烘烤对外壳气密性检验的影响

孙晓明 王朝阳 杜峤

摘 要：本文对金属-陶瓷外壳进行气密性的工艺试验，发现水或电镀溶液会填充漏气外壳的漏气通道，导致外壳气密性检验结果存在误判。针对这一现象提出了在对外壳进行气密性检测之前先进行烘烤的改善方法，并对这种方法进行了实验验证，实验结果表明，烘烤处理可以使外壳漏孔部位的溶液挥发，从而恢复到原有的漏率状态，这对避免外壳气密性检验的误判有一定的实际意义。

关键词：金属-陶瓷外壳 气密性 水 烘烤

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（b）-0090-02

近年来，金属-陶瓷外壳因其各种优良的性能（如散热性、气密性、抗电磁干扰性等）而被广泛应用于军品或民品类电子产品的集成电路和电子元器件的封装中。随着信息通讯技术的飞速发展，对于金属-陶瓷外壳各方面的性能要求越来越严苛，其中可靠性是判断其性能好坏非常关键的因素，而气密性又是其高可靠性的基本保证和重要指标之一[1]。当金属-陶瓷外壳气密性不好时，外界的气体、水分或其他有害离子会在其封装完毕后进入其腔体内部，使其表面性质改变，相关参数也会发生一些变化，进而导致整只外壳失效。

1 原理分析

1.1 气密性检验

常用的检漏方法有很多，本文采用氦质谱检漏仪对金属-陶瓷外壳进行气密性检验。氦质谱检漏仪是用氦气为示踪气体且专门用于检漏的仪器，它具有性能稳定、操作方便等优点，是真空检漏技术中灵敏度最高，用得最普遍的检漏仪器。氦质谱检漏仪检漏的具体方法为：将待检外壳放在氦质谱检漏仪相应的模具孔上，当外壳与仪器完全连通后对外壳进行抽真空操作，接着用喷枪对外壳表面喷氦气，尤其是外壳上可能存在漏气的地方（如焊缝、孔洞等）[2]，如图1所示。如果被检外壳的某处存在焊缝、孔洞或是裂纹，那么使用喷枪对准该处喷氦气时，氦气就会从这个位置被吸入到氦质谱检漏仪的真空系统中，然后扩散到其质谱室中，接着就会给氦质谱检漏仪传递一个信号，当氦质谱检漏仪的输出端接收到此信号时，就会根据这个信号作出响应[3]，判断外壳的漏率。

1.2 金属-陶瓷外壳

金属-陶瓷外壳泛指金属外壳、陶瓷外壳或者金属与陶瓷组合外壳，通常都是由单个或多个金属或陶瓷零件组成，如采用多个零件时，需将多个零件通过钎焊技术组装在一起形成外壳（见图2）。

1.3 气密性失效原因

通常情况下，一个合格的金属-陶瓷外壳必须是气密的，但往往会由于材料自身缺陷和钎焊缺陷等原因造成外壳出现一个或多个漏气通道，从而导致外壳的气密性达不到要求。金属-陶瓷外壳漏气主要表现形式有以下两方面。

（1）材料自身缺陷。

材料自身缺陷主要是陶孔洞或裂缝、墙体孔洞或裂缝。由于外壳的陶瓷部位是将一层一层的陶瓷片叠加，通过外部作用力紧密结合在一起的，所以在陶瓷片层与层叠加的过程中可能由于杂质、水分子附着或其他物质，当叠加好的陶瓷片放入温度极高的炉中进行烧制时，这些杂质或水分子等受高温影响进而分解，在陶瓷件上形成细小的漏孔，从而造成漏气（见图3）。

（2）焊接部位孔洞。

金属-陶瓷外壳是经过金属零件与陶瓷件组装钎焊后形成的，金属零件表面或是绝缘子封面在焊接前因为处理不彻底而残留有油污和氧化膜使得钎焊时焊料的浸润和流散不良，或在处理过程中温度不当使得焊料无法充分流散或是流散过多，都会导致绝缘子与金属零件之间的间隙无法被剩余的焊料致密地填充，从而造成焊接部位出现或大或小的缝隙。另外，焊缝也可能是由于部分绝缘子尺寸偏小，装配时与金属零件之间的间隙增大，使得焊料无法填满而产生的（见图4）。

1.4 漏气产品漏检

漏气外壳在检漏前可能经历镀镍、镀金或者清洗等工艺环节，这些环节都会导致外壳长时间浸泡在溶液或者水中，溶液或者水很有可能会进入漏气通道，甚至完全填充漏气通道。此时的外壳如果只是表面吹干的话，漏气通道仍充满水或溶液，出现漏气外壳检漏合格的情况。而当漏气外壳放置一段时间或是在一定的温度条件下，烘烤一定的时间后，通道内的水或者溶液被蒸发掉后，漏孔或是裂纹就会重新暴露出来，那些被误认为合格的外壳就会因为漏气而导致失效[4]。

1.5 解决措施

对于那些由于水或镀液堵塞漏孔、裂纹等而无法被检测出来的漏气外壳，因此，被检的陶瓷外壳不除去那些堵塞的液体而直接进行气密性检验是无意义的。虽然外壳放置一段时间后漏孔可能会复现，但具体时间无法估计，且长期放置会影响到整个生产的进度。针对这种检漏前进行过溶液或水处理的外壳，需通过烘烤处理来加速溶液或水的蒸发，避免出现漏气通道堵塞，导致漏气外壳检漏合格的问题发生。

2 试验及结果分析

2.1 试验样品准备

（1）选取50只漏气的蝶型外壳进行检漏，记录其漏率；（2）对该批外壳进行纯水超声清洗30min；（3）使用风筒将外壳吹干；（4）对该批外壳进行检漏，挑出漏率合格的外壳5只，记录其漏率。

2.2 烘烤试验

对挑出的5只漏率合格的外壳进行烘烤，对烘烤完后的外壳再次进行检漏，记录其漏率。

具体试验结果如表1中数据所示（判定标准：外壳漏率<1.0×10-9Pa·m?/s）。

上述实验结果表明：对漏气的金属-陶瓷外壳超声清洗后，采用风筒将外壳吹干后，外壳只是表面被吹干，漏孔可能仍然存有溶液，这种情况会导致外壳在检漏漏率是合格的，从而出现对外壳气密性的误判问题。通过烘烤处理，使得外壳漏孔部位的溶液挥发掉，将漏孔重新暴露出来，恢复到原有的漏率状态，这样就可以避免对外壳气密性的误判问题发生。

针对常规的蝶型外壳，建议烘烤条件为：温度200℃，烘烤时间不小于0.5h。

3 结语

本文提出的针对经过溶液清洗或浸泡过的外壳进行检漏前，除了将外壳表面吹干外，必须对外壳进行烘烤处理，从而避免外壳漏气通道被堵塞的可能。不同的外壳因其结构和材料不同，其烘烤条件也会有所差异，需要经过实验验证。针对常规的蝶型金属-陶瓷外壳，该烘烤方法操作简单，准确有效，可以广泛应用于金属-陶瓷外壳的气密性检测中，解决了现有的因水溶液堵塞漏孔造成的气密性误判的问题。

参考文献

[1] 汤纪南.多层陶瓷外殼的失效分析和可靠性设计[J].电子与封装，2006（10）：22-26.

[2] 何己有.氦质谱检漏仪检测原理及应用[J].聚酯工业，2011，24（2）：54-57.

[3] 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.

[4] 刘军.产品气密性检测技术研究[D].哈尔滨工业大学，2013.