含氟油在電子元器件檢漏領(lǐng)域中的應(yīng)用

姜單單 宋恒凱 徐敬瑞 李杏濤 辛虎

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司北京分公司

本文對(duì)電子元器件常用檢漏方法進(jìn)行了介紹，并結(jié)合檢漏方法介紹了相應(yīng)用于粗檢漏工藝中的含氟油產(chǎn)品。

隨著當(dāng)今科技的不斷發(fā)展，電子元器件涉及的應(yīng)用領(lǐng)域已越來(lái)越廣泛，尤其是在航空、航天、儀表、測(cè)量、軍工等高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用更是越來(lái)越頻繁[1～3]。這些領(lǐng)域技術(shù)的不斷提高，也對(duì)電子元器件的質(zhì)量不斷提出更高的要求。電子元器件質(zhì)量的好壞將直接影響各設(shè)備質(zhì)量的好壞，其構(gòu)成的電子產(chǎn)品必須具有抵抗外部環(huán)境腐蝕的能力，因而許多電子元器件都要求密封性必須良好[4]。密封是阻止流體（氣體、液體)介質(zhì)通過(guò)結(jié)構(gòu)縫隙、空穴、孔洞從一個(gè)部位流向另一個(gè)部位及滲漏到密封結(jié)構(gòu)之外的措施[1]。電子元器件的密封性差，將在應(yīng)用中帶來(lái)很多不利影響，如：密封性能差的電子元器件將無(wú)法抵御外部環(huán)境的腐蝕，而且在具有較高溫、濕度變化和有害氣體的環(huán)境中會(huì)形成呼吸作用，使元器件內(nèi)部的金屬絲或鍍敷金屬層產(chǎn)生電解腐蝕而損壞，造成電參數(shù)改變、性能降低或功能直接喪失；密封效果差引起內(nèi)部水汽過(guò)高，在低溫時(shí)會(huì)造成繼電器在觸點(diǎn)產(chǎn)生冷焊現(xiàn)象，從而使其功能喪失；或?yàn)榱诉_(dá)到防電磁輻射、防光源干擾等目的要求器件密封時(shí)，密封性不好的出現(xiàn)將直接導(dǎo)致器件失效[2,4]。這些不利影響將嚴(yán)重影響電子元器件的使用可靠性。因此，幾乎所有電子元器件生產(chǎn)單位都需要密封檢漏作為篩選試驗(yàn)項(xiàng)目百分百地進(jìn)行檢驗(yàn)[5]。

電子元器件的篩選由檢漏試驗(yàn)來(lái)確定，以排除由于使用了劣質(zhì)密封材料或因工藝不良而致使密封存在問(wèn)題的電子元器件。常用的電子元器件檢漏試驗(yàn)方法，即細(xì)檢漏和粗檢漏兩個(gè)過(guò)程：細(xì)檢漏即是選用示蹤氣體檢漏的方法；粗檢漏目前常用的方法是含氟油氣泡法。檢漏試驗(yàn)中先進(jìn)行細(xì)檢漏，再進(jìn)行粗檢漏。含氟油具有優(yōu)異的介電性能、優(yōu)異的化學(xué)惰性、優(yōu)良的電絕緣性以及優(yōu)異的耐高低溫能力，使其成為電子元器件粗檢漏試驗(yàn)用油的理想選擇。對(duì)應(yīng)粗檢漏方法，本文介紹并推薦了幾種相應(yīng)的含氟油品。所推薦油品應(yīng)用在粗檢漏過(guò)程中，對(duì)電子元器件的各項(xiàng)參數(shù)均未有影響，獲得用戶(hù)一致認(rèn)可。

常用檢漏試驗(yàn)方法

檢漏試驗(yàn)過(guò)程通常是細(xì)檢漏與粗檢漏試驗(yàn)搭配使用，細(xì)檢漏可以精確地確定電子元器件的漏率值，粗檢漏試驗(yàn)過(guò)程在細(xì)檢漏試驗(yàn)過(guò)程之后進(jìn)行。GJB 548B—2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序》方法1014.2、GJB 360B—2009《 電 子及電氣元件試驗(yàn)方法》方法112均規(guī)定了檢漏試驗(yàn)所需用到的檢漏方法。多數(shù)廠家是先細(xì)檢漏，再粗檢漏，也有部分廠家是先粗檢漏，再細(xì)檢漏。下面將分別介紹應(yīng)用較多的示蹤氣體檢漏法（細(xì)檢漏）和含氟油氣泡法（粗檢漏）的主要步驟：

示蹤氣體檢漏法

對(duì)被檢元器件氦氣加壓

將被檢元器件放入密封容器中，抽真空后，用高純氦氣對(duì)被檢元器件施加適宜的壓力，加壓一定時(shí)間后解壓并取出被檢元器件。在加壓過(guò)程中，若被檢元器件存在漏孔，則氦氣將進(jìn)入被檢元器件內(nèi)腔。

被檢元器件的表面凈化

由于被檢元器件封裝材料和結(jié)構(gòu)等原因，解壓后取出的被檢元器件表面會(huì)有一定量的氦氣吸附，從而影響下一步細(xì)檢漏的檢測(cè)靈敏度和可靠性。因此被檢元器件經(jīng)上一步驟操作后需要用干燥的氮?dú)饣蚩諝獯党砻嫖降暮狻?/p>

氦質(zhì)譜檢漏儀細(xì)檢漏

將經(jīng)過(guò)表面凈化的被檢元器件放入與氦質(zhì)譜檢漏儀相連的真空室，如果被檢元器件密封性存在問(wèn)題，則壓入元器件內(nèi)部的示蹤氣體氦氣會(huì)通過(guò)漏孔進(jìn)入氦質(zhì)譜檢漏儀，從而得到被檢元器件的漏率，并依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)判斷該元器件是否合格。

含氟油氣泡法

壓入低沸點(diǎn)氟油

將表面處理干凈的被檢元器件放入加壓容器，容器密閉后先抽真空，然后在真空狀態(tài)向容器內(nèi)注入低沸點(diǎn)氟油，使被檢元器件完全被淹沒(méi)，并再用氮?dú)鈱?duì)容器加壓一定時(shí)間。若被檢元器件存在漏孔，則低沸點(diǎn)氟油便被壓入被檢元器件內(nèi)腔。加壓完成后，將元器件取出，之后放在空氣中干燥一定時(shí)間，以去除被檢元器件表面的低沸點(diǎn)氟油。

高沸點(diǎn)氟油加熱氣泡粗檢漏

將干燥后的被檢元器件浸入已加熱到125 ℃±5 ℃的高沸點(diǎn)氟油中，被檢元器件頂部浸入深度不應(yīng)小于5 cm，浸沒(méi)一定時(shí)間，通過(guò)放大鏡觀察被檢元器件是否存在冒泡的情況，若有氣泡連續(xù)放出，則表明被檢元器件的密封性能存在問(wèn)題。

粗檢漏試驗(yàn)對(duì)含氟油品的要求及相應(yīng)油品介紹

粗檢漏試驗(yàn)對(duì)含氟油品的要求

粗檢漏試驗(yàn)過(guò)程中，依據(jù)是否有漏氣氣泡產(chǎn)生來(lái)判斷電子元器件是否存在密封不良的問(wèn)題，而漏氣氣泡的觀察測(cè)定又是依靠試驗(yàn)操作人員肉眼判定的，因此粗檢漏試驗(yàn)是很容易在觀察氣泡過(guò)程中造成誤差的。漏氣氣泡的形成大小、氣泡在125 ℃±5 ℃的高沸點(diǎn)氟油中穩(wěn)定持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短、氣泡在氟油中上浮速度的快慢，都會(huì)影響粗檢漏試驗(yàn)的靈敏度和精確度。由此也依據(jù)這些影響因素，考慮了粗檢漏試驗(yàn)對(duì)含氟油品的一些要求。

粗檢漏試驗(yàn)中，氣泡的形成是與氣液接觸處液體對(duì)其施加的壓力、液體上方外部空間壓力（針對(duì)本文介紹的方法，此壓力即為大氣壓）以及所處液體相應(yīng)深度產(chǎn)生的壓力有關(guān)。其中氣液接觸處液體對(duì)其施加的壓力與液體的表面張力有關(guān)。根據(jù)一系列的推算[6]，得知當(dāng)漏孔較大，特別是當(dāng)表面張力較大時(shí)，產(chǎn)生的氣泡的半徑也就越大，如此以來(lái)就更加便于觀察氣泡的產(chǎn)生，因此表面張力較大的高沸點(diǎn)氟油是有利于提高粗檢漏試驗(yàn)的靈敏度的。但是過(guò)大的表面張力會(huì)造成氣泡的表面吉布斯自由能增高，致使氣泡會(huì)在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，影響氣泡的穩(wěn)定存在，因此，高沸點(diǎn)氟油的表面張力也不宜過(guò)大。此外，氣泡是否能產(chǎn)生以及產(chǎn)生氣泡的穩(wěn)定性還與油品的黏度有關(guān)，黏度小時(shí)，形成氣泡膜的液體容易流失，氣泡壁容易變薄而破裂，其成泡性和穩(wěn)定性均較低[7]，從而不利于肉眼及時(shí)觀察到因泄露產(chǎn)生的氣泡；然而，由于氣泡在氟油中的上浮速度與黏度特性有關(guān)，當(dāng)氟油黏度增大時(shí)，氣泡上浮的速度會(huì)減慢[7,8]，氣泡在氟油中持續(xù)存在的時(shí)間更久，更有利于肉眼及時(shí)觀察到上升的氣泡，從而有利于提高粗檢漏試驗(yàn)的靈敏度。當(dāng)然油品黏度也不宜過(guò)大，黏度太大時(shí)，氣泡很難形成。此外，為了方便觀察，粗檢漏試驗(yàn)所用含氟油品也必須是無(wú)色透明的。

此外，粗檢漏試驗(yàn)過(guò)程中，電子元器件需要浸沒(méi)在含氟油品中，而且高沸點(diǎn)的含氟油品還需要加熱到125 ℃±5 ℃?？紤]到這些因素，含氟油品還需要滿(mǎn)足以下要求：

◇良好的絕緣性；

◇與金屬和非金屬材料有良好的相容性，優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，在常溫和125 ℃±5 ℃條件下，均不與電子元器件的材料發(fā)生任何反應(yīng)；

◇優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，尤其是粗檢漏試驗(yàn)中使用的高沸點(diǎn)含氟油品，需要在加熱的條件不發(fā)生分解；

◇較低的蒸發(fā)損失量；

◇良好的介電性能。

目前用于粗檢漏試驗(yàn)過(guò)程中的含氟油品正是由于具有優(yōu)異的化學(xué)惰性、良好的熱穩(wěn)定性、極低的揮發(fā)性、高介電性、良好的絕緣性能及與金屬和非金屬材料有良好的相容性等性能，較好地滿(mǎn)足了電子元器件檢漏領(lǐng)域?qū)ζ鋰?yán)格的要求，而在市場(chǎng)上應(yīng)用頗為廣泛。

相應(yīng)油品介紹

粗檢漏試驗(yàn)方法最先推薦使用的低沸點(diǎn)氟油為三氟三氯乙烷（F113），但由于F113被確認(rèn)為破壞大氣層的有害氣體，目前，市場(chǎng)上已限制F113的使用，因此需要考慮F113的替代問(wèn)題。與低沸點(diǎn)氟油配套使用的高沸點(diǎn)氟油為全氟三丁胺，兩者組合粗檢漏試驗(yàn)的靈敏度也相對(duì)較高，但會(huì)致使空氣受到污染，產(chǎn)生有害物質(zhì)，破壞臭氧層，從而給人類(lèi)的生存環(huán)境帶來(lái)危害[7]。為滿(mǎn)足市場(chǎng)的使用需求和環(huán)保要求，中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司已升級(jí)推出可替代F113使用的低沸點(diǎn)氟油4830-2電子液產(chǎn)品，并依據(jù)粗檢漏試驗(yàn)對(duì)含氟油品的要求，先后推出高沸點(diǎn)氟油4830檢漏液與4830M檢漏液。F113與4830-2產(chǎn)品的常見(jiàn)性能指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表1，4830、4830M檢漏液與全氟三丁胺常見(jiàn)性能指標(biāo)的對(duì)比見(jiàn)表2。

由表1可知，4830-2電子液與F113的常見(jiàn)性能指標(biāo)十分的接近，可作為F113的替代產(chǎn)品使用。由表2可見(jiàn)，4830檢漏液、4830M檢漏液兩種產(chǎn)品相比較全氟三丁胺來(lái)說(shuō)，表面張力與黏度值稍大，依據(jù)上述的分析，選用這兩種氟油作為粗檢漏試驗(yàn)過(guò)程中的高沸點(diǎn)氟油，如若電子元器件存在漏孔，粗檢漏過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡可能更大些，氣泡在氟油中持續(xù)存在時(shí)間也會(huì)更久些，從而進(jìn)一步提高粗檢漏試驗(yàn)的靈敏度和精確度。此外，這兩種產(chǎn)品的沸點(diǎn)更高，在高溫下的蒸發(fā)損失更小，有利于延長(zhǎng)其使用時(shí)間，而且其具有良好的介電性能、高的熱穩(wěn)定性能、優(yōu)異的化學(xué)惰性等特性，不會(huì)對(duì)被檢元器件造成損害，保持被檢元器件性能的完整性。因此，4830檢漏液與4830M檢漏液可以作為全氟三丁胺的替代品而被使用。

表1 低沸點(diǎn)氟油相應(yīng)產(chǎn)品常見(jiàn)性能指標(biāo)

表2 高沸點(diǎn)氟油相應(yīng)產(chǎn)品常見(jiàn)性能指標(biāo)

結(jié)束語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展，電子元器件的應(yīng)用將更加廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹄娮釉骷馁|(zhì)量要求也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)格。粗檢漏試驗(yàn)是檢驗(yàn)電子元器件質(zhì)量必經(jīng)的工序，粗檢漏試驗(yàn)用含氟油品的需求也將增加。本文介紹的低沸點(diǎn)氟油4830-2電子液產(chǎn)品可代替F113使用，4830、4830M檢漏液具有更加適宜的表面張力和黏度以及良好的介電性能、高的熱穩(wěn)定性能、優(yōu)異的化學(xué)惰性以及與金屬和非金屬良好的相容性等性能，將在市場(chǎng)上更廣泛使用。