氦質(zhì)譜細(xì)檢漏漏率公式與內(nèi)部水汽含量研究_圖文

1、中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十四屆年會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第九屆年會(huì)氦質(zhì)譜細(xì)檢漏漏率公式與內(nèi)部水汽含量研究王庚林王莉研董立軍北京市科通電子繼電器總廠北京市宣武區(qū)白紙坊東街號(hào)郵政編碼摘要通過(guò)對(duì)氦質(zhì)譜細(xì)檢漏漏率公式的推演及內(nèi)部氦氣和水汽含量的計(jì)算，文章研究指出：應(yīng)該以真實(shí)的氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率如代替虛擬的等效（空氣）標(biāo)準(zhǔn)漏率厶氯氣交換時(shí)間常數(shù)是衡量相對(duì)密封性的簡(jiǎn)明特征參數(shù)；在恰當(dāng)?shù)靥幹脺y(cè)量漏率的偏差后，可以運(yùn)用推演的公式進(jìn)行典型氣體交換過(guò)程的工程計(jì)算；目前密封元器件的漏率判據(jù)普遍保證不了經(jīng)篩選和幾個(gè)月貯存后的內(nèi)部水汽含量要求關(guān)鍵詞氮質(zhì)譜細(xì)檢漏漏率公式氯氣標(biāo)準(zhǔn)漏率氯氣交換時(shí)間常數(shù)內(nèi)部

2、水汽含量密封性氦質(zhì)譜細(xì)檢漏漏率公式的推演分子流模式密封電子和電氣元器件腔體內(nèi)外氣體的交換，在細(xì)檢漏和粗檢漏均合格的漏率范圍，遵循的是分子流模式，而不是粘滯流模式。分子流模式，即通過(guò)腔體漏孔的氣體分子的運(yùn)動(dòng)，遵守氣體分子布朗運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以不考慮不同氣體之間的相互影響。密封電子和電氣元器件密封性的細(xì)檢漏可以采用幾種方法，但目前標(biāo)準(zhǔn)普遍規(guī)定、最普遍采用的是示蹤氣體氦的氦質(zhì)譜檢漏，氦質(zhì)譜檢漏又分為加壓法（背壓法）和充入法。加壓法氦質(zhì)譜細(xì)檢漏的測(cè)量漏率公式當(dāng)采用示蹤氣體氦進(jìn)行加壓法細(xì)檢漏時(shí)，現(xiàn)行有效的我國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)、和相對(duì)應(yīng)的現(xiàn)行有效的美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)、所依據(jù)的測(cè)量漏率公式均是弘塒，糾）卜船廣壚廠一，其中

3、各代號(hào)的含義，請(qǐng)見(jiàn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)公式（）的主要變量等效（空氣）標(biāo)準(zhǔn)漏率厶是將空氣看成平均分子量為的單純氣體，在一個(gè)大氣壓局的內(nèi)外壓差之下，在單位時(shí)間通過(guò)腔體漏孔的空氣氣壓體積。其實(shí)，在加壓、停頓、漏率檢測(cè)和貯存過(guò)程中，空氣中的各種分子是按各自的分子量和內(nèi)外分壓差通過(guò)漏孔進(jìn)行交換，而不是按空氣的平均分子量和空氣內(nèi)外壓差進(jìn)行整體空氣的交換。空氣是真實(shí)的，但等效（空氣）標(biāo)準(zhǔn)漏率三是虛擬的，其概念與分子流模式并不完全一致，而且進(jìn)行氦質(zhì)譜漏率檢測(cè)的是示蹤氣體氦氣，進(jìn)行內(nèi)部氣體分析的是氦氣、氮?dú)狻⒀鯕?、水汽、氫氣、氬氣、二氧化碳和有機(jī)氣體等各種單純氣體，需要計(jì)算內(nèi)部含量的是水汽等典型氣體，而不是混合氣體空氣。

4、設(shè)氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率為三，將中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十四屆年會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第九屆年會(huì)三（魯卜一一啦，代入公式（），得二雩等（一吼）惕一一一（）我們引出氦氣交換時(shí)間常數(shù)，也可稱之氦氣漏泄時(shí)間常數(shù)，令脅：譬一（）表示，假設(shè)氦氣持續(xù)以其初始實(shí)際漏率進(jìn)行內(nèi)外交換，空腔內(nèi)外氦氣分壓差可以達(dá)到平衡的時(shí)間。將公式（）代入公式（）得等卜去卜¨等卜丟卜“，一般，在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的細(xì)檢漏試驗(yàn)條件和漏率判據(jù)范圍內(nèi)，勻?yàn)榛颍铋L(zhǎng)為，彳脅；，肋。這時(shí)，利用冪級(jí)數(shù)展開(kāi)式，約以勻，為相對(duì)誤差，可將公式（）（）簡(jiǎn)化為蜀冬筍或墨：一一（）因此以曇脅、勻?qū)っ{為條件，由公式（）（）可得出由測(cè)量

5、漏率足計(jì)算氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率如）和氦氣交換時(shí)間常數(shù)砜的公式：爿矗（，蜀充入法氦質(zhì)譜細(xì)檢漏的氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率三脅設(shè)密封時(shí)充入密封腔體的混合氣體中氦氣的體積（即壓力）比例為，近似認(rèn)為充入氣體的壓力為，氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)出的測(cè)量漏率為島，則中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十四屆年會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第九屆年會(huì)去，已知如，則可按公式（）計(jì)算。密封腔體內(nèi)部氦氣和水汽含量的計(jì)算實(shí)際測(cè)量漏率的偏差及其處置氦質(zhì)譜檢漏儀的相當(dāng)離散性的本底，氦加壓過(guò)程中密封腔體外表面吸附氦所形成的附加漏率，多次加壓細(xì)檢漏內(nèi)部氦氣的積累，不穩(wěn)定漏孔，由于灰塵和凝結(jié)的水汽等原因形成的漏孔阻塞，都會(huì)造成氦質(zhì)譜細(xì)檢漏實(shí)際測(cè)量漏

6、率的偏差。實(shí)際測(cè)量漏率的偏差，內(nèi)外氣體交換多在常溫下進(jìn)行、而氣體分析規(guī)定在下進(jìn)行所形成的差異，內(nèi)部氣體分析的誤差，充入氣體中水汽的含量，內(nèi)部吸水物對(duì)水汽的吸收和釋放，內(nèi)部有機(jī)物的吸氧作用等，都會(huì)造成按推演公式計(jì)算的內(nèi)部典型氣體含量與實(shí)際分析的含量的偏差。作者曾對(duì)多批固體繼電器典型樣品的測(cè)量漏率和內(nèi)部氣體成份分析數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)計(jì)算，由實(shí)際測(cè)量漏率或內(nèi)部氦氣含量推算真實(shí)測(cè)量漏率，由真實(shí)測(cè)量漏率計(jì)算內(nèi)部水汽和氧氣含量。結(jié)果表明，除存在不穩(wěn)定漏孔或阻塞漏孔的情況，在恰當(dāng)考慮了以上造成偏差的因素及其經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際分析數(shù)據(jù)一般相差左右，偏差小時(shí)可在以內(nèi)，最高時(shí)為。多次氦加壓時(shí)內(nèi)部氦氣含量的累積因

7、為氦氣是氦質(zhì)譜檢漏的示蹤氣體，對(duì)加壓法檢漏產(chǎn)品，除存在不穩(wěn)定漏孔，內(nèi)部的氦氣含量應(yīng)是計(jì)算真實(shí)測(cè)量漏率和氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率的最可信的依據(jù)。密封元器件在密封、篩選、交付和試驗(yàn)過(guò)程中，往往要多次經(jīng)受壓力為的氦加壓檢漏過(guò)程，對(duì)密封性合格的產(chǎn)品，雖經(jīng)多次氦加壓最終內(nèi)部氣體分析的氦氣含量一般也不超過(guò)百分之幾，所以可以忽略經(jīng)前一次加壓內(nèi)腔中所存氦氣對(duì)后一次加壓過(guò)程進(jìn)入氦氣的影響，只累計(jì)計(jì)算各次氦加壓中氦氣的進(jìn)入，以及至最后漏率檢測(cè)或內(nèi)部氣體分析時(shí)這些氦氣的釋放。時(shí)進(jìn)行第次加壓檢漏的真實(shí)測(cè)量漏率足，為，叱：（）（）其中為前面第次加壓檢漏至?xí)r進(jìn)行第次加壓檢漏的時(shí)間間隔以知。為條件：毫窆去（）同樣以為條件，“時(shí)進(jìn)行內(nèi)部

8、氣體分析的氦氣含量“為中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十四屆年會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第九屆年會(huì)盟絲。瑚一一一（）其中為前面第次加壓檢漏至?xí)r進(jìn)行內(nèi)部氣體分析的時(shí)間間隔當(dāng)已知如或山時(shí)，可以采用迭代插入法，通過(guò)漸近試算求出，進(jìn)而求出三脅和初次加壓檢漏時(shí)的真實(shí)足。內(nèi)部水汽含量達(dá)的時(shí)間目前越來(lái)越多的軍用標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定，進(jìn)行下的內(nèi)部氣體分析時(shí)內(nèi)部水汽含量不得超過(guò)?？梢哉J(rèn)為下的水汽含量界限與密封元器件的可靠貯存，與密封元器件的失效，特別在有強(qiáng)離子存在情況下的失效，有著直接的關(guān)系。參考國(guó)內(nèi)外的工藝水平，設(shè)密封和篩選后，不計(jì)漏入水汽的內(nèi)部水汽含量（分氣壓驢為（），設(shè)外部空氣水汽含量乃，分別為潮濕

9、環(huán)境的、正常環(huán)境的和較干燥環(huán)境的，求通過(guò)內(nèi)外氣體交換使內(nèi)部水汽含量只達(dá)的時(shí)間片，。一般水汽的漏入呈指數(shù)模式（乓，（）其中。：厚以協(xié)脅得脅（地面）（）當(dāng)：時(shí)也。一（）當(dāng)時(shí)一。（）當(dāng)乃，時(shí)，按這種指數(shù)模式，內(nèi)部水汽含量達(dá)不到。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)密封腔體內(nèi)存在一定量的有機(jī)膠、塑封料等強(qiáng)吸水物時(shí)，可以使腔體內(nèi)部在常溫下的很長(zhǎng)時(shí)間里保持在較恒定的相當(dāng)?shù)偷乃渴?，只是在?nèi)部氣體分析前進(jìn)行、士預(yù)焙烘時(shí)，水汽才從吸水物中大量釋放出來(lái)，形成很高的內(nèi)部水汽含量。設(shè)局為，求內(nèi)部水汽含量只達(dá)的時(shí)間。這時(shí)，水汽的漏入呈線性模式丑（乃，一置）中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十四屆年會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)

10、第九屆年會(huì)當(dāng)時(shí)。（）當(dāng)時(shí)一一一一（）當(dāng)易時(shí)一（）典型實(shí)例典型實(shí)例給出的是北京市科通電子繼電器總廠批測(cè)量漏率和內(nèi)部氣體分析的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表。該批固體繼電器使用不同的氦質(zhì)譜檢漏儀，在充氮密封后當(dāng)天、第天、第天和第天加壓細(xì)檢漏四次?？涨惑w積，每次氦加壓壓力魄為，加壓時(shí)間為。該批樣品密封后存放的試驗(yàn)室環(huán)境平均氣溫，平均相對(duì)濕度。表中的實(shí)際測(cè)量漏率是密封后第天由北京航空航天大學(xué)采用較新也較穩(wěn)定的氦質(zhì)譜儀檢測(cè)的第次加壓細(xì)檢漏數(shù)據(jù)，內(nèi)部氣體成分是密封后第天由電子四所分析的下的數(shù)據(jù)。表樣品編號(hào)批型密封固體繼電器測(cè)量漏率和內(nèi)部氣體成分測(cè)量漏率內(nèi)部氣體主要成分（）（衍慫。（）（）（）注：為未檢出依據(jù)內(nèi)部氣體分析的示蹤

11、氣體月臺(tái)的含量，利用公式（）、（），采用迭代插入法，求出的表中只樣品的動(dòng)和初次加壓細(xì)檢漏的真實(shí)測(cè)量漏率，依據(jù)仞和線性模式計(jì)算的密封后第天的內(nèi)部水汽含量及對(duì)實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差，均見(jiàn)表。參考該批繼電器測(cè)量漏率最小的樣品，在密封后立即進(jìn)行內(nèi)部氣體分析的水汽含量為，該批典型實(shí)例固體繼電器密封后內(nèi)部水汽含量的變化過(guò)程見(jiàn)圖，其中前天為篩選過(guò)程，前天表示模擬的實(shí)際過(guò)程，天后為預(yù)計(jì)過(guò)程。表樣品編號(hào)批一計(jì)算結(jié)果依據(jù)含量計(jì)算的依據(jù)輒計(jì)算的內(nèi)部水汽含量（）初次真實(shí)，（）。水汽含量相對(duì)誤差（）（）中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十四屆年會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第九屆年會(huì) 該繼電器軍用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量漏率

12、合格判據(jù)為不大于×鍘，實(shí)際測(cè)量漏率和 初次真實(shí)測(cè)量漏率如表、表所示的、。樣品，在平均水汽含量約為的較干燥環(huán)境中， 內(nèi)部水汽含量達(dá)的時(shí)間，按線性模式預(yù)計(jì)分別為密封后的第天和天。真實(shí)測(cè)量漏率趨 近于零的樣品，經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)期的貯存，內(nèi)部水汽含量也不會(huì)達(dá)到。 彳 礦 礦 圖 批繼電器密封后內(nèi)部水汽含量變化過(guò)程 研究探討 應(yīng)該用真實(shí)的氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率如代替虛擬的等效（空氣）標(biāo)準(zhǔn)漏率三 等效（空氣）標(biāo)準(zhǔn)漏率三的概念與分子流模式并不完全一致，氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率三脅具有與分子流模式一 致的準(zhǔn)確和真實(shí)含義，并且以如為主要變量的公式（）更為簡(jiǎn)單直觀。正如本文所述，可以利用三脅和 由三腳引出的鋤，以及由公式（）推演出的

13、以上脅和鋤為變量的一系列公式，更加快捷有效地進(jìn)行相關(guān) 的工程計(jì)算。而且在公式（）及由其推演的公式中借助虛擬的作為過(guò)渡，在邏輯上顯然是多余的。 因此應(yīng)該用真實(shí)的三脅作為基本標(biāo)準(zhǔn)漏率代替虛擬的厶建議在國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)的修訂中也這樣做。因?yàn)?脅與三之間存在公式（）的關(guān)系，所以這種替代不會(huì)影響與現(xiàn)行軍用標(biāo)準(zhǔn)的銜接。 氦氣交換時(shí)間常數(shù)鋤是衡量相對(duì)密封性的特征參數(shù) 綜觀本文漏率公式的推演和內(nèi)部氣體含量的計(jì)算，可以明確地看出，對(duì)不同空腔體積和處于各 種內(nèi)外環(huán)境的密封腔體，其內(nèi)外氣體交換過(guò)程和結(jié)果，均可以用氦氣交換時(shí)間常數(shù)砜和時(shí)間的函數(shù) 表示，密封腔體所充氣體的泄漏、外部氦氣水汽等氣體的進(jìn)入，均主要取決于。鋤是衡

14、量相對(duì)密封 性的最簡(jiǎn)明的特征參數(shù)。 可以運(yùn)用推演的公式進(jìn)行密封腔體典型氣體交換過(guò)程的計(jì)算 本文給出的內(nèi)部氦氣、水汽含量計(jì)算公式和進(jìn)行的典型實(shí)例計(jì)算表明，在漏孔基本穩(wěn)定的情況下， 恰當(dāng)?shù)靥幹脤?shí)際測(cè)量漏率的偏差、初始充入和吸收釋放的水汽，能夠運(yùn)用本文推演的公式進(jìn)行真實(shí)測(cè)量 漏率、氦氣標(biāo)準(zhǔn)漏率、氦氣交換時(shí)間常數(shù)、內(nèi)部氦氣和水汽含量等密封腔體典型氣體內(nèi)外交換過(guò)程的工 程計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果具有定量或半定量的工程預(yù)計(jì)、判斷和指導(dǎo)作用。當(dāng)考慮了內(nèi)部材料的吸氧能力時(shí)， 也可進(jìn)行內(nèi)部氧氣含量的工程計(jì)算。 密封元器件的漏率判據(jù)普遍保證不了經(jīng)篩選和幾個(gè)月貯存后的內(nèi)部水汽含量要求 中國(guó)真空學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析與檢漏專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第

15、十四屆年會(huì)中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)真空計(jì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第九屆年會(huì) 本文典型實(shí)例所給出的元器件及其漏率判據(jù)、實(shí)際測(cè)量漏率和計(jì)算的真實(shí)測(cè)量漏率，具有相 當(dāng)?shù)拇硇?。該典型?shí)例有力地說(shuō)明，目前密封元器件的漏率判據(jù)普遍保證不了經(jīng)篩選和幾個(gè)月貯存后 不大于的內(nèi)部水汽含量要求，這將明顯地影響使用這些元器件的整機(jī)裝備長(zhǎng)期貯存的可靠性。 這篇文章的撰寫(xiě)，得到了畢克允、屈建江、劉瑞生、吳孝儉等許多同志和朋友的鼓勵(lì)、支持和幫 助，在此對(duì)他們表示衷心感謝。作者保證文中所引用和計(jì)算的數(shù)據(jù)的真實(shí)性。對(duì)文中的錯(cuò)誤和片面之處， 敬請(qǐng)指正和討論，并歡迎交換相近或不同的見(jiàn)解看法，我的血王信箍星曼皿墮曼！§墊墜：壘盟。 參考文獻(xiàn)

16、： 【】劉玉岱真空測(cè)量與檢漏治金工業(yè)出版社 】 】 】王庚林密封性檢測(cè)方法的研討電子標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量（） （） 】王庚林王莉研王玨漏率檢測(cè)方法與內(nèi)部水汽含量的分析研究 第四屆電子產(chǎn)品防護(hù)技術(shù)研討會(huì)論文集 電子元器件應(yīng)用（） 高凌云混合集成電路內(nèi)部水汽分析與控制方法混合微電子技術(shù)（第卷）第期 【】任愛(ài)華李自學(xué)年衛(wèi)鵬氣密性對(duì)電路內(nèi)部水汽含量的影響 作者簡(jiǎn)介： 王庚林（旺），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，中國(guó)電子學(xué)會(huì)會(huì)士，國(guó)家和北京市有突出貢獻(xiàn)專(zhuān)家。 長(zhǎng)期從事電磁和固體繼電器的研發(fā)和技術(shù)管理，多次獲國(guó)家和電子工業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，享受?chē)?guó)務(wù)院政府津 貼，獲全國(guó)電子工業(yè)系統(tǒng)勞動(dòng)模范稱號(hào)。和年分別獲信息產(chǎn)業(yè)部載人航天工程二等功和優(yōu)秀 個(gè)人稱號(hào)，現(xiàn)任科通廠技術(shù)顧問(wèn)，兼任解放軍總裝備部軍用電子元器件合同管理辦公室型譜系列科研項(xiàng) 目監(jiān)理專(zhuān)家，并作為專(zhuān)家參加總裝合同辦科研攻關(guān)項(xiàng)目、國(guó)防科工委技改項(xiàng)目、北京市優(yōu)秀科技人才和 優(yōu)秀歸國(guó)留學(xué)人員資助科研項(xiàng)目的評(píng)審。當(dāng)前研究方向，一是新型電子元器件固體繼電器的應(yīng)用技 術(shù)，主編的相關(guān)專(zhuān)著年底完稿；二是電子元器件的靜電防護(hù)技術(shù)、電磁兼容技術(shù)和密封性檢測(cè)