CN102539276A

CN102539276A - 非标准气压封装元器件内部气氛分析方法和试验校准件

Info

Publication number: CN102539276A
Application number: CN2011102964756A
Authority: CN
Inventors: 牛付林; 魏建中
Original assignee: Fifth Electronics Research Institute of Ministry of Industry and Information Technology
Current assignee: China Electronic Product Reliability and Environmental Testing Research Institute
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: CN102539276B

Abstract

本发明公开了一种试验校准件，它为一系列内腔体积不同的、采用标准气压封装的金属空心圆柱体。本发明还公开了一种非标准气压封装元器件内部气氛分析方法，它包括如下步骤：选择内部气氛分析设备对应的校准器进行测量，获得被测元器件的端口压强值和内部气氛组成的摩尔体积比；获得被测元器件的实际内腔体积；获得三个或以上试验校准件样品的端口压强；获得被测元器件内部气氛与标准气压下等效的体积；用被测元器件的等效体积除以被测元器件的实际体积，得到修正因子，用该修正因子乘以测量的各气氛组成，得到与标准一致的评价数据，从而对元器件的可靠性作出评价。

Description

非标准气压封装元器件内部气氛分析方法和试验校准件

技术领域

本发明涉及非正常气压封装元器件的可靠性评估，尤其涉及一种非标准气压封装元器件内部气氛分析方法和试验校准件。

背景技术

非正常气压封装元器件是广泛使用的重要元器件之一。气密封元器件内部气氛的质量直接影响到元器件的长期可靠性，主要表现在以下方面：(1)加速对电路的腐蚀作用；(2)造成内部环境的恶性污染；(3)造成电路短路或烧毁；(5)电路失去应有的功能作用；(5)低温下的电路转换失效，(6)金属位移等等。评价元器件内部气氛质量的指标都是在标准气压封装条件下给出的，在非标准气压封装下通过乘以修正因子得到，而修正因子用到的核心数据就是被测元器件封装的气体压强，但是非正常气压封装元器件内气压与封装的环境气压相差非常大(内部存在各类的放气作用)，所以公式中封装的气体压强不能采用元器件封装时采用的环境压强。

目前国内测量内腔腔体内部气体压强仅是针对一些大型机械结构或大型的元器件等，还没有在保证元器件内部气氛有效数据获得的前提下准确的计算出元器件内部的实际压强值的方法。对于非正常气压封装的元器件，进行内部气氛分析仅仅给出内部各气氛组成的气体摩尔比数据，并无法做出准确的合格与否的判断。而一般的解决方法是要么采用正常气压下的数据判断，要么采用元器件封装时的环境气压数据进行判断，两个方法都是难以令人信服的。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种非标准气压封装元器件内部气氛分析方法和试验校准件，在保证元器件内部气氛有效数据获得的前提下准确的计算出元器件内部的实际压强值，通过换算获得非标准气压封装元器件内部的等效标准气压下的气氛组成数据，对非标准气压封装元器件在内部气氛分析方面进行可靠性评价。

为了实现上述目的，本发明试验校准件的技术方案为：一种试验校准件，它为一系列内腔体积不同的、采用标准气压封装的金属空心圆柱体。

优选地，一系列的金属空心圆柱体采用铁镍合金材料制成，其直径大于5毫米。

优选地，一系列的金属空心圆柱体的中心圆柱形孔直径大于2毫米。

优选地，一系列的金属空心圆柱体的长度不相同。

优选地，一系列的金属空心圆柱体的中心圆柱形孔经过电镀后再采用平行封焊在两端焊接上封盖。

本发明非标准气压封装元器件内部气氛分析方法的技术方案包括如下步骤：

(1)选择内部气氛分析设备对应的校准器进行测量，获得被测元器件的端口压强值和内部气氛组成的摩尔体积比；(2)获得被测元器件的实际内腔体积；

(3)根据被测元器件测量获得的端口压强值，在同等条件下测量与该端口压强值相当的三个或以上所述的试验校准件样品，获得三个或以上试验校准件样品的端口压强；(4)获得被测元器件内部气氛与标准气压下等效的体积；(5)用被测元器件的等效体积除以被测元器件的实际体积，得到修正因子，用该修正因子乘以测量的各气氛组成，得到与标准一致的评价数据，从而对元器件的可靠性作出评价。

优选地，在步骤(1)中，选择对应校准器的方法是先粗略估计样品的内腔体积，然后乘以封装压强与标准大气压的比。

优选地，在步骤(2)中，通过将被测元器件的穿刺孔堵住或测试前就先测量一下浸入量筒的水中，通过液面的增加得到被测元器件的体积，然后用同样的方法，将被测元器件打开，让液体完全填充样品内部，得到一个元器件的实体体积，通过两个体积相减得到样品实际内腔体积。

优选地，通过将三个或以上的试验校准件样品测量的数据以体积作为纵坐标，端口压强作为横坐标，绘制到坐标系内，用平滑的曲线连接起来，通过被测元器件端口压强值，在图上得到被测元器件的等效气体体积。

与现有技术相比，本发明使在元器件进行内部气氛分析过程中得到的几乎没有用的端口气压值，变成计算非标准气压封装元器件内部气体压强的核心数据，从而能够进行非标准气压封装元器件内部气氛分析的评价；通过试验校准件中对设备的标定，在正常条件的测试下，通过相应的计算，使被测元器件内部气氛组成能够换算成标准气压下的数据，从而能够进行影响性分析。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是端口压强和被测样品内腔器体积对应关系图。

具体实施方式

试验校准件是一系列内腔体积不同的、采用正常气压封装的、能够便于检测的标准样品，它采用不同长度的标准金属空心圆柱体在标准气压下封装而成，在封装前后进行过清洗和镀镍工艺，以保证腔体内表面光滑和减弱有机多余物等的影响。试验校准件的材料应首先选择铁镍合金，该材料结构比较致密，表面吸附气体能力比较弱，加工过程中不容易形成空隙，材料成本也比较低。校准件形状应采用圆柱形，该外形容易加工，并且便于试验。具体加工方法是：(1)选择圆柱形铁镍合金材料，其直径至少是5mm，过小的截面积在成型后不便于试验；(2)在圆柱形中心铣出一圆柱形孔，孔的直径要大于2mm，过小的孔不便于试验；(3)将圆柱体根据需要截出一定的长度，根据长度的不同，作出的样品内腔体积就有所不同；(4)作出同样直径的封盖，经过电镀后将圆柱体的中心孔采用平行封焊的方法焊接上，就作出了相应的校准件了。

通常进行元器件内部气氛分析时能够得到测试过程中设备的端口压强、被测元器件内部各气氛组成的摩尔气体比，端口压强和被测气体总量、设备的抽真空的速度、测试前设备内部真空度状况和设备内部腔体总体积有关，除了被测气体总量外，其它影响端口压强值的参数在某一时段几乎是固定的或可以调成一致的。这样测试数据中的端口压强就只和被测元器件内部总量相关了，在知道了被测元器件内腔体积后，通过一系列的计算，就可以准确的获得被测元器件等效的内部气氛组成。具体试验方法如下：(1)粗略的估算被测元器件等效标准气压下的内腔体积，选择内部气氛分析设备对应的校准器进行测量，获得被测器件的端口压强值和内部气氛组成的摩尔体积比，选择对应校准器的方法是先粗略估计样品的内腔体积，然后乘以封装压强与标准大气压的比，比如某被测样品的内腔体积约为0.1立方厘米，封装时环境气压为0.5个标准大气压，那么应该选择0.05立方厘米的校准器进行试验；(2)获得被测元器件的实际内腔体积，可以采用排除液体的方法进行计算得到，方法是先将被测元器件的穿刺孔堵住(或测试前就先测量一下)浸入量筒的水中，通过液面的增加得到被测元器件的体积，然后用同样的方法，将被测元器件打开，让液体能够完全填充样品内部，得到一个元器件的实体体积，通过两个体积相减就能够得到样品实际内腔体积；(3)根据被测器件测量获得的端口压强值，在同等条件下(设备状态一致)测量与该端口压强值相当的三个校准件样品，获得三个校准件样品的端口压强(对于加工出来的校准件，应该在一定时期，如3个月一次，进行测量，以积累校准件与端口压强之间对应关系的数据)；(4)获得被测元器件内部气氛与标准气压下等效的体积，方法有两种，首先是将三个校准件样品测量的数据以体积作为纵坐标，端口压强作为横坐标，绘制到坐标系内，然后用平滑的曲线连接起来，通过被测元器件端口压强值，在图上得到被测元器件的等效气体体积；其次通过二次曲线拟合公式计算也可以得到被测样品的等效气体体积；(5)用被测元器件的等效体积除以被测元器件的实际体积，得到一个修正因子，用该修正因子乘以测量的各气氛组成，就可以得到与标准一致的评价数据，从而对元器件的可靠性做出客观准确的评价。如：被测元器件的内腔体积为V，通过计算或者通过在绘制的曲线上查找得到被测元器件的等效体积为V_S，那么修正后的被测元器件内部水汽含量为设备直接测量得到的样品内部水汽含量值*V_S/V。

利用本发明可以获得非标准气压封装的元器件在封装后较长时间内内部气体压强的变化情况，可以开展和标准气压封装元器件内部气氛要求相一致的评价，有利于进一步提高其产品可靠性。带来的有益效果体现在两个方面：一方面在检测非标准气压封装元器件内部气氛分析中形成等效数据，便于元器件的可靠性评价，填补国内空白；另一方面将现有的针对常压封装元器件的内部气氛要求直接应用到非标准气压封装元器件内部气氛分析上，节省了其可靠性研究的周期和大量的试验费用，其便捷准确的分析元器件内部气体压强的方法势必为提高元器件可靠性研究节省大量的研究经费和时间。

下面的例子是某低气压封装电子元器件(封装时环境压强为500Pa)，在进行产品鉴定试验中发现，内部水汽含量数据超过标准要求(GJB548B-2005方法1018.1)的0.5％，而该标准另外规定对于低气压封装，其测量值应进行相应的修正，修正方法是测量值乘以修正因子，修正因子是封装的气体压强除以标准大气压。但是封装体内的气体压强与封装时的环境压强相差很大，如果直接采用封装时环境压强对检测数据进行修正和判定，对于低气压封装样品，势必会提高产品的质量等级，导致不合格产品流入市场，带来质量隐患；如果不进行数据修正，对于低气压封装样品，将降低产品的质量等级，导致生产成本的增加。被检测样品检测数据见表1：

请参阅图1，根据以上数据我们选择了内腔体积分别为2.1*10^-8m³、4.5*10^-8m³、8.1*10^-8m³的校准件，在同等测试条件下(同样的内部气氛分析仪校准器、同样的真空度等级)进行测量，得到的端口压强分别是79.99Pa、266.64Pa、466.62Pa，这样就可以绘制该测试条件下的端口压强和被测样品内腔器体积(标准大气压封装下的)的对应关系图。

根据被测元器件检测到的端口压强数据(199.98Pa)，在图中可以查到该批次元器件等效的内腔体积约为3*10^-8m³，而我们根据排液法测量的实际样品内腔体积为2.8*10^-7m³，因此可以计算得到修正因子为0.107(被测元器件等效体积除以其实际内腔体积)，被测元器件修正后的内部水汽含量分别为0.088％、0.112％和0.108％，均小于标准要求的小于0.5％，属于合格产品。而该批次产品的内部实际的气体压强为9.5kPa，比封装环境采用的500Pa要大19倍。

Claims

1.一种试验校准件，其特征在于，它为一系列内腔体积不同的、采用标准气压封装的金属空心圆柱体。

2.根据权利要求1所述的试验校准件，其特征在于，所述一系列的金属空心圆柱体采用铁镍合金材料制成，其直径大于5毫米。

3.根据权利要求1所述的试验校准件，其特征在于，所述一系列的金属空心圆柱体的中心圆柱形孔直径大于2毫米。

4.根据权利要求1所述的试验校准件，其特征在于，所述一系列的金属空心圆柱体的长度不相同。

5.根据权利要求1所述的试验校准件，其特征在于，所述一系列的金属空心圆柱体的中心圆柱形孔经过电镀后再采用平行封焊在两端焊接上封盖。

6.一种非标准气压封装元器件内部气氛分析方法，利用权利要求1到5任一权利要求所述的试验校准件进行分析，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)选择内部气氛分析设备对应的校准器进行测量，获得被测元器件的端口压强值和内部气氛组成的摩尔体积比；

(2)获得被测元器件的实际内腔体积；

(3)根据被测元器件测量获得的端口压强值，在同等条件下测量与该端口压强值相当的三个或以上所述的试验校准件样品，获得三个或以上试验校准件样品的端口压强；

(4)获得被测元器件内部气氛与标准气压下等效的体积；

(5)用被测元器件的等效体积除以被测元器件的实际体积，得到修正因子，用该修正因子乘以测量的各气氛组成，得到与标准一致的评价数据，从而对元器件的可靠性作出评价。

7.根据权利要求6所述的试验校准件，其特征在于，在步骤(1)中，选择对应校准器的方法是先粗略估计样品的内腔体积，然后乘以封装压强与标准大气压的比。

8.根据权利要求6所述的试验校准件，其特征在于，在步骤(2)中，通过将被测元器件的穿刺孔堵住或测试前就先测量一下浸入量筒的水中，通过液面的增加得到被测元器件的体积，然后用同样的方法，将被测元器件打开，让液体完全填充样品内部，得到一个元器件的实体体积，通过两个体积相减得到样品实际内腔体积。

9.根据权利要求6所述的试验校准件，其特征在于，在步骤(2)中，通过将三个或以上的试验校准件样品测量的数据以体积作为纵坐标，端口压强作为横坐标，绘制到坐标系内，用平滑的曲线连接起来，通过被测元器件端口压强值，在图上得到被测元器件的等效气体体积。