王榕欣，郭 嬿，姜 曼，劉 斌

(陜西華達科技股份有限公司，陜西西安，710065)

1 前言

射頻同軸連接器是射頻同軸傳輸系統(tǒng)的主要組成部分，是傳輸信號的關(guān)鍵元件，它的重要功能是有效的傳輸射頻電磁能量。射頻同軸連接器廣泛地應用于微波通訊、航天航海、武器系統(tǒng)等領域中的天線、通信系統(tǒng)、射頻發(fā)射或射頻接收系統(tǒng)中，而且在高速數(shù)據(jù)傳輸設備中應用越來越廣泛，作用也越來越重要。

氣密封連接器是射頻同軸連接器的一種，一般安裝在密封器件盒或密封艙的面板上進行數(shù)據(jù)傳輸。產(chǎn)品除要求有常規(guī)電性能外，還應具有良好的密封性能，這樣才能保證器件盒或密封艙的整體密封性。在對密封連接器密封性的檢測中，氦質(zhì)譜檢漏經(jīng)常作為重要的方法和手段，通常在檢測器件盒整體密封性時采用的是氦質(zhì)譜背壓檢漏法進行檢漏，檢漏時器件盒上元器件會對氦氣有吸附作用，從而造成密封器件盒的檢漏數(shù)據(jù)超標。鑒于沒有相關(guān)研究以及數(shù)據(jù)，我們對氣密封連接器進行了相關(guān)試驗和檢測，以分析連接器自身的結(jié)構(gòu)和所使用的絕緣材料對檢漏結(jié)果的影響。

2 產(chǎn)品的性能要求

根據(jù)GJB681A-2002《射頻同軸連接器通用規(guī)范》的規(guī)定，氣密封連接器的漏率要求為：≤ 1×10-9Pa·m3/s。根據(jù)氣密封連接器的實際應用情況，當中空密封器件盒安裝若干個氣密封連接器后，進行器件盒密封性能測試，整體漏率要求為：≤ 1×10-9Pa·m3/s。

3 結(jié)構(gòu)設計

3.1 氣密封連接器的結(jié)構(gòu)

對于氣密封連接器常規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示：外導體、內(nèi)導體、玻璃高溫燒結(jié)為一體以達到整個產(chǎn)品的密封要求，絕緣子采用過盈壓配的方法壓入外殼中，最后將一個帶有倒刺的插孔壓入絕緣子，完成整個產(chǎn)品的裝配，插孔的右端為一小孔，與內(nèi)導體插合連接，達到連接器中心導體的電氣連續(xù)性。

圖1 氣密封連接器局部結(jié)構(gòu)圖

3.2 氣密封連接器應用過程中出現(xiàn)的問題

3.2.1 氣密封連接器的應用場合

氣密封連接器使用在密封的器件盒上，首先器件盒上根據(jù)需要加工若干個安裝孔，將不同的元器件安裝到器件盒上，最后對器件盒進行整體封接，以保證器件盒整體是密封的。換句話說，器件盒內(nèi)部是中空的，盒體上會安裝各種元器件，通過封接來保證器件盒內(nèi)外的密封性。

3.2.2 密封問題

根據(jù)GJB681A-2002《射頻同軸連接器通用規(guī)范》的要求，氣密封連接器的漏率指標是：≤ 1×10-9Pa·m3/s，安裝到器件盒上封接后，整體漏率指標仍為：≤ 1×10-9Pa·m3/s。從常規(guī)理解只要連接器漏率指標能夠達到標準要求，安裝工藝得當，最終器件盒的漏率指標能夠≤ 1×10-9Pa·m3/s。但在在具體生產(chǎn)安裝過程中，會出現(xiàn)器件盒上安裝上氣密封連接器后，所測試的漏率指標僅能達到1×10-6Pa·m3/s～1×10-7Pa·m3/s，但這種漏率下降并非因為安裝不當造成的。由于在測試過程中器件盒會放在密封室里用氦氣加壓數(shù)小時，因此懷疑氣密封連接器上吸附的氦氣不能及時釋放，影響到最終的漏率檢測。

3.2.3 問題分析

為什么在安裝的前后漏率會出現(xiàn)如此大的差異呢？是不是氣密封連接器的質(zhì)量出現(xiàn)了問題？由于氣密封連接器均100%進行漏率測試，漏率合格，所以并非產(chǎn)品質(zhì)量的問題，而是該產(chǎn)品存在氦氣吸附的問題影響到最終的漏率檢測。

3.2.3.1 連接器漏率檢測方法

連接器的漏率檢測采用氦質(zhì)譜噴氦檢漏法，按照GJB360B方法112檢測(見圖2)，產(chǎn)品安裝在專用工裝上，一端暴露與空氣中，一端與氦質(zhì)譜檢漏儀下部相連。檢漏時，氦質(zhì)譜檢漏儀下部抽真空，以保證產(chǎn)品的兩端有一個大氣壓差，上部噴嘴不斷噴射氦氣，當被檢產(chǎn)品有漏孔時，氦氣立即會被吸入到真空系統(tǒng)，從而擴散到質(zhì)譜室中，氦質(zhì)譜檢漏儀的輸出就會立即有相應，從而實現(xiàn)被檢產(chǎn)品漏率測量，此方法檢測靈敏度高，速度快。

圖2 氦質(zhì)譜噴氦檢漏法檢測示意圖

3.3.2.1 器件盒的測試方法

器件盒采用氦質(zhì)譜背壓檢漏法進行檢漏，需要一定的時間和壓力，具體按照GJB548A方法1014A檢測：

首先進行細檢，主要用于判斷器件盒微小漏孔的測量和定位，細檢按下列步驟進行。

步驟一：封好的器件盒至于密封室內(nèi)，在規(guī)定的時間和壓力下用氦示蹤氣體對密封室加壓。例如對器件盒加兩個大氣壓，加壓四小時。如果被檢器件盒表面有漏孔，氦氣便通過漏孔壓入器件盒內(nèi)部密封腔中，使內(nèi)部密封腔中氦氣壓力上升。

步驟一 步驟三圖3 氦質(zhì)譜背壓檢漏法測示意圖

步驟二：取出器件盒，將表面的殘余氦氣吹除，此過程在五分鐘內(nèi)完成。

步驟三：將器件盒放入與檢漏儀相連的真空容器中，器件盒內(nèi)部密封腔內(nèi)的氦氣會通過漏孔泄漏到真空容器中，再進入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而實現(xiàn)被檢器件盒總漏率測量，檢漏儀給出的漏率值為測量漏率，需要通過換算公式計算出被檢器件盒的等效標準漏率。

細檢合格后，再進行粗檢，粗檢采用氣泡檢漏法，主要是檢測器件盒是否存在較大的漏孔，排除大漏的可能。檢驗液為兩種碳氟化合物液體。試驗樣品先在低沸點的碳氟化合物液體中按規(guī)定時間加壓，例如對器件盒加四個大氣壓，加壓兩小時，然后將器件盒取出，在室溫下短時間干燥，隨后放入溫度為(125±5)℃的高沸點碳氟化合物液體中，通過觀察氣泡來檢漏。

3.2.3.3 試驗方法分析

因為當氣體和固體表面處于平衡態(tài)時，靠近固體表面的氣體密度總是大于遠離表面的密度，這說明固體表面有俘獲氣體分子并使其滯留于表面附近的能力。這種氣體被固體表面俘獲而附著于表面上的現(xiàn)象稱為吸附現(xiàn)象，所以固體表面分子對于氣體表面分子存在吸附能力。

從上述檢測方法可以看出，氦質(zhì)譜噴氦檢漏法為即時檢測法，速度快，測試時不會受到氦氣吸附效應的影響，氦質(zhì)譜背壓檢漏法需要對器件盒用氦氣加壓數(shù)小時，器件盒上會吸附有氦氣分子，所以器件盒加壓完后，上面所吸附氦氣分子能否及時釋放則關(guān)系到最終檢測結(jié)果的準確性。

實際檢測顯示：在進行步驟一氦氣加壓過程中，器件盒表面的某些元器件會吸附氦氣，而且不能及時釋放，在步驟三時出現(xiàn)氦氣緩慢釋放現(xiàn)象，影響檢測結(jié)果。對于此器件盒，當氣密封連接器裝上后，即產(chǎn)生氦氣吸附現(xiàn)象影響到漏率的最終檢測。漏率指標僅能達到1×10-6Pa·m3/s～1×10-7Pa·m3/s。

3.3 試驗驗證

3.3.1 吸附氦氣原因定位

通過對氣密封連接器結(jié)構(gòu)的初步分析，氣密封連接器吸附氦氣存在以下三方面的原因：

①氣密封連接器裝配過程中清理不干凈，有雜質(zhì)吸附氦氣；

②氣密封連接器所用的絕緣子為聚四氟乙烯材料，存在吸附氦氣的可能性；作為聚四氟乙烯介質(zhì)材料表面光滑、質(zhì)地緊密，不屬于可吸附性材料。因此需要有充足的數(shù)據(jù)表明聚四氟乙烯介質(zhì)材料會吸附氦氣。

③結(jié)構(gòu)設計不當導致氦氣不能及時釋放。在氦示蹤氣體對其加壓若干個小時內(nèi)，氣密封連接器的插孔、絕緣子和外殼間隙處將會聚集氦氣，由于絕緣子和外導體、插孔與絕緣子均采用過盈壓配的固定方式，可能會造成聚集氦氣不能快速釋放，對測試的結(jié)果產(chǎn)生影響。

3.3.2 試驗過程

為找到氣密封連接器吸附氦氣的真正原因，根據(jù)氣密封連接器的實際使用制作器件盒，每個器件盒上焊接5～10只氣密封連接器。為排除雜質(zhì)的影響，每個零件組裝前均采用超聲波清潔，保證零件表面潔凈。然后按下表的步驟進行，每個步驟進行完后按照氦質(zhì)譜背壓檢漏法檢測器件盒漏率。

步驟工序測試漏率一制作中空器件盒。<1×10-9Pa.m3/s二在器件盒上打安裝孔,將氣密封連接器的燒結(jié)外導體焊接到器件盒上。<1×10-9Pa.m3/s三將絕緣子裝入外導體中。<1×10-9Pa.m3/s四將插孔裝入絕緣子中,裝配完成。1×10-6～10-7Pa.m3/s

結(jié)果分析：步驟一先制作中空器件盒，從測試結(jié)果看出器件盒本身不吸附氦氣。然后打孔焊接上燒結(jié)外導體，從測試結(jié)果看出金屬外導體及玻璃密封體不吸附氦氣，裝上絕緣子后，漏率沒有明顯變化，說明聚四氟乙烯絕緣子本身也不吸附氦氣，在最后一個步驟，將插孔壓入絕緣子中，產(chǎn)品漏率明顯下降。因此可以看出是氣密封連接器的設計結(jié)構(gòu)導致氦吸附問題的產(chǎn)生。

從氣密封連接器結(jié)構(gòu)上可以看出(見圖1)，氣密封連接器采用玻璃燒結(jié)密封結(jié)構(gòu)，對于玻璃面來講，實際為一向下的凹面，另外為了保證連接器的界面尺寸，絕緣子的長度尺寸比外殼尺寸短一些，這樣在連接器的玻璃燒結(jié)面處會留有空氣間隙(圖1所示A處)，在器件盒采用氦質(zhì)譜背壓檢漏法測試漏率時，由于氦氣加壓時間長，所以氦氣會聚集在A處。由于絕緣子采用壓配的方式裝入外導體中，插孔采用壓配的方式裝入絕緣子，當插孔未裝入時，氦氣可以通過絕緣子孔排出，而插孔裝入后，該通道被堵死，聚集的氦氣不能及時排出，測試時仍在緩慢釋放，因此影響到最終的漏率測試結(jié)果。

3.3.3 改進驗證

為了進一步證實這種推測，對氣密封連接器結(jié)構(gòu)進行改進，例如改變氣密封連接器各個零件的配合方式，外導體和絕緣子，絕緣子和插孔之間留有間隙，改為其它的方式進行固定，留下氦氣釋放的通道，讓氦氣及時釋放。同時按照這種思路制作了產(chǎn)品，安裝到器件盒上，測試器件盒的漏率<1×10-9Pa.m3/s，滿足使用要求。

4 結(jié)論

本文通過試驗分析表明，在器件盒的氦質(zhì)譜背壓檢漏法試驗中，連接器的金屬和非金屬材料的氦吸附作用對檢漏試驗的影響很小。而器件盒上所用連接器自身的結(jié)構(gòu)所造成的氦吸附作用會對檢漏結(jié)果產(chǎn)生影響，因此我們在設計氣密封連接器時在關(guān)注連接器的密封性和可靠性的同時，還應關(guān)注連接器的使用場合和測試方法，選用合適可行的結(jié)構(gòu)。