器件密封檢測(cè)中光學(xué)檢漏技術(shù)的應(yīng)用 檢漏 光學(xué) 密封 器件 檢測(cè)

器件密封檢測(cè)中光學(xué)檢漏技術(shù)的應(yīng)用檢漏光學(xué)密封器件檢測(cè)器件密封檢測(cè)中光學(xué)檢漏技術(shù)的應(yīng)用本文關(guān)鍵詞：檢漏，光學(xué)，密封，器件，檢測(cè)

器件密封檢測(cè)中光學(xué)檢漏技術(shù)的應(yīng)用本文簡(jiǎn)介：摘要：介紹了全息激光光學(xué)檢漏的工作原理,比擬全面地總結(jié)了全息光學(xué)檢漏的技術(shù)特點(diǎn),以及集成電路消費(fèi)企業(yè)引入全息光學(xué)檢漏的意義。利用光學(xué)檢漏技術(shù),解決了某批器件采用氦質(zhì)譜檢漏時(shí)存在"誤判";的問題,證明了光學(xué)檢漏技術(shù)測(cè)量結(jié)果可靠,可以提升消費(fèi)效率和質(zhì)量控制程度,在各方面均優(yōu)于氦質(zhì)

器件密封檢測(cè)中光學(xué)檢漏技術(shù)的應(yīng)用本文內(nèi)容：

摘要：介紹了全息激光光學(xué)檢漏的工作原理,比擬全面地總結(jié)了全息光學(xué)檢漏的技術(shù)特點(diǎn),以及集成電路消費(fèi)企業(yè)引入全息光學(xué)檢漏的意義。利用光學(xué)檢漏技術(shù),解決了某批器件采用氦質(zhì)譜檢漏時(shí)存在"誤判";的問題,證明了光學(xué)檢漏技術(shù)測(cè)量結(jié)果可靠,可以提升消費(fèi)效率和質(zhì)量控制程度,在各方面均優(yōu)于氦質(zhì)譜和氟油氣泡檢漏。

關(guān)鍵詞：光學(xué)檢漏;漏率;密封元器件;氣密性;

Abstract：Theworkingprincipleofholographiclaseropticalleakdetectionisintroduced,andthetechnicalcharacteristicsofholographicopticalleakdetectionandthemeaningoftheapplicationoftheleakdetectiontechniqueinintegratedcircuitmanufacturingenterprisesaresummarizedprehensively.Byusingopticalleakdetectiontechnology,theproblemofmisjudgmentwhenusingheliummassspectrometerforleakdetectioninabatchofdevicesissolved.Andthroughtheapplicationexampleinproduction,itisprovedthatthemeasurementresultsofopticalleakdetectiontechnologyisrealiable,anditcanimprovetheproductionefficiencyandthequalitycontrollevel.Besides,itissuperiortoheliummassspectrometryandfluorineoilbubbledetectioninallaspects.

Keyword：opticalleakdetection;leakrate;hermeticdevice;airtightness;

一、引言

密封元器件是指在封裝技術(shù)過程中,將蓋板焊接到外殼焊環(huán)上,并且到達(dá)了一定的氣密性效果的元器件。良好的氣密性可以有效地防止外界潮氣和其他有害氣體的浸入,延緩器件的失效。氣密性檢測(cè)試驗(yàn)(又被稱為檢漏)可以檢查和確認(rèn)器件的密封性能。長(zhǎng)期的研究說(shuō)明,密封元器件內(nèi)部的氣體,如氫氣等會(huì)對(duì)元器件的可靠性產(chǎn)生較大的危害[1-2]。目前也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多電路失效都是由封裝氣密性差而引起的,氣密性要求越高,對(duì)封裝質(zhì)量的要求也越高,而目前常規(guī)的檢漏設(shè)備不能到達(dá)高精度的檢漏要求【3】。因此,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工業(yè)消費(fèi)的開展,對(duì)檢漏方法的要求也就越來(lái)越高,當(dāng)前針對(duì)密封元器件常用的檢漏方法有:氦質(zhì)譜和氟油氣泡檢漏法。

氦質(zhì)譜檢漏儀是以氦氣作為示漏氣體,對(duì)真空設(shè)備和密封器件的微小漏隙進(jìn)展定位、定量和定性檢測(cè)的專用檢漏儀器【4】。氦質(zhì)譜檢漏主要針對(duì)漏率小于5Pa-cm3/s的漏孔,通過向壓力裝置充入氦氣,一般加壓2~5h,假設(shè)器件存在漏孔,氦氣就會(huì)通過漏孔進(jìn)入器件內(nèi)部,通過氦質(zhì)譜檢漏儀可以檢測(cè)到器件內(nèi)部氦氣,并計(jì)算出漏率;氟油氣泡檢漏主要針對(duì)漏率大于5Pa-cm3/s的漏孔,其詳細(xì)的做法通常為:首先,向壓力裝置中注入低沸點(diǎn)的氟碳化合物液體,一般加壓2h,假設(shè)器件存在漏孔,那么液體就會(huì)通過漏孔滲入到器件內(nèi)部;然后,立即取出器件置于(1255)℃的高沸點(diǎn)氟碳化合物液體中,使?jié)B入器件中的低沸點(diǎn)液體汽化,從漏孔逸出;最后,通過觀察起泡即可確認(rèn)漏孔的大小和位置。這兩種檢測(cè)方法可以有效地保證密封器件的長(zhǎng)期可靠性,但對(duì)于一些陶瓷外表粗糙、焊接面不均勻或切割面有微小氣孔等的器件,氦氣有可能吸附在器件的外表,造成誤判。本文以某批器件的密封檢測(cè)為例,詳細(xì)地介紹了消費(fèi)中實(shí)際遇到的檢漏"假漏";案例,并利用激光光學(xué)檢漏技術(shù)來(lái)解決了這一問題。光學(xué)檢漏技術(shù)是采用激光全息照相技術(shù),利用激光干預(yù)的原理,通過測(cè)量管殼受壓時(shí)外表彈性形變來(lái)實(shí)現(xiàn)氣密檢測(cè)的一種檢漏技術(shù)【5】。光學(xué)檢漏不但可以排除密封器件的"假漏";現(xiàn)象,還可以準(zhǔn)確地計(jì)算出密封器件的實(shí)際漏率,光學(xué)檢漏構(gòu)造可靠,具有高度可重復(fù)性,可以進(jìn)步消費(fèi)效率,改善封裝工藝控制,消除后端消費(fèi)瓶頸問題,對(duì)于進(jìn)步密封元器件產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性程度具有較大的意義【6】。

二、光學(xué)檢漏的工作原理

光學(xué)檢漏可以準(zhǔn)確地計(jì)算出密封器件的真實(shí)漏率,進(jìn)步密封元器件產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性程度,其主要工作原理如下:

a)檢測(cè)前檢測(cè)室內(nèi)氣壓等于密封器件內(nèi)部氣壓,如圖1a所示;

b)隨著檢測(cè)室內(nèi)恒定增壓,不泄漏密封器件的外表蓋板產(chǎn)生形變,并保持不變,如圖1b所示;

c)隨著檢測(cè)室內(nèi)恒定增壓,泄漏密封器件的外表蓋板產(chǎn)生形變,但會(huì)漸漸地恢復(fù)到加壓前的平面位置,如圖1c所示。

圖1光學(xué)檢漏工作原理

在進(jìn)展光學(xué)檢漏前,將密封器件放入檢測(cè)室內(nèi),詳細(xì)的相關(guān)試驗(yàn)條件可參照MIL-STD-883J,對(duì)檢測(cè)室施加一定的壓力,隨著檢測(cè)室內(nèi)恒定增壓,不泄漏密封器件的外表蓋板產(chǎn)生形變,并保持不變;相反,隨著檢測(cè)室內(nèi)恒定增壓,泄漏密封器件的外表蓋板產(chǎn)生形變,但會(huì)漸漸地恢復(fù)到加壓前的平面位置,設(shè)備會(huì)根據(jù)檢測(cè)室內(nèi)的壓力、加壓時(shí)間和密封器件體積等計(jì)算出檢測(cè)室和密封器件內(nèi)的壓力差,根據(jù)相關(guān)公式,計(jì)算出測(cè)量漏率,再用測(cè)量漏率除以檢測(cè)室內(nèi)的壓力即可得到實(shí)際的測(cè)量漏率(本試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果為對(duì)He等效標(biāo)準(zhǔn)漏率)。測(cè)量漏率的計(jì)算公式為:

式(1)中:R測(cè)量漏率;

△Pi密封器件內(nèi)的壓力差;

L測(cè)量長(zhǎng)度;

t測(cè)量時(shí)間;

V密封器件體積。

光學(xué)檢漏測(cè)量可一次性完成粗、細(xì)檢漏,測(cè)量值為"實(shí)際氦漏率";,不受密封器件外表狀態(tài)的影響,其測(cè)量結(jié)果優(yōu)于氦質(zhì)譜細(xì)檢和氟油氣泡粗檢的結(jié)果,可廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的密封檢測(cè)工作中。

三、光學(xué)檢漏技術(shù)的特點(diǎn)

a)試驗(yàn)結(jié)果反映"實(shí)際氦漏率";

光學(xué)檢漏技術(shù)基于密封器件的形變量來(lái)判斷密封器件是否存在泄漏,主要依靠檢測(cè)箱壓力、密封器件的壓力差、加壓時(shí)間和密封器件的體積來(lái)計(jì)算出實(shí)際的漏率,與氦質(zhì)譜和氟油氣泡檢漏相比,其不受器件外表狀態(tài)的影響,更能表達(dá)密封器件的漏孔的大小,試驗(yàn)結(jié)果更加貼近"實(shí)際氦漏率";。

b)同時(shí)進(jìn)展粗、細(xì)檢漏

光學(xué)檢漏過程中會(huì)向檢測(cè)箱內(nèi)增加恒定壓力,隨著檢測(cè)室內(nèi)的壓力增加,不泄漏密封器件的外表蓋板產(chǎn)生形變,并保持不變;相反,隨著檢測(cè)室內(nèi)的壓力的增加,泄漏密封器件的外表蓋板產(chǎn)生形變,但會(huì)漸漸地恢復(fù)到加壓前的平面位置,因此,通過觀察器件外表蓋板的形變情況就可以一次性地完成密封器件的粗、細(xì)檢漏。

在檢測(cè)過程中,光學(xué)檢漏的試驗(yàn)用時(shí)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)地小于氦質(zhì)譜和氟油氣泡檢漏的用時(shí),因此其效率比氦質(zhì)譜和氟油氣泡檢漏的更高。

c)兼容多種電子元器件

光學(xué)檢漏技術(shù)基于密封器件的形變量來(lái)判斷密封器件是否存在泄漏,不受器件外表狀態(tài)的影響,所以更適用于多種規(guī)格、不同形狀的電子元器件,例如:光電元器件、半導(dǎo)體元器件、微波元器件、航空航天元器件和高密封性混合元器件等。

d)美軍標(biāo)MIL-STD-883(E/F/G)認(rèn)可批準(zhǔn)

光學(xué)檢漏通過了美軍標(biāo)MIL-STD-883(E/F/G)的認(rèn)可批準(zhǔn),目前我們國(guó)內(nèi)用的GJB548B-2022也是等同采用MIL-STD-883,所以光學(xué)檢漏同樣適用于國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)。

四、引入光學(xué)檢漏的意義

引入光學(xué)檢漏技術(shù)的意義主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:

a)光學(xué)檢漏可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)粗檢漏和細(xì)檢漏,大大地提升了消費(fèi)效率和質(zhì)量控制程度,既可以滿足小批量檢測(cè)的需要,也可以滿足產(chǎn)品在線、全矩陣的檢測(cè)需要;

b)光學(xué)檢漏的實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果為封裝工藝控制帶來(lái)了更多的便利;

c)光學(xué)檢漏可以檢測(cè)已經(jīng)安裝到電路板上的元器件;

d)光學(xué)檢漏檢測(cè)自動(dòng)完成,可以降低本錢,進(jìn)步產(chǎn)品的可靠性。

五、消費(fèi)應(yīng)用案例

某批器件的外殼采用日本京瓷公司消費(fèi)的PGA717,蓋板采用美國(guó)Williams公司的產(chǎn)品,外殼鍍金層的厚度ge;1.3m;蓋板外表鍍金,金錫合金焊料(Au80Sn20)提早預(yù)置,如圖2所示。

圖2Williams公司蓋板

其封蓋工藝采用的是熔封焊接工藝,設(shè)備采用美國(guó)BTU公司的六溫區(qū)鏈?zhǔn)饺鄯鉅t,如圖3所示。

圖3六溫區(qū)鏈?zhǔn)饺鄯鉅t

1、現(xiàn)象概述

該批次器件封帽后的密封試驗(yàn)采用氦質(zhì)譜細(xì)檢,接收樣品的數(shù)量為12只,其中不合格的樣品有11只,樣品詳細(xì)的測(cè)量漏率如表1所示(判據(jù)小于5.1x10-3Pa-cm3/s)。

表1測(cè)量漏率

對(duì)失效器件進(jìn)展低倍檢測(cè),發(fā)現(xiàn)器件的焊料外溢均勻,焊接質(zhì)量合格;進(jìn)展X射線檢測(cè),發(fā)現(xiàn)器件焊接區(qū)域的焊接面均勻,內(nèi)部空洞率滿足相關(guān)要求,需要對(duì)其進(jìn)展相應(yīng)的工藝技術(shù)研究。

2、原因分析

對(duì)失效器件進(jìn)展低倍外觀檢測(cè)和X射線空洞檢測(cè)后,發(fā)現(xiàn)器件的焊接質(zhì)量和焊接區(qū)域焊接面的內(nèi)部空洞率滿足相關(guān)要求,技術(shù)人員通過對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面進(jìn)展各項(xiàng)分析后,將主要原因定位在了焊接方法和器件外表吸附氦造成誤判,并進(jìn)展了一系列的試驗(yàn)驗(yàn)證,所得到的結(jié)果如表2所示。

表2試驗(yàn)分組情況

通過試驗(yàn)1的測(cè)量結(jié)果可以看出,電路開蓋時(shí),直接進(jìn)展氦質(zhì)譜細(xì)檢,檢測(cè)結(jié)果不合格,初步判斷器件失效與器件本身有關(guān);試驗(yàn)2、3、4主要針對(duì)器件的外表狀態(tài)沾污、氣孔等可吸附氦氣,在檢測(cè)時(shí)氦氣從器件外表逸出,造成誤判;試驗(yàn)5、6主要針對(duì)器件的焊接質(zhì)量,重新開帽和對(duì)焊接面外表處理后,細(xì)檢均不合格。

隨后技術(shù)人員對(duì)失效的11只器件進(jìn)展了氟油粗檢試驗(yàn),得到的結(jié)果如表3所示。

表3粗檢檢測(cè)結(jié)果

從表3中可以看出,11只失效器件的氟油粗檢結(jié)果全部合格,通過對(duì)以上試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展分析,技術(shù)人員將問題主要定位在氦質(zhì)譜細(xì)檢時(shí),11只失效器件存在"誤判";的可能,但仍需進(jìn)一步地驗(yàn)證。

3、光學(xué)檢漏分析

取本批8只失效器件,進(jìn)展激光檢漏試驗(yàn),詳細(xì)的試驗(yàn)條件為采用壓力0.3448MPa加壓1h(參照MIL-STD-883J),最終檢測(cè)結(jié)果為等效標(biāo)準(zhǔn)漏率(對(duì)He),如表4所示。

表4光學(xué)檢漏試驗(yàn)結(jié)果

由表3-4可以看出,8只失效的器件的漏率都小于5.1x10-3Pa-cm3/s,全部合格,光學(xué)檢漏防止了氦質(zhì)譜檢漏存在的"誤判";的問題,同時(shí)也更加真實(shí)地反映了器件的真實(shí)漏率。

六、完畢語(yǔ)

采用光學(xué)檢漏,解決了某批器件采用氦質(zhì)譜檢漏時(shí)存在"誤判";的問題,其測(cè)量結(jié)果真實(shí)地反映了器件的漏孔大小,更加貼近實(shí)際值,測(cè)量結(jié)果可靠。光學(xué)檢漏可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)粗檢漏和細(xì)檢漏,大大地提升了消費(fèi)效率和質(zhì)量控制程度,既可以滿足小批量的檢測(cè)需要,也可以滿足產(chǎn)品在線、全矩陣檢測(cè)要求。光學(xué)檢漏無(wú)論在檢測(cè)結(jié)果還是消費(fèi)效率、質(zhì)量控制方面均優(yōu)于氦質(zhì)譜和氟油氣泡檢漏。此外,光學(xué)檢漏還得到了美軍標(biāo)MIL-STD-883(E/F/G)的認(rèn)可批準(zhǔn),可廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的器件密封檢測(cè)工作中,用于進(jìn)步密封元器件產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性程度。

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