氦质谱细检漏漏率公式与内部水汽含量研究_图文

1、中国真空学会质谱分析与检漏专业委员会第十四届年会中国计量测试学会真空计量专业委员会第九届年会氦质谱细检漏漏率公式与内部水汽含量研究王庚林王莉研董立军北京市科通电子继电器总厂北京市宣武区白纸坊东街号邮政编码摘要通过对氦质谱细检漏漏率公式的推演及内部氦气和水汽含量的计算，文章研究指出：应该以真实的氦气标准漏率如代替虚拟的等效（空气）标准漏率厶氯气交换时间常数是衡量相对密封性的简明特征参数；在恰当地处置测量漏率的偏差后，可以运用推演的公式进行典型气体交换过程的工程计算；目前密封元器件的漏率判据普遍保证不了经筛选和几个月贮存后的内部水汽含量要求关键词氮质谱细检漏漏率公式氯气标准漏率氯气交换时间常数内部

2、水汽含量密封性氦质谱细检漏漏率公式的推演分子流模式密封电子和电气元器件腔体内外气体的交换，在细检漏和粗检漏均合格的漏率范围，遵循的是分子流模式，而不是粘滞流模式。分子流模式，即通过腔体漏孔的气体分子的运动，遵守气体分子布朗运动规律，可以不考虑不同气体之间的相互影响。密封电子和电气元器件密封性的细检漏可以采用几种方法，但目前标准普遍规定、最普遍采用的是示踪气体氦的氦质谱检漏，氦质谱检漏又分为加压法（背压法）和充入法。加压法氦质谱细检漏的测量漏率公式当采用示踪气体氦进行加压法细检漏时，现行有效的我国国家军用标准、和相对应的现行有效的美国军用标准、所依据的测量漏率公式均是弘埘，纠）卜船广垆厂一，其中

3、各代号的含义，请见相关的标准公式（）的主要变量等效（空气）标准漏率厶是将空气看成平均分子量为的单纯气体，在一个大气压局的内外压差之下，在单位时间通过腔体漏孔的空气气压体积。其实，在加压、停顿、漏率检测和贮存过程中，空气中的各种分子是按各自的分子量和内外分压差通过漏孔进行交换，而不是按空气的平均分子量和空气内外压差进行整体空气的交换。空气是真实的，但等效（空气）标准漏率三是虚拟的，其概念与分子流模式并不完全一致，而且进行氦质谱漏率检测的是示踪气体氦气，进行内部气体分析的是氦气、氮气、氧气、水汽、氢气、氩气、二氧化碳和有机气体等各种单纯气体，需要计算内部含量的是水汽等典型气体，而不是混合气体空气。

4、设氦气标准漏率为三，将中国真空学会质谱分析与检漏专业委员会第十四届年会中国计量测试学会真空计量专业委员会第九届年会三（鲁卜一一啦，代入公式（），得二雩等（一吼）惕一一一（）我们引出氦气交换时间常数，也可称之氦气漏泄时间常数，令胁：譬一（）表示，假设氦气持续以其初始实际漏率进行内外交换，空腔内外氦气分压差可以达到平衡的时间。将公式（）代入公式（）得等卜去卜¨等卜丢卜“，一般，在各项标准规定的细检漏试验条件和漏率判据范围内，匀为或，最长为，彳胁；，肋。这时，利用幂级数展开式，约以匀，为相对误差，可将公式（）（）简化为蜀冬笋或墨：一一（）因此以昙胁、匀寻胁为条件，由公式（）（）可得出由测量

5、漏率足计算氦气标准漏率如）和氦气交换时间常数砜的公式：爿矗（，蜀充入法氦质谱细检漏的氦气标准漏率三胁设密封时充入密封腔体的混合气体中氦气的体积（即压力）比例为，近似认为充入气体的压力为，氦质谱检漏仪检测出的测量漏率为岛，则中国真空学会质谱分析与检漏专业委员会第十四届年会中国计量测试学会真空计量专业委员会第九届年会去，已知如，则可按公式（）计算。密封腔体内部氦气和水汽含量的计算实际测量漏率的偏差及其处置氦质谱检漏仪的相当离散性的本底，氦加压过程中密封腔体外表面吸附氦所形成的附加漏率，多次加压细检漏内部氦气的积累，不稳定漏孔，由于灰尘和凝结的水汽等原因形成的漏孔阻塞，都会造成氦质谱细检漏实际测量漏

6、率的偏差。实际测量漏率的偏差，内外气体交换多在常温下进行、而气体分析规定在下进行所形成的差异，内部气体分析的误差，充入气体中水汽的含量，内部吸水物对水汽的吸收和释放，内部有机物的吸氧作用等，都会造成按推演公式计算的内部典型气体含量与实际分析的含量的偏差。作者曾对多批固体继电器典型样品的测量漏率和内部气体成份分析数据进行过计算，由实际测量漏率或内部氦气含量推算真实测量漏率，由真实测量漏率计算内部水汽和氧气含量。结果表明，除存在不稳定漏孔或阻塞漏孔的情况，在恰当考虑了以上造成偏差的因素及其经验数据之后，计算结果与实际分析数据一般相差左右，偏差小时可在以内，最高时为。多次氦加压时内部氦气含量的累积因

7、为氦气是氦质谱检漏的示踪气体，对加压法检漏产品，除存在不稳定漏孔，内部的氦气含量应是计算真实测量漏率和氦气标准漏率的最可信的依据。密封元器件在密封、筛选、交付和试验过程中，往往要多次经受压力为的氦加压检漏过程，对密封性合格的产品，虽经多次氦加压最终内部气体分析的氦气含量一般也不超过百分之几，所以可以忽略经前一次加压内腔中所存氦气对后一次加压过程进入氦气的影响，只累计计算各次氦加压中氦气的进入，以及至最后漏率检测或内部气体分析时这些氦气的释放。时进行第次加压检漏的真实测量漏率足，为，叱：（）（）其中为前面第次加压检漏至时进行第次加压检漏的时间间隔以知。为条件：毫窆去（）同样以为条件，“时进行内部

8、气体分析的氦气含量“为中国真空学会质谱分析与检漏专业委员会第十四届年会中国计量测试学会真空计量专业委员会第九届年会盟丝。瑚一一一（）其中为前面第次加压检漏至时进行内部气体分析的时间间隔当已知如或山时，可以采用迭代插入法，通过渐近试算求出，进而求出三胁和初次加压检漏时的真实足。内部水汽含量达的时间目前越来越多的军用标准均规定，进行下的内部气体分析时内部水汽含量不得超过。可以认为下的水汽含量界限与密封元器件的可靠贮存，与密封元器件的失效，特别在有强离子存在情况下的失效，有着直接的关系。参考国内外的工艺水平，设密封和筛选后，不计漏入水汽的内部水汽含量（分气压驴为（），设外部空气水汽含量乃，分别为潮湿

9、环境的、正常环境的和较干燥环境的，求通过内外气体交换使内部水汽含量只达的时间片，。一般水汽的漏入呈指数模式（乓，（）其中。：厚以协胁得胁（地面）（）当：时也。一（）当时一。（）当乃，时，按这种指数模式，内部水汽含量达不到。经验表明，当密封腔体内存在一定量的有机胶、塑封料等强吸水物时，可以使腔体内部在常温下的很长时间里保持在较恒定的相当低的水汽含量尸，只是在内部气体分析前进行、士预焙烘时，水汽才从吸水物中大量释放出来，形成很高的内部水汽含量。设局为，求内部水汽含量只达的时间。这时，水汽的漏入呈线性模式丑（乃，一置）中国真空学会质谱分析与检漏专业委员会第十四届年会中国计量测试学会真空计量专业委员会

10、第九届年会当时。（）当时一一一一（）当易时一（）典型实例典型实例给出的是北京市科通电子继电器总厂批测量漏率和内部气体分析的数据，见表。该批固体继电器使用不同的氦质谱检漏仪，在充氮密封后当天、第天、第天和第天加压细检漏四次。空腔体积，每次氦加压压力魄为，加压时间为。该批样品密封后存放的试验室环境平均气温，平均相对湿度。表中的实际测量漏率是密封后第天由北京航空航天大学采用较新也较稳定的氦质谱仪检测的第次加压细检漏数据，内部气体成分是密封后第天由电子四所分析的下的数据。表样品编号批型密封固体继电器测量漏率和内部气体成分测量漏率内部气体主要成分（）（衍怂。（）（）（）注：为未检出依据内部气体分析的示踪

11、气体月台的含量，利用公式（）、（），采用迭代插入法，求出的表中只样品的动和初次加压细检漏的真实测量漏率，依据仞和线性模式计算的密封后第天的内部水汽含量及对实测值的相对误差，均见表。参考该批继电器测量漏率最小的样品，在密封后立即进行内部气体分析的水汽含量为，该批典型实例固体继电器密封后内部水汽含量的变化过程见图，其中前天为筛选过程，前天表示模拟的实际过程，天后为预计过程。表样品编号批一计算结果依据含量计算的依据辄计算的内部水汽含量（）初次真实，（）。水汽含量相对误差（）（）中国真空学会质谱分析与检漏专业委员会第十四届年会中国计量测试学会真空计量专业委员会第九届年会 该继电器军用标准规定的测量漏率

12、合格判据为不大于×铡，实际测量漏率和 初次真实测量漏率如表、表所示的、。样品，在平均水汽含量约为的较干燥环境中， 内部水汽含量达的时间，按线性模式预计分别为密封后的第天和天。真实测量漏率趋 近于零的样品，经很长时期的贮存，内部水汽含量也不会达到。 彳 矿 矿 图 批继电器密封后内部水汽含量变化过程 研究探讨 应该用真实的氦气标准漏率如代替虚拟的等效（空气）标准漏率三 等效（空气）标准漏率三的概念与分子流模式并不完全一致，氦气标准漏率三胁具有与分子流模式一 致的准确和真实含义，并且以如为主要变量的公式（）更为简单直观。正如本文所述，可以利用三胁和 由三脚引出的锄，以及由公式（）推演出的

13、以上胁和锄为变量的一系列公式，更加快捷有效地进行相关 的工程计算。而且在公式（）及由其推演的公式中借助虚拟的作为过渡，在逻辑上显然是多余的。 因此应该用真实的三胁作为基本标准漏率代替虚拟的厶建议在国家军用标准的修订中也这样做。因为 胁与三之间存在公式（）的关系，所以这种替代不会影响与现行军用标准的衔接。 氦气交换时间常数锄是衡量相对密封性的特征参数 综观本文漏率公式的推演和内部气体含量的计算，可以明确地看出，对不同空腔体积和处于各 种内外环境的密封腔体，其内外气体交换过程和结果，均可以用氦气交换时间常数砜和时间的函数 表示，密封腔体所充气体的泄漏、外部氦气水汽等气体的进入，均主要取决于。锄是衡

14、量相对密封 性的最简明的特征参数。 可以运用推演的公式进行密封腔体典型气体交换过程的计算 本文给出的内部氦气、水汽含量计算公式和进行的典型实例计算表明，在漏孔基本稳定的情况下， 恰当地处置实际测量漏率的偏差、初始充入和吸收释放的水汽，能够运用本文推演的公式进行真实测量 漏率、氦气标准漏率、氦气交换时间常数、内部氦气和水汽含量等密封腔体典型气体内外交换过程的工 程计算，计算的结果具有定量或半定量的工程预计、判断和指导作用。当考虑了内部材料的吸氧能力时， 也可进行内部氧气含量的工程计算。 密封元器件的漏率判据普遍保证不了经筛选和几个月贮存后的内部水汽含量要求 中国真空学会质谱分析与检漏专业委员会第

15、十四届年会中国计量测试学会真空计量专业委员会第九届年会 本文典型实例所给出的元器件及其漏率判据、实际测量漏率和计算的真实测量漏率，具有相 当的代表性。该典型实例有力地说明，目前密封元器件的漏率判据普遍保证不了经筛选和几个月贮存后 不大于的内部水汽含量要求，这将明显地影响使用这些元器件的整机装备长期贮存的可靠性。 这篇文章的撰写，得到了毕克允、屈建江、刘瑞生、吴孝俭等许多同志和朋友的鼓励、支持和帮 助，在此对他们表示衷心感谢。作者保证文中所引用和计算的数据的真实性。对文中的错误和片面之处， 敬请指正和讨论，并欢迎交换相近或不同的见解看法，我的血王信箍星曼皿堕曼！§垫坠：垒盟。 参考文献

16、： 【】刘玉岱真空测量与检漏治金工业出版社 】 】 】王庚林密封性检测方法的研讨电子标准化与质量（） （） 】王庚林王莉研王珏漏率检测方法与内部水汽含量的分析研究 第四届电子产品防护技术研讨会论文集 电子元器件应用（） 高凌云混合集成电路内部水汽分析与控制方法混合微电子技术（第卷）第期 【】任爱华李自学年卫鹏气密性对电路内部水汽含量的影响 作者简介： 王庚林（旺），男，教授级高级工程师，中国电子学会会士，国家和北京市有突出贡献专家。 长期从事电磁和固体继电器的研发和技术管理，多次获国家和电子工业科技进步奖，享受国务院政府津 贴，获全国电子工业系统劳动模范称号。和年分别获信息产业部载人航天工程二等功和优秀 个人称号，现任科通厂技术顾问，兼任解放军总装备部军用电子元器件合同管理办公室型谱系列科研项 目监理专家，并作为专家参加总装合同办科研攻关项目、国防科工委技改项目、北京市优秀科技人才和 优秀归国留学人员资助科研项目的评审。当前研究方向，一是新型电子元器件固体继电器的应用技 术，主编的相关专著年底完稿；二是电子元器件的静电防护技术、电磁兼容技术和密封性检测