解讀標(biāo)準(zhǔn)漏率

鄭天丕，趙 慧，方 珍，李彩英，邱熠濤

(1.寧波福特繼電器有限公司，浙江寧波，315012;2.杭州歐誠進(jìn)出口有限公司，浙江杭州，310012;3.陜西群力電工有限責(zé)任公司，陜西寶雞，721300)

1 引言

標(biāo)準(zhǔn)漏率，又稱標(biāo)準(zhǔn)漏氣速率，在 GJB(idt MIL)及IEC標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)宣貫幾十年了。近年來，有專家稱這是虛擬的，并提出了自己的定義，在全國三十多個(gè)科研、院校及工廠作報(bào)告。并以Email方法發(fā)到各單位，要求收到單位組織討論。筆者所在單位也收到了兩份，并有幸收到同事的打印稿，自然要按要求提點(diǎn)意見，但這里僅限“標(biāo)準(zhǔn)漏率”(以下簡稱“漏率”)這個(gè)術(shù)語。另一原因是漏率的定義關(guān)系到氦檢漏的基本計(jì)算公式。故把兩個(gè)術(shù)語作個(gè)比較，供讀者評判別，以便去偽存真。

2 術(shù)語

2.1 GJB 548B 的定義

標(biāo)準(zhǔn)漏率:25℃時(shí)，高壓一側(cè)為一個(gè)大氣壓(101.33 kPa)和低壓一側(cè)為低于0.13kPa的情況下，每秒鐘通過一條或多條泄漏通道的干燥空氣量，其單位為Pa·㎝3/s。

2.2 專家定義(2012.08版)

等效標(biāo)準(zhǔn)漏率:把空氣假設(shè)為單一分子，按分子流為模型。入口處為101.3kPa，出口處為低于1kPa，溫度為25℃ ±5℃，露點(diǎn)低于 －25℃的空氣通過漏孔的流量。這是虛擬的，也稱為空氣標(biāo)準(zhǔn)漏率(單位:Pa·㎝3/s)。

粗檢漏:對等效標(biāo)準(zhǔn)漏率大于等于1Pa·㎝3/s。

3 氦檢漏基本計(jì)算公式簡介

氦檢漏通常用于細(xì)檢，其漏率≤1.0Pa·㎝3/s，一般為分子流模型。經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為氣體分子運(yùn)動服從麥克斯韋分布，以此為依據(jù)可以得出漏率L:

P1、P2為內(nèi)外氣壓;r0漏孔半徑;l為漏孔長度;T為氣體溫度;m為氣體摩爾分子量;k為波耳茲曼系數(shù);A亞開爾等人稱作氣導(dǎo)。

若密封件在PE下加t1(s)時(shí)，取出后經(jīng)過t2(s)時(shí)，其內(nèi)部氣壓為:

條件是:加壓前密封件內(nèi)部氣壓為零;取出密封件外部氣壓為零。V0為密封件內(nèi)部有效空腔(或未被占用的內(nèi)部容積)，單位:㎝3。

從(1)式可知:L∝(T/m)1/2，所以氦氣漏率LH=L(M0/MH)1/2。M0為空氣摩爾分子量;MH為氦氣摩爾分子量。對于氦(2)式變?yōu)?

附注1:原術(shù)語中無單位，筆者從該文的1式中得來。

附注2:等效標(biāo)準(zhǔn)漏率與標(biāo)準(zhǔn)漏率是兩個(gè)不同的定義，不要混為一談。見GJB548B第1014條。

從(1)式可以看出，L與內(nèi)外壓差成正比。質(zhì)譜分析時(shí)，質(zhì)譜室內(nèi)的氦壓可視作零。這樣密封件內(nèi)外氦壓差為PH，如果密封件在PE氦壓下t1，取出后經(jīng)t2進(jìn)行檢測，其測量漏率R為:

(4)式即為氦檢漏時(shí)基本計(jì)算公式的母式。(P1－P2)為漏率定義中的兩邊壓差;L為漏率，LH為氦氣漏率。

4 解讀標(biāo)準(zhǔn)漏率

1)氣流模型:

a)GJB548B沒規(guī)定。

b)專家定為分子流。其實(shí)，分子流只適合細(xì)漏(氦檢)，而粗漏的氣流模型為粘流或混合流。作為漏率這一術(shù)語應(yīng)包括細(xì)漏和粗漏。

2)溫度:

a)GJB548B定為25℃(GJB的基準(zhǔn)溫度)。眾所周知，僅有P、V是無法衡量氣體量的，必須用P·V/T。漏率的標(biāo)稱單位是Pa·cm3/s，實(shí)際單位是Pa·cm3/298K.s。要求在25℃下進(jìn)行檢測是不實(shí)際的，所以GJB548B規(guī)定操作時(shí)允許誤差為±5K。測量時(shí)，若環(huán)境溫度超出25℃ ±5K，其結(jié)果必須換算成25℃下的值。

b)專家定為25℃ ±5℃(試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)溫度條件)這樣漏率實(shí)際單位就成了Pa·cm3/293Ks～Pa·cm3/303Ks。這自然成不了單位。如果測量時(shí)的環(huán)境溫度超出25℃ ±5℃。其換算的基準(zhǔn)點(diǎn)就成了20℃ ～30℃，這自然不是基準(zhǔn)點(diǎn)。

3)氣壓:

a)GJB548B:高壓為 101.33kPa，(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓記作P0)低壓為0.13kPa(氣壓測量允許誤差，實(shí)際測量誤差往往小于這個(gè)值，故術(shù)語中用“小于”)。這樣，(P1 － P2)=101.33 －0.13=101.20(kPa)=0.999P0≈1P0代入(4)式，可得:

(5)式即是氦檢漏時(shí)的基本計(jì)算公式。注意:漏率是以兩邊壓差為1P0(一個(gè)大氣壓)為準(zhǔn)。

b)專家規(guī)定:高壓為101.3kPa，低壓≤1kPa(筆者不知由來及含義)。結(jié)果(P1－P2)≥101.3－1=100.3 kPa=0.990P0 代入(4)式就成了不等式，用P0來近似其誤差也大于GJB548B。

4)水分:

a)GJB548B為干燥空氣，無水分。筆者查看中國科普博覽大氣科學(xué)館，有干潔大氣(空氣)的成份，摘入表1。從表1可以看出，干潔大氣(干燥空氣)是不含水分的。

表1 干潔大氣成分

b)專家規(guī)定:露點(diǎn)低于－25℃的空氣。即空氣中含有≤633PPm的水分。換句話說，這個(gè)空氣不是干潔的。結(jié)果是這個(gè)氣體的摩爾分子量不是(5)式中的空氣摩爾分子量，而且還是一個(gè)變量。若用空氣摩爾分子量來近似，又產(chǎn)生一個(gè)誤差。

5)真實(shí)性

a)GJB548B(MIL)認(rèn)為漏率是客觀存在的，IEC亦是如此。

b)專家認(rèn)為這是虛擬的，但專家又定義粗檢漏漏率≥1Pa·cm3/s。眾所周知，所有密封元器件的密封性都必須經(jīng)過粗檢。氦檢合格的產(chǎn)品也要100%地經(jīng)過粗檢合格才能說密封性檢測合格。面粗檢是用冒泡法進(jìn)行檢查的。眼看著空氣從密封件內(nèi)部往外冒氣形成上升的氣泡，即判該產(chǎn)品粗檢不合格。眼見為實(shí)，怎么能說成是虛的;總不能說粗漏(漏率≥1Pa·cm3/s)是真實(shí)的，而細(xì)(漏率≤1Pa·cm3/s)是虛擬的。

5 結(jié)語

從以上的分析可以看出，GJB548B(idt MILSTD－883)對標(biāo)準(zhǔn)漏率的定義是嚴(yán)密的，它與氦檢的基本計(jì)算公式一致，修改其定義內(nèi)含及描述必須謹(jǐn)慎。關(guān)鍵是修改內(nèi)容應(yīng)符合計(jì)算公式的要求。空氣漏率是客觀存在的，氦氣只是作為檢漏的示蹤氣體(又稱媒質(zhì))。

產(chǎn)品的制造、檢測、運(yùn)輸、貯存及應(yīng)用都是在空氣中進(jìn)行。產(chǎn)品內(nèi)外的空氣交換也在不停地進(jìn)行著，無一例外。即便是氦檢漏過程亦是如此。

［1］ GJB 548B－2005.微電子器件試驗(yàn)方法和程序.