電真空器件內(nèi)部可移動(dòng)多余物檢測(cè)方法研究

李蓉，尚紹環(huán)

（中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所，四川 綿陽(yáng) 621900）

0 引言

內(nèi)部有多余物的缺陷電真空器件在使用過程中會(huì)帶來致命的故障，直接導(dǎo)致產(chǎn)品失效。但在電真空器件的制造過程中，因工藝環(huán)節(jié)較多，個(gè)別產(chǎn)品的內(nèi)部會(huì)不可避免地被引入或殘留多余物，這就要求我們不僅要嚴(yán)格控制工藝過程，盡量減少產(chǎn)生帶有多余物的缺陷產(chǎn)品，也要加強(qiáng)檢測(cè)手段，盡量減少缺陷產(chǎn)品逃逸至合格品中?，F(xiàn)在常用的電真空器件內(nèi)部多余物檢測(cè)手段有隨機(jī)振動(dòng)和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)兩種方式，它們各有優(yōu)勢(shì)：隨機(jī)振動(dòng)篩選因產(chǎn)品是在帶電條件下進(jìn)行檢測(cè)的，對(duì)產(chǎn)品中金屬可移動(dòng)多余物的檢測(cè)率較高，但對(duì)非金屬可移動(dòng)多余物的檢出率不高；顆粒碰撞噪聲監(jiān)測(cè)是在產(chǎn)品非工作狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)的，對(duì)金屬與非金屬可移動(dòng)多余物的檢出率相當(dāng)。就我們目前的隨機(jī)振動(dòng)和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)對(duì)電真空器件內(nèi)部可移動(dòng)多余物檢測(cè)的兩種條件及方式，對(duì)比兩種方式對(duì)缺陷產(chǎn)品的檢出率，給出比較合理的電真空器件可移動(dòng)多余物檢測(cè)流程，以期盡可能地降低缺陷產(chǎn)品的逃逸率，使合格品中盡量少含缺陷產(chǎn)品并合理設(shè)計(jì)工藝流程，提高生產(chǎn)效率。

1 腔體電真空器件的基本結(jié)構(gòu)及多余物對(duì)其性能的影響

腔體電真空器件通常為陶瓷-金屬結(jié)構(gòu)，是將金屬電極封裝在陶瓷管殼上，構(gòu)成密閉腔體，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

在工作過程中，一般一個(gè)電極施加直流高壓，另一個(gè)電極接地；陶瓷管殼作為絕緣子，如果腔體中存在可移動(dòng)的多余物，就會(huì)引起電場(chǎng)畸變，導(dǎo)致工作異常。

圖1 腔體電真空器件的結(jié)構(gòu)示意圖

2 隨機(jī)振動(dòng)和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)對(duì)腔體內(nèi)可移動(dòng)多余物的原理分析

2.1 隨機(jī)振動(dòng)

隨機(jī)振動(dòng)是一種最常見的非確定性振動(dòng)形式。物體在作隨機(jī)振動(dòng)時(shí)，它們的振動(dòng)參數(shù)瞬時(shí)值無法用確定的函數(shù)來描述。隨機(jī)振動(dòng)的特征是采用在相同的試驗(yàn)條件下得到的多個(gè)隨機(jī)振動(dòng)樣本的統(tǒng)計(jì)特性來描述的[1]。用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)來篩選腔體電真空器件，一方面可以更真實(shí)地反映產(chǎn)品的抗振性能；另一方面在振動(dòng)過程中對(duì)器件兩電極間施加適當(dāng)?shù)母唠妷?，隨著器件的振動(dòng)，腔體內(nèi)的可移動(dòng)多余物在腔體中移動(dòng)，使兩電極間的電場(chǎng)發(fā)生畸變，導(dǎo)致兩電極間的電場(chǎng)擊穿，并通過線路的設(shè)計(jì)，使電場(chǎng)擊穿時(shí)報(bào)警，由此可檢測(cè)出帶有可移動(dòng)多余物的缺陷產(chǎn)品。電真空器件在加電情況下進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，是檢測(cè)電真空器件耐震性能和腔體內(nèi)多余物的常用手段，隨機(jī)振動(dòng)的能譜圖如圖2所示。

圖2 隨機(jī)振動(dòng)振動(dòng)能譜圖示

2.2 顆粒碰撞噪聲檢測(cè) (PIND)

PIND原理：PIND試驗(yàn)是一種多余物檢驗(yàn)的有效手段，其原理是利用振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生一系列指定的機(jī)械沖擊和振動(dòng)，通過沖擊使被束縛在產(chǎn)品中的顆粒(即多余物)松動(dòng)，再通過一定頻率的振動(dòng)，使多余物在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生位移。活動(dòng)多余物在產(chǎn)品中發(fā)生位移的過程，是多余物相對(duì)產(chǎn)品殼體的滑動(dòng)過程和撞擊過程的一個(gè)隨機(jī)組合過程。在這個(gè)過程中，將產(chǎn)生應(yīng)力彈性波和聲波。兩種波在產(chǎn)品殼體中傳播，并形成混響信號(hào)，這個(gè)混響信號(hào)被定義為位移信號(hào)。采用壓電傳感器拾取到位移信號(hào)后，經(jīng)前置放大器放大，位移信號(hào)由檢測(cè)裝置的主機(jī)采集、處理并顯示。檢測(cè)人可以依據(jù)顯示的信號(hào)波形判定出信號(hào)性質(zhì)，以此得出檢測(cè)結(jié)論[2]。PIND檢測(cè)腔體電真空器件內(nèi)是否有多余物的示波器波形如圖3所示。

圖3 是否有多余物的示波器波形

3 隨機(jī)振動(dòng)和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)對(duì)產(chǎn)品缺陷率的對(duì)比試驗(yàn)

3.1 取樣

為了使試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果更明顯，選取了生產(chǎn)過程中分別經(jīng)振動(dòng)篩選和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)兩種試驗(yàn)的4組樣品，樣品情況見表1。

表1 試驗(yàn)樣品

3.2 對(duì)比試驗(yàn)

將第一組顆粒碰撞檢測(cè)不合格的樣品全部進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，將第二組隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)不合格的樣品全部進(jìn)行顆粒碰撞檢測(cè)；將顆粒碰撞檢測(cè)100%合格的樣品進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，將隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)100%合格的產(chǎn)品進(jìn)行顆粒碰撞檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 顆粒碰撞及隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)對(duì)比

對(duì)第二組隨機(jī)振動(dòng)不合格而顆粒碰撞檢測(cè)合格的30%的樣品再次進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為100%合格。出現(xiàn)這種結(jié)果的初步原因分析為，首次隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)不合格表明該樣品內(nèi)確實(shí)含有可移動(dòng)顆粒，但在首次隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)的過程中，隨著電場(chǎng)擊穿放電，該微小顆粒在電場(chǎng)放電過程中燃燒分解為更加微小的顆粒，并在隨后的顆粒碰撞噪聲檢測(cè)中不足以產(chǎn)生讓儀器能夠識(shí)別的噪聲，也在隨后的再次隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)過程中不足以引起電場(chǎng)畸變而產(chǎn)生擊穿。

第一組10只噪聲檢測(cè)出的缺陷產(chǎn)品在隨機(jī)振動(dòng)中未檢出一只缺陷產(chǎn)品，而第二組隨機(jī)振動(dòng)100%不合格的缺陷產(chǎn)品在顆粒碰撞中檢測(cè)出70%的缺陷產(chǎn)品，另外30%合格的產(chǎn)品再次進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果全部合格，初步原因分析已經(jīng)在上文中說明。第三組顆粒碰撞檢測(cè)100%合格的樣品在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中也是100%合格，第四組隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)100%合格的樣品在顆粒碰撞檢測(cè)過程中有3%的不合格。以上4組對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)檢測(cè)腔體電真空器件內(nèi)是否有多余物的檢測(cè)手段而言，顆粒碰撞噪聲檢測(cè)是目前檢出率較高的方式。經(jīng)顆粒碰撞噪聲檢測(cè)后沒有必要再進(jìn)行針對(duì)多余物檢測(cè)的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。

4 腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測(cè)流程

總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并分析以上對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果而得出腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測(cè)流程，如圖4所示。按該流程檢測(cè)，不但能夠達(dá)到檢測(cè)出缺陷產(chǎn)品的目的，還容易將檢測(cè)過程中出現(xiàn)的不合格現(xiàn)象原因進(jìn)行定位，便于控制產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4 腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測(cè)流程

5 結(jié)論

對(duì)比試驗(yàn)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明，針對(duì)腔體電真空器件內(nèi)部是否有可移動(dòng)多余物的檢測(cè)方法而言，顆粒碰撞噪聲檢測(cè)可以達(dá)到檢測(cè)目的，缺陷產(chǎn)品的檢出率很高，但須在檢驗(yàn)產(chǎn)品耐震性能的隨機(jī)振動(dòng)之前進(jìn)行。

[1]季馨.電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：33.

[2]王楠.應(yīng)用顆粒碰撞噪聲檢測(cè)技術(shù)檢驗(yàn)航天產(chǎn)品多余物[C]//制造業(yè)數(shù)字化技術(shù)——2006中國(guó)電子制造技術(shù)論壇論文集.北京：中國(guó)電子學(xué)會(huì)電子制造與封裝技術(shù)分會(huì)，2006.