李曉潮，王鋼榮，吳瓊瑤，程順昌，王微頻

（重慶光電技術(shù)研究所，重慶 400060）

0 引言

CCD是電荷耦合器件的簡稱， 它可把外界物體的圖像信號轉(zhuǎn)換成電信號，即把入射到CCD光敏面上的、按空間位置分布的光強信號，轉(zhuǎn)換為按時間順序串行輸出的視頻信號，視頻信號可在各種顯示器上再現(xiàn)原物體的圖像。目前，全世界航天用探測器、偵查相機大多采用CCD。為了防電磁輻射、防光源干擾、防太空輻射等方面的要求，需要器件具備較好的密封性能。而密封性能也是CCD在實際應(yīng)用中的一個極其重要的參數(shù)。

1 酒精檢漏試驗方法

目前，在我國航天電子元器件可靠性試驗中，因誤判小，可靠性高，被廣泛應(yīng)用的粗檢漏方法為高氟油粗檢漏。但由于高溫氟油檢漏時，檢測過程中會存在較大的溫差，可能會出現(xiàn)光學(xué)元器件的玻璃、陶瓷等部位的細小裂隙擴大、器件光窗被污染等情況，從而對篩選器件造成額外的損傷，或在鑒定階段降低器件承受可靠性試驗的能力。而酒精粗檢漏不需要在高溫氟油下進行粗檢漏檢驗，因而可以有效地避免氟油粗檢漏對光學(xué)元器件所造成的額外影響。

這篇文章主要選用了某型號全幀轉(zhuǎn)移CCD作為試驗對象，并根據(jù)器件的具體空腔體積來選擇試驗條件[1]：每只器件承受的壓力大小為310 kPa，加壓時間為2 h；試驗時，將加壓后的器件置于酒精器皿中抽負壓，當壓力下降至50 kPa時，恒定壓力條件，觀察1 min，查看是否有連續(xù)小氣泡或幾個大氣泡冒出，作為對器件氣密性能的判斷依據(jù)[2]。

2 失效現(xiàn)象

試驗所采用的元器件為全幀轉(zhuǎn)移CCD，密封方式采用密封膠將玻璃與陶瓷管殼進行粘接，空腔體積為279 mm3。試驗示意圖如圖1所示。

圖1 酒精粗檢漏示意圖

在初次進行酒精粗檢漏試驗時，選用了2只CCD進行密封性能摸底試驗。在未經(jīng)過任何預(yù)處理手段進行試驗時，會發(fā)現(xiàn)在器件光窗密封處，有多個密封點一直存在連續(xù)小氣泡冒出，且長時間持續(xù)冒泡。若器件屬于密封性能未過，其冒泡現(xiàn)象應(yīng)是氣泡快速冒出，且很快就會停止 （因器件的空腔體積有限）。為排除試驗現(xiàn)象的偶然性，故連續(xù)投入了6只器件進行粗檢漏試驗，所表現(xiàn)出來的現(xiàn)象與之前相同，均有連續(xù)氣泡冒出，均屬不合格。示意圖如圖2所示。

圖2 未經(jīng)預(yù)處理器件檢漏示意圖

3 失效分析

3.1 失效原因

針對以上現(xiàn)象，決定采用氟油粗檢漏進行復(fù)驗：器件在加壓后放置于125℃氟油中10 min，8只器件均無氣泡冒出。于是對這8只器件的結(jié)論為：8只器件均合格，器件的密封性能沒有問題。而酒精粗檢漏，作為第一次接觸的試驗方法，一定存在人為或固有的問題，并在試驗過程中被觸及從而造成誤判。并且，氟油檢漏不合格器件的冒泡情況也與這8只器件的狀況不同，如圖3所示。

圖3 氟油粗檢漏不合格器件的酒精檢漏冒泡情況

相關(guān)人員在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，酒精即使不放置任何樣品進行抽負壓時，也會出現(xiàn)離散氣泡冒出，并且持續(xù)時間達3 min以上：如CCD表面吸附較大的顆粒，則會出現(xiàn)一連串連續(xù)小氣泡，如圖3所示。

故據(jù)此推測：該試驗的試驗結(jié)果判定與器件表面粘附顆粒與酒精潔凈度有關(guān)。為此試驗人員進行了下列摸底試驗以尋找對器件造成誤判的原因：

a）將誤判器件放置于25倍顯微鏡下進行鏡檢，并用鑷子將粘附的顆粒進行清除 （因為粘附顆粒均被密封膠粘結(jié)，采用氮氣槍與酒精棉球進行處理的效果不佳）。清除完成后，利用氮氣槍對器件表面進行吹拂處理，然后重新進行酒精粗檢漏試驗。原檢漏未過的8只器件僅有2只未過，且所冒出的氣泡與處理前相比，氣泡明顯地變少。且其中6只均有離散氣泡冒出，另外2只雖仍有連續(xù)氣泡冒出，但數(shù)量已較之前變少。

檢漏不合格器件冒泡處的不潔凈物圖像如圖4所示。

圖4 管殼密封處的附著顆粒

b）試驗人員將試驗未過的兩只器件重新進行鏡檢，再未發(fā)現(xiàn)有吸附顆粒的存在。于是開始嘗試對酒精進行更換處理，提升酒精純度為CMOS-Ⅲ級酒精，重新進行試驗，2只未過器件已沒有連續(xù)氣泡冒出。但所有的器件在試驗時，均存在離散氣泡冒出。

c）因離散氣泡同樣會對粗檢漏試驗結(jié)果的正確性造成誤判，所以仍需尋求解決的辦法以提高整個試驗的可靠性。

試驗人員隨后發(fā)現(xiàn)：當酒精中不存在任何器件進行抽負壓時，同樣存在離散氣泡冒出的現(xiàn)象，于是懷疑離散氣泡與酒精本身的溶氣性有很大的關(guān)系。隨后試驗人員決定采取將酒精一直保持在負壓狀態(tài) （30 kPa，持續(xù)時間30 min），然后再將之前未過的6只CCD經(jīng)過2 h加壓，重新進行粗檢漏試驗，發(fā)現(xiàn)所有的器件不再冒出離散氣泡。

3.2 失效結(jié)果分析

a）器件本身粘附的固體顆粒，其中以密封膠固定的顆粒所造成氣泡的影響最為明顯。

b）酒精本身的純度。若純度不高，則酒精本身所含有的雜質(zhì)顆粒就會在負壓狀態(tài)下產(chǎn)生氣泡，進而影響器件密封性能的判斷。

c）酒精的溶氣性。因酒精本身有溶氣性，并在試驗時的負壓狀態(tài)釋放出來，故試驗用酒精在不使用時應(yīng)一直保持在負壓狀態(tài)，以避免酒精中溶解出過多的氣體。

4 結(jié)束語

針對上述問題，我們采取了如下措施：

a）密封完成后的器件需在25倍放大的顯微鏡下進行顆粒清理工作。

b）進行酒精粗檢漏試驗時，預(yù)先使用氮氣槍、酒精棉球?qū)ζ骷芊庹辰犹庍M行清理，將CCD在試驗階段中所粘帶的顆粒清除干凈，然后進行試驗。

c）試驗開始前與完成后，均需使試驗用酒精保持在負壓環(huán)節(jié)。

d）試驗用器件需保持在潔凈的環(huán)境當中進行試驗。因為即使在試驗時對器件進行清洗，也可能因為器件粘附顆粒過多而無法清理干凈，從而造成粗檢漏的錯誤判定，導(dǎo)致合格樣品的損失。

[1] 米本和也.CCD/CMOS圖像傳感器基礎(chǔ)與應(yīng)用 [M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[2] GJB 5968-2007，電荷耦合成像器件通用規(guī)范 [S].