CN87106017A - 封装零部件漏孔检测筛选法及装置 - Google Patents

Abstract

用被检零部件和检漏系统构成一个可以充纳气体的腔体，再将此腔体浸没在试验液体(乙醇或水)中，给腔体充以压强为P_G的气体(空气、氮气等)，当P_G大于从漏孔产生气泡的临界压强P_γ0时，就从漏孔产生气泡而检出漏孔。采用气体的混合流模型分析气体通过漏孔的运动规律，得在此模型下气泡法检漏灵敏度R×1(漏率与漏孔长度乘积)与压强P_G关系。

本发明可应用于电子元器件以及有密封要求的其它装置的零部件密封性进行定量检测和定性筛选。

Description

本发明属于电子器件制造技术

有密封性要求的装置（包括电子元器件）的零部件密封性检测方法主要有以下几种：

1、氦质谱检漏法：利用氦质谱检漏仪检漏。将被检部件压封在真空系统的管道上，而后将氦气通过细管喷到零部件上，另部件如有漏孔，氦气通过漏孔进入检漏仪内而被检出。它可以定量测试漏率，灵敏度比较高，高灵敏检漏仪可以检出10^-9～10^-10帕。米³/秒漏率的漏孔。该法缺点是设备复杂，设备费和试验费较高，更重要的是不能直观准确地确定漏孔位置。

2、卤素检漏法：利用卤素检漏仪，使含有卤素的气体只能通过零部件漏孔流出（或流入）再进入到检漏仪的电离室内电离，产生电流，检测出漏孔。该法可定量测定漏孔漏率，但灵敏度比较低。一般可检测到10^-7帕·米³/秒漏率。准确确定漏孔位置很困难;比较严重的缺点是，如遇有高浓度卤素，仪器会突然失灵;要经常“清洗”电离室和检查灵敏度，应用较为麻烦，试验费用也较高。

3、萤光法：将被检零部件放到萤光粉的混浊液内，而后放到真空室内并抽低真空，使萤光粉随同液体渗入到部件的漏孔内;干燥后再用紫外光照射部件，由于漏孔内有萤光粉而发出萤光，从而检出漏孔。这种方法操作麻烦，不但不能定量检测，而且灵敏度不高;更为严重的是很容易发生误检（因为在凹坑或不漏的缝隙等处也会留有萤光粉）。

4、染色法：将被检部件放到含有颜料（一般采用一品红）的液体内，而后放到真空室内并抽低真空，使带有染料的液体渗入到部件的漏孔内，烘干后进行观察，有染色地方常被判是漏孔。该法虽为简单，但同样是检漏灵敏度低，不能定量测定漏孔的漏率;同样也很容易发生误检的问题（有凹坑，缝隙，沾污等都可能被染色）。

上述各方法，对大批量生产的电子元器件的另部件漏孔检测来说，由于设备复杂或检漏灵敏度不高等原因而都不适用。

本发明的目的就是提供一种能对封装零部件进行高灵敏度的定量和定性检测的方法，以便保证用于高可靠电子元器件的零部件具有高密封性，从而保证其长期工作的稳定性和可靠性;还能为零部件制造厂家提供改进零部件制造工艺的依据。

本发明的任务是：第一，提出并实施一种能定量和定性检测零部件密封性质量的方法;第二，它的灵敏度要高于目前常用的其它方法，满足高可靠产品对零部件密封性的要求;第三，本方法应用方便，设备及检漏费用低，便于推广应用;第四，能准确指出漏孔位置，便于改进零部件制造工艺。

本发明是将气泡检漏法的基本原理应用于电子元器件或其它小型装置的零部件漏孔检测上。首先利用被检零部件和检漏装置构成一个可以充气的腔体，再用试验液体复盖过被检零部件1～2厘米深;用高压气瓶通过检漏装置的管道给腔体充以一定气压的气体，当零部件有漏孔时，气体通过漏孔流出而产生气泡，从而直观准确地检出漏孔;根据腔体内的气体压强和零部件漏孔结构可定量测出漏孔的漏率

由于该法中给腔体充入的气体压强可以达到较高的数值，所以检漏灵敏度很高，很容易检测到10^-11帕·米³/秒的漏率，就是说凡是漏率大于此值的漏孔都能检出。检测的灵敏度高，漏率数值范围宽（包括粗漏和细漏），漏孔半径变化范围大，当检测到极低漏率时，漏率半经和气体分子的自由路程在数量级上相近，那么在理论上分析气体通过漏孔的运动规律时，应不同于其它检漏法仅采用分子流模型或沾滞流模型，而必须采用混合流模型。在混合流模型中，分子流和粘滞流同时存在，假设我们检测的漏孔是一半径为γ₀，漏孔长度为l的园柱形微细管道，此种漏孔的漏率为：

R＝R_L+R_M（1）

R_L为粘滞流运动决定的漏率，其表示式为：

R_L= (πγ₀ ⁴)/(16ηl) P² _a（2）

η为空气的粘滞系数，P_d＝1×10⁵帕;而R_M为分子流运动决定的漏率，其表示式为：

R_M= 8/3 (πAT)/(2M) (γ₀ ³)/(l) P_d（3）

A为气体常数，T为气体温度（K），M为空气分子量，P_d＝1×10⁵帕。

半径为γ₀的园柱形漏孔，在试验液体中产生气泡所需临界压强为：

P_γ0=P_a+ (2α)/(γ₀) +P_l（4）

P_a为液体上方大气压强，α为试验液体的表面张力系数，P₁为试验液体重量对气泡产生的附加压强，它和前两项相比可以忽略不计。当腔体内气体压强P_G满足：

P_G≥P_γ0+ (P_γ0V_γc)/(V) （5）

条件时，就能从漏孔产生气泡。n是产生的气泡数，P_rc和V_rc分别是半径为γ_c的气泡内气体压强和气泡体积。

从（4）式解出γ_o，并忽略P₁值，代入（2）和（3）式，结果再代入（1）式，得出产生气泡的临界压强P_ro与欲检测的漏率R和漏孔长度L乘积R×L间关系为：

R×l= (πP_d ²)/(16η) ( (2α)/(P_γ0-P_a) )⁴+ (8P_d)/3 (πAT)/(2M) ( (2α)/(P_γ0-P_a) )³（6）

当我们给腔体充气压强P_G≈P_ro时，（6）式可表示为：

R×l= (πP_d ²)/(16η) ( (2α)/(P_G-P_a) )⁴+ (8P_d)/3 (πAT)/(2M) ( (2α)/(P_G-P_a) )³（7）

图1给出两种试验液体（乙醇和水）的P_ro（P_ro）与检漏灵敏度R×L间的关系。这个结果表明，当腔体充以刚刚能产生少量的气泡的压强P_G由压力表测出）时，由（7）式，或从图1都可以确定漏孔的R×l值，再由漏孔的部位，近似地确定漏孔长度l，最后就得到或测定了漏率。

气体通过漏孔流出形成气泡需要一定时间，它与（P_G-P_ro）大小和R×l值有关。在混合流模型下，近似地计算出形成一个气泡的时间△t，为了检漏灵敏度R×l＝R_L×l+R_M×l相结合，以△t/l表示：

(△t)/(l) = (4πγ³ _cP² _d)/(3(R_M×lP_f+2P_GR_L×l)) ln

([P_M×lP_d+R_L×l(P_G+P_γ0)](P_G-P_γc)/([R_M×lP_d+R_L×l(P_G+P_γc)](P_G-P_γ0)) （8）

对乙醇和水两种试验液体，以R×l为参数，△t/l与P_G-P_ro关系示于图2。利用此图的结果，就能确定在某一检漏灵敏度R×l下，让P_G-P_ro＜＜10⁵帕（即P_G≈P_ro）时应该选取的△t/l值;由部件上漏孔的部位估测出漏孔长度l，从而就确定出△t值。这就是为检测某一长度为l其漏率为R的漏孔，腔体充气的压强P_G≈P_ro（与R×l值相对应），等待观察△t时间就能发现从漏孔产生的气泡。

有密封性要求的产品零部件的密封性是保证其产品密封性的基础，过去一直没有一种简便、高精度检测漏孔的方法。本发明可以对部件的漏率进行宽范围、高灵敏度地定量检测和定性筛选，又可准确指出漏孔位置。该法有利于零部件制造厂改进零部件制造工艺和质量控制;为成品制造厂提供密封性合格的零部件，避免产品因零部件密封性不合格而造成产品不合格和经济损失，提高产品可靠性，具有重要的经济效益和社会效益。

本发明可应用于电子元器件（半导体器件、密封继电器、密封接插件等），以及有密封要求的其它装置的另部件密封性进行定量检测和定性筛选。

本发明的主要技术指标：检测灵敏度（R×l）与试验液体的表面张力系数有关，当以乙醇为试验液体时：

灵敏度不低于：1×10^-14帕·米⁴/秒（或1×10^-11大气压·厘米⁴/秒）。以水为试验液体时：

灵敏度不低于：5×10^-13帕·米⁴/秒（或5×10^-10大气压·厘米⁴/秒）。

图1为产生气泡临界压强P_ro（≈P_G）与可检测的R×l间关系示意图;图2为等待观察时间△t/l与（P_G-P_ro）关系示意图;图3为零部件漏孔检测台示意图，图中1板手，2压紧螺钉，3横杆，4园柱销，5压头，6立杆，7有机玻璃套，8被测管壳，9密封胶垫，10基座，11底座，12送排液口，13充、放气口，14试验液体。

实施例：

应用本发明的最简单的试验装置如图3所示。这里是以检测或筛选功率晶体管G型封装管帽玻璃绝缘子上的漏孔为例，将管帽（8）放在密封胶垫（9）上，再把侧面有观察孔的压头（5）套在管帽上，把带有压紧螺钉（2）和板手（1）的横杆（3）放下，并予锁定;板动板手（1）使螺钉（2）下降，压在压头（5）上，加一定的压力，使管帽藉助胶垫（9）与基座（10）密封起来，这时管帽和基座形成了一个腔体V;通过充气孔（13），往腔体内充以压强可控的气体（压缩空气、氮气、氧气皆可），压强值由与充气管相串联的电磁阀门控制，并用与管道相连接的压力表测出（实际上按图1中P_G≈P_ro与R×l关系，将P_G指标换算成R×l指示，直接测出R×l值）;利用高度可调的装有试验液体（乙醇或水）的连通器，通过送排液口（12），往用有机玻璃围成的贮液槽中注入液体，并淹过压头（5）。用电磁阀门控制进入腔体V内的气体量，使之压强缓慢升高，如管帽绝缘子上有漏孔，其R×l值在检漏灵敏度范围内，在规定的等待观察时间内就能从漏孔产生气泡而检出漏孔及其漏率。当被检部件尺寸、形状不同时，可更换适当的压头（5），以同样的方法实现漏孔的检测。当漏孔的漏率极低低时，产生气泡体积很小，肉眼直接观察比较困难，可用5～10倍的放大镜进行观察。

漏率测量和密封性筛选的试验条件举例：

1、漏率测量：

给腔体V充气，使其压强以能产生少量气泡为限，以便满足P_G-P_ro＜＜1×10⁵帕条件，达到P_G≈P_ro的目的，从而就决定了检漏灵敏度R×l。压力表指示值的单位为大气压，P_n和P_G的关系为P_M＝P_G-1（≈P_ro-1）（单位为大气压）。在每一P_G下等待观察产生气泡的时间△t与漏孔长度l有关。当从零部件结构确定漏孔长度后，也就确定了△t，同时也可从R×l值求得漏率R。两种试验液体的试验条件列入表1和表2。

2、密封性筛选：

以乙醇为试验液体，要求筛选的漏率为1×10^-9帕·米³/秒，即要求漏率大于此值的另部件完全筛选出来。从零部件结构估测出漏孔长度1＝1×10^-3米。则检漏灵敏度要求为R×l＝10^-12帕·米⁴/秒。从表1得出，要求给腔体V充气压强为2、4大气压;达到此压值后，等待观察5秒钟，凡是产生气泡者皆为漏率≥1×10^-9帕·米³/秒，密封性不合格。

Claims (3)

1、一种用于封装零部件漏孔检测的方法，其特征在于将被测部件和检漏装置构成一个可以充气的腔体，再用试验液体复盖过被检零部件1～2厘米深，用高压气瓶通过检漏装置的管道给腔体充以一定气压的气体，观察液体中是否有气泡产生，并根据腔体内的气体压强和零部件漏孔结构测出漏孔的漏率。

2、如权利要求1所述检测方法，其特征在于所述试验液体可以是水或乙醇。

3、用于权利要求1所述检测方法的检漏装置，包括板手，压紧螺钉2，横杆3，园柱销4，压头5，立杆6，有机玻璃套7，被测管壳8，密封胶垫9，基座10，其特征在于被测管壳8在压头5的压力下经密封胶垫9与基座10紧密结合，形成一可充气腔体，基座10开有充气孔13，压头5侧面开有观察孔。

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