孫曉明 王朝陽 杜嶠

摘 要：本文對(duì)金屬-陶瓷外殼進(jìn)行氣密性的工藝試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水或電鍍?nèi)芤簳?huì)填充漏氣外殼的漏氣通道，導(dǎo)致外殼氣密性檢驗(yàn)結(jié)果存在誤判。針對(duì)這一現(xiàn)象提出了在對(duì)外殼進(jìn)行氣密性檢測(cè)之前先進(jìn)行烘烤的改善方法，并對(duì)這種方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)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(duì)避免外殼氣密性檢驗(yàn)的誤判有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：金屬-陶瓷外殼 氣密性 水 烘烤

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(duì)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(shí)，外界的氣體、水分或其他有害離子會(huì)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(huì)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(yàn)

常用的檢漏方法有很多，本文采用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)金屬-陶瓷外殼進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)。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(diǎn)，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(duì)外殼進(jìn)行抽真空操作，接著用噴槍對(duì)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(duì)準(zhǔn)該處噴氦氣時(shí)，氦氣就會(huì)從這個(gè)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(huì)給氦質(zhì)譜檢漏儀傳遞一個(gè)信號(hào)，當(dāng)氦質(zhì)譜檢漏儀的輸出端接收到此信號(hào)時(shí)，就會(huì)根據(jù)這個(gè)信號(hào)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(gè)或多個(gè)金屬或陶瓷零件組成，如采用多個(gè)零件時(shí)，需將多個(gè)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(gè)合格的金屬-陶瓷外殼必須是氣密的，但往往會(huì)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(gè)或多個(gè)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(shí)，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?yàn)樘幚聿粡氐锥鴼埩粲杏臀酆脱趸な沟免F焊時(shí)焊料的浸潤(rùn)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(huì)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(shí)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(huì)導(dǎo)致外殼長(zhǎng)時(shí)間浸泡在溶液或者水中，溶液或者水很有可能會(huì)進(jìn)入漏氣通道，甚至完全填充漏氣通道。此時(shí)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(shí)間或是在一定的溫度條件下，烘烤一定的時(shí)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(huì)重新暴露出來，那些被誤認(rèn)為合格的外殼就會(huì)因?yàn)槁舛鴮?dǎo)致失效[4]。

1.5 解決措施

對(duì)于那些由于水或鍍液堵塞漏孔、裂紋等而無法被檢測(cè)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(yàn)是無意義的。雖然外殼放置一段時(shí)間后漏孔可能會(huì)復(fù)現(xiàn)，但具體時(shí)間無法估計(jì)，且長(zhǎng)期放置會(huì)影響到整個(gè)生產(chǎn)的進(jìn)度。針對(duì)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(yàn)及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)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(duì)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(duì)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(yàn)

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

具體試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)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(huì)導(dǎo)致外殼在檢漏漏率是合格的，從而出現(xiàn)對(duì)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(duì)外殼氣密性的誤判問題發(fā)生。

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

3 結(jié)語

本文提出的針對(duì)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(duì)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(huì)有所差異，需要經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)常規(guī)的蝶型金屬-陶瓷外殼，該烘烤方法操作簡(jiǎn)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(cè)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(jì)[J].電子與封裝，2006（10）：22-26.

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[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(cè)技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.