烘烤對外殼氣密性檢驗的影響

孫曉明 王朝陽 杜嶠

摘 要：本文對金屬-陶瓷外殼進(jìn)行氣密性的工藝試驗，發(fā)現(xiàn)水或電鍍?nèi)芤簳畛渎馔鈿さ穆馔ǖ?，?dǎo)致外殼氣密性檢驗結(jié)果存在誤判。針對這一現(xiàn)象提出了在對外殼進(jìn)行氣密性檢測之前先進(jìn)行烘烤的改善方法，并對這種方法進(jìn)行了實驗驗證，實驗結(jié)果表明，烘烤處理可以使外殼漏孔部位的溶液揮發(fā)，從而恢復(fù)到原有的漏率狀態(tài)，這對避免外殼氣密性檢驗的誤判有一定的實際意義。

關(guān)鍵詞：金屬-陶瓷外殼 氣密性 水 烘烤

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0090-02

近年來，金屬-陶瓷外殼因其各種優(yōu)良的性能（如散熱性、氣密性、抗電磁干擾性等）而被廣泛應(yīng)用于軍品或民品類電子產(chǎn)品的集成電路和電子元器件的封裝中。隨著信息通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，對于金屬-陶瓷外殼各方面的性能要求越來越嚴(yán)苛，其中可靠性是判斷其性能好壞非常關(guān)鍵的因素，而氣密性又是其高可靠性的基本保證和重要指標(biāo)之一[1]。當(dāng)金屬-陶瓷外殼氣密性不好時，外界的氣體、水分或其他有害離子會在其封裝完畢后進(jìn)入其腔體內(nèi)部，使其表面性質(zhì)改變，相關(guān)參數(shù)也會發(fā)生一些變化，進(jìn)而導(dǎo)致整只外殼失效。

1 原理分析

1.1 氣密性檢驗

常用的檢漏方法有很多，本文采用氦質(zhì)譜檢漏儀對金屬-陶瓷外殼進(jìn)行氣密性檢驗。氦質(zhì)譜檢漏儀是用氦氣為示蹤氣體且專門用于檢漏的儀器，它具有性能穩(wěn)定、操作方便等優(yōu)點，是真空檢漏技術(shù)中靈敏度最高，用得最普遍的檢漏儀器。氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏的具體方法為：將待檢外殼放在氦質(zhì)譜檢漏儀相應(yīng)的模具孔上，當(dāng)外殼與儀器完全連通后對外殼進(jìn)行抽真空操作，接著用噴槍對外殼表面噴氦氣，尤其是外殼上可能存在漏氣的地方（如焊縫、孔洞等）[2]，如圖1所示。如果被檢外殼的某處存在焊縫、孔洞或是裂紋，那么使用噴槍對準(zhǔn)該處噴氦氣時，氦氣就會從這個位置被吸入到氦質(zhì)譜檢漏儀的真空系統(tǒng)中，然后擴(kuò)散到其質(zhì)譜室中，接著就會給氦質(zhì)譜檢漏儀傳遞一個信號，當(dāng)氦質(zhì)譜檢漏儀的輸出端接收到此信號時，就會根據(jù)這個信號作出響應(yīng)[3]，判斷外殼的漏率。

1.2 金屬-陶瓷外殼

金屬-陶瓷外殼泛指金屬外殼、陶瓷外殼或者金屬與陶瓷組合外殼，通常都是由單個或多個金屬或陶瓷零件組成，如采用多個零件時，需將多個零件通過釬焊技術(shù)組裝在一起形成外殼（見圖2）。

1.3 氣密性失效原因

通常情況下，一個合格的金屬-陶瓷外殼必須是氣密的，但往往會由于材料自身缺陷和釬焊缺陷等原因造成外殼出現(xiàn)一個或多個漏氣通道，從而導(dǎo)致外殼的氣密性達(dá)不到要求。金屬-陶瓷外殼漏氣主要表現(xiàn)形式有以下兩方面。

（1）材料自身缺陷。

材料自身缺陷主要是陶孔洞或裂縫、墻體孔洞或裂縫。由于外殼的陶瓷部位是將一層一層的陶瓷片疊加，通過外部作用力緊密結(jié)合在一起的，所以在陶瓷片層與層疊加的過程中可能由于雜質(zhì)、水分子附著或其他物質(zhì)，當(dāng)疊加好的陶瓷片放入溫度極高的爐中進(jìn)行燒制時，這些雜質(zhì)或水分子等受高溫影響進(jìn)而分解，在陶瓷件上形成細(xì)小的漏孔，從而造成漏氣（見圖3）。

（2）焊接部位孔洞。

金屬-陶瓷外殼是經(jīng)過金屬零件與陶瓷件組裝釬焊后形成的，金屬零件表面或是絕緣子封面在焊接前因為處理不徹底而殘留有油污和氧化膜使得釬焊時焊料的浸潤和流散不良，或在處理過程中溫度不當(dāng)使得焊料無法充分流散或是流散過多，都會導(dǎo)致絕緣子與金屬零件之間的間隙無法被剩余的焊料致密地填充，從而造成焊接部位出現(xiàn)或大或小的縫隙。另外，焊縫也可能是由于部分絕緣子尺寸偏小，裝配時與金屬零件之間的間隙增大，使得焊料無法填滿而產(chǎn)生的（見圖4）。

1.4 漏氣產(chǎn)品漏檢

漏氣外殼在檢漏前可能經(jīng)歷鍍鎳、鍍金或者清洗等工藝環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)都會導(dǎo)致外殼長時間浸泡在溶液或者水中，溶液或者水很有可能會進(jìn)入漏氣通道，甚至完全填充漏氣通道。此時的外殼如果只是表面吹干的話，漏氣通道仍充滿水或溶液，出現(xiàn)漏氣外殼檢漏合格的情況。而當(dāng)漏氣外殼放置一段時間或是在一定的溫度條件下，烘烤一定的時間后，通道內(nèi)的水或者溶液被蒸發(fā)掉后，漏孔或是裂紋就會重新暴露出來，那些被誤認(rèn)為合格的外殼就會因為漏氣而導(dǎo)致失效[4]。

1.5 解決措施

對于那些由于水或鍍液堵塞漏孔、裂紋等而無法被檢測出來的漏氣外殼，因此，被檢的陶瓷外殼不除去那些堵塞的液體而直接進(jìn)行氣密性檢驗是無意義的。雖然外殼放置一段時間后漏孔可能會復(fù)現(xiàn)，但具體時間無法估計，且長期放置會影響到整個生產(chǎn)的進(jìn)度。針對這種檢漏前進(jìn)行過溶液或水處理的外殼，需通過烘烤處理來加速溶液或水的蒸發(fā)，避免出現(xiàn)漏氣通道堵塞，導(dǎo)致漏氣外殼檢漏合格的問題發(fā)生。

2 試驗及結(jié)果分析

2.1 試驗樣品準(zhǔn)備

（1）選取50只漏氣的蝶型外殼進(jìn)行檢漏，記錄其漏率；（2）對該批外殼進(jìn)行純水超聲清洗30min；（3）使用風(fēng)筒將外殼吹干；（4）對該批外殼進(jìn)行檢漏，挑出漏率合格的外殼5只，記錄其漏率。

2.2 烘烤試驗

對挑出的5只漏率合格的外殼進(jìn)行烘烤，對烘烤完后的外殼再次進(jìn)行檢漏，記錄其漏率。

具體試驗結(jié)果如表1中數(shù)據(jù)所示（判定標(biāo)準(zhǔn)：外殼漏率<1.0×10-9Pa·m?/s）。

上述實驗結(jié)果表明：對漏氣的金屬-陶瓷外殼超聲清洗后，采用風(fēng)筒將外殼吹干后，外殼只是表面被吹干，漏孔可能仍然存有溶液，這種情況會導(dǎo)致外殼在檢漏漏率是合格的，從而出現(xiàn)對外殼氣密性的誤判問題。通過烘烤處理，使得外殼漏孔部位的溶液揮發(fā)掉，將漏孔重新暴露出來，恢復(fù)到原有的漏率狀態(tài)，這樣就可以避免對外殼氣密性的誤判問題發(fā)生。

針對常規(guī)的蝶型外殼，建議烘烤條件為：溫度200℃，烘烤時間不小于0.5h。

3 結(jié)語

本文提出的針對經(jīng)過溶液清洗或浸泡過的外殼進(jìn)行檢漏前，除了將外殼表面吹干外，必須對外殼進(jìn)行烘烤處理，從而避免外殼漏氣通道被堵塞的可能。不同的外殼因其結(jié)構(gòu)和材料不同，其烘烤條件也會有所差異，需要經(jīng)過實驗驗證。針對常規(guī)的蝶型金屬-陶瓷外殼，該烘烤方法操作簡單，準(zhǔn)確有效，可以廣泛應(yīng)用于金屬-陶瓷外殼的氣密性檢測中，解決了現(xiàn)有的因水溶液堵塞漏孔造成的氣密性誤判的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 湯紀(jì)南.多層陶瓷外殼的失效分析和可靠性設(shè)計[J].電子與封裝，2006（10）：22-26.

[2] 何己有.氦質(zhì)譜檢漏儀檢測原理及應(yīng)用[J].聚酯工業(yè)，2011，24（2）：54-57.

[3] 孫開磊，孫新利.真空氦質(zhì)譜檢漏原理與方法綜述[J].真空電子技術(shù)，2007（6）：62-65.

[4] 劉軍.產(chǎn)品氣密性檢測技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.