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氦质谱检漏试验方法研究

2016-12-22杨维

科学与财富 2016年18期
关键词:研究方法

杨维

摘要:一般而言,电子元器件失效的最直接最主要的原因,就在于密封腔体内部的水汽,这也是氦质谱检漏的关键点所在,做好氦质谱检漏,既有利于延长电子元器件的寿命,也有利于我国军事和经济的发展。本文就针对氦质谱检漏,从常用的氦质谱检漏试验方法、美军标MILSTD-883氦质谱检漏试验方法、积累氦质谱试验方法和以氦气交换时间常数为基础的氦质谱检漏思路四个方面加以论述,以供参考。

关键词:氦质谱;检漏试验;研究方法

0 引言

在生产生活中,我们往往通过密封元器件的方式,来避免事先充入的保护气体外漏,同时防止外部的有害气体漏入。但是,想要无限期的防止外界有害气体漏入是难以实现的,因为平常我们所使用的气密封装材料包括玻璃、陶瓷或者金属,只能通过冲入氮气的方式来避免出现污染现象。由此可见,密封对电子元器件的重要性不言而喻,本文就着重叙述分析了以下四种氦质谱检漏试验方法。

1 目前常用的氦质谱检漏试验方法

一般而言,常用的氦质谱检漏实验方法,包括氦质谱细检漏、光干涉法粗检漏或细检漏、增重粗检漏、染料浸透粗检漏、放射性同位素粗检漏或细检漏、积累氦质谱粗检漏或细检漏以及碳氟化合物粗检漏等七种试验方法。

所谓粗检漏和细检漏,是根据等效标准漏率来区分的,一般小于该标准的,就是细检漏,大于该标准的,就是粗检漏。

细检漏的试验方法中,放射性同位素细检漏理论上缺乏严谨性,而且存在辐射,一般国内很少应用;光干涉法细检漏主要应用在陶瓷或易变性金属上盖的封装,因为其不受吸附漏率的影响,所以检测效率非常高,基本可以达到先进单级氦质谱检漏仪的效果,所以应用比较广泛;普通氦质谱检测仪细检漏虽然检测效率高,且没有损害,但是会受到被检元件表面氦气的影响而存在缺陷;高灵敏积累氦质谱检漏仪则受制于设备条件和检漏原理等问题,检测效率相对较低。

粗检漏的试验方法中,碳氟化合物气泡法粗检漏,是可以和普通氦质谱细检漏实现无缝衔接的。

2 美军标MILSTD-883氦质谱检漏试验方法

美军标MILSTD-883氦质谱检漏试验方法,是美军微电子器件可靠性试验方法的有机组成部分,从1968年至今,已经先后更新八个版本,试验方法的内容也发生了很大的变化,包括增加了积累氦质谱检漏试验方法,使得检测更加精确等。

总而言之,现在的美军标MILSTD-883氦质谱检漏试验方法,一方面测量精确度非常高,另一方面试验条件也愈加科学化。随着检漏设备的不断更新,漏率判据的要求越来越高,检测精确度也有所突破。美军标MILSTD-883氦质谱检漏试验方法真实反映了对器件可靠性要求的提高和工业技术的进步。

3 积累氦质谱检漏试验方法

所谓积累氦质谱检漏试验方法,其基本原理依然是“豪威尔-曼方程”表征的分子流气体交换原理,不同的是其采用了CHLD,也就是新型积累氦质谱检漏仪。这种新型积累氦质谱检漏仪,是由分子泵、四极质谱仪和低温冷凝泵气体过滤等装置组合构成,不但检测环境实现了高信噪比和高真空,而且检漏灵敏度也大大提高。

积累氦质谱检漏试验方法中,漏率校准非常重要,如果针对抽气系统,必须每次工作前都要进行校准;如果针对净化气体,则需要保证氦含量不高于1PPM,才能避免多出的氦影响检测精度。

除此之外,表面吸附去除也很重要,如果针对陶瓷、金属或者玻璃的外壳,必须进行表面氦去除。因为如果被测件表面存在油脂或者水汽等异物,会导致氦吸附,这些都会影响精细漏率的测量。

总而言之,积累氦质谱检漏试验方法属于目前全球比较先进的氦质谱检漏试验方法之一,尤其适用于对低漏率样品的检漏,但是,积累氦质谱检漏试验方法也存在非常明显的缺点,一方面,因为对净化水平的要求越来越高,以及对最长候检时间的限制,某些样品在可检测性方面存在问题;另一方面,因为检测时间有所延长,会致使检测效率降低,从而非常不适合应用于批量检测等方面。

4 以氦气交换时间常数为基础的氦质谱检漏试验方法

以氦气交换时间常数为基础的氦质谱检漏试验方法,是对豪威尔曼方程的变换,它是用电学系统中电容充电或放电的物理过程来描述密封件气体的压入或漏出,非常的形象和客观。其主要改进包括以下几个方面:

(一)提出了更加严密的等级分级思路

因为氦气交换时间常数可以有效地对外部气体进入密封件的速率快慢加以描述,所以可以用其来对表征器件的可靠性贮存寿命进行衡量和表述。如此一来,可以根据氦气交换时间常数的不同,做出严密度分级,将可靠性考核要求分为不同的标准,来根据用户的需求和应用分别提供。

(二)以可靠性贮存寿命为根据,对内腔容积分段进一步细化

因为内部水汽含量直接影响到器件失效与否,所以,即使贮存寿命要求相同,不同的内腔容积器件也会具备不同的漏率依据,也就是当容积从大变小时,漏率判据从宽松逐渐到严格。因此,实际的应用过程中,我们可以按照内腔容积范围,将器件分为若干段,并用固定漏率判据来对应每个分段。

(三)候检时间不再受局限

候检时间就是器件在加压去除与开始检漏之间的时间间隔。一般情况下,都是通过对器件进行加热烘焙,或者自然放置来去除其表面氦气的影响。而以氦气交换时间常数为基础的氦质谱检漏试验方法中,对最长候检时间提出了更加科学的计算公式,得出候检时间随密封件内腔容积的变化而变化,可以有效延长最长候检时间。

(四)倡导两步检测法

两步检测法,就是先降低原氦气交换时间常数的判据等级,并按照降低之后的判据所对应的测量漏率和候检时间开始第一步的检漏,然后通过延长原有的候检时间来对样品进行第二次的检漏。两步检测法不只对最长候检时间有所拓展,也让检测变得更加快捷和准确。

5 结语

进入二十一世纪以来,我国的氦质谱检漏方法发展日新月异,试验方法也呈现多样性,也正是基于氦质谱检漏方法的无污染性、便捷性、高效性和非破坏性,成为目前我国最常用的检漏手段之一。当然,检测技术还在不断发展,随着元器件可靠性和气密性水平的进一步提升,传统方法也必须在检测精度和应用范围上有所更新,同时要进一步完善判据的严谨度和试验程序。

参考文献:

[1]刘军.产品气密性检测技术研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

[2]孙开磊,孙新利.真空氦质谱检漏原理与方法综述[J].真空电子技术,2007,(6):62-65.

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