積范圍,將器件分為若干段,并用固定漏率判據(jù)來對應(yīng)每個分段。
(三)候檢時間不再受局限
候檢時間就是器件在加壓去除與開始檢漏之間的時間間隔。一般情況下,都是通過對器件進行加熱烘焙,或者自然放置來去除其表面氦氣的影響。而以氦氣交換時間常數(shù)為基礎(chǔ)的氦質(zhì)譜檢漏試驗方法中,對最長候檢時間提出了更加科學(xué)的計算公式,得出候檢時間隨密封件內(nèi)腔容積的變化而變化,可以有效延長最長候檢時間。
(四)倡導(dǎo)兩步檢測法
兩步檢測法,就是先降低原氦氣交換時間常數(shù)的判據(jù)等級,并按照降低之后的判據(jù)所對應(yīng)的測量漏率和候檢時間開始第一步的檢漏,然后通過延長原有的候檢時間來對樣品進行第二次的檢漏。兩步檢測法不只對最長候檢時間有所拓展,也讓檢測變得更加快捷和準確。
5 結(jié)語
進入二十一世紀以來,我國的氦質(zhì)譜檢漏方法發(fā)展日新月異,試驗方法也呈現(xiàn)多樣性,也正是基于氦質(zhì)譜檢漏方法的無污染性、便捷性、高效性和非破壞性,成為目前我國最常用的檢漏手段之一。當然,檢測技術(shù)還在不斷發(fā)展,隨著元器件可靠性和氣密性水平的進一步提升,傳統(tǒng)方法也必須在檢測精度和應(yīng)用范圍上有所更新,同時要進一步完善判據(jù)的嚴謹度和試驗程序。
參考文獻:
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