อัตราการรั่วไหลของสุญญากาศ: มาตรฐาน วิธีการทดสอบ และข้อมูลจำเพาะของตัวเชื่อมต่อ RF แบบปิดผนึก

ตัวเชื่อมต่อ RF ที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนาซึ่งใช้งานในทวนสัญญาณใต้ทะเลอาจผ่านการตรวจสอบด้วยสายตาทุกครั้งในโรงงาน จากนั้นก็ล้มเหลวอย่างเงียบๆ ในสองปีให้หลัง เนื่องจากความชื้นพุ่งผ่านเส้นทางรั่วที่ไม่เคยตรวจวัดได้ ค่าใช้จ่ายในการกู้คืนเกินกว่าสองสามดอลลาร์ที่ประหยัดได้ระหว่างการจัดซื้อมาก ความสุญญากาศไม่ใช่คุณสมบัติ "เปิดหรือปิด" อัตราการรั่วไหลของความสุญญากาศคือตัวเลขที่วัดได้ ซึ่งจะบอกคุณได้อย่างชัดเจนว่าซีล "ไม่รั่ว" เป็นอย่างไร และวิธีการทดสอบที่ใช้เพื่อให้ได้ตัวเลขนั้นจะเป็นตัวกำหนดว่าเชื่อถือได้หรือไม่

อัตราการรั่วไหลของความสุญญากาศหมายถึงอะไรจริงๆ

อัตราการรั่วไหลของความสุญญากาศคือปริมาณของก๊าซติดตามที่ผ่านซีลต่อวินาทีภายใต้ค่าความดันที่แตกต่างกันที่กำหนดไว้ แสดงเป็น atm·cc/s (ลูกบาศก์บรรยากาศมาตรฐานลูกบาศก์เซนติเมตรต่อวินาที) หรือ Pa·m³/s ฮีเลียมเป็นก๊าซติดตามที่ต้องการเนื่องจากมีเส้นผ่านศูนย์กลางโมเลกุลเล็ก ความเฉื่อยทางเคมี และพื้นหลังบรรยากาศต่ำ ทำให้ง่ายต่อการตรวจจับด้วยแมสสเปกโตรมิเตอร์

หากต้องการระบุตัวเลขในเปอร์สเปคทีฟ ส่วนประกอบที่มีอัตราการรั่วไหลที่วัดได้คือ 1×10 ^-7 atm·cc/s เขาสะสมฮีเลียมน้อยกว่า 1 มิลลิลิตรตลอดทั้งเดือน นั่นคือระดับที่ผู้เชี่ยวชาญด้านการบินและอวกาศและการทหารส่วนใหญ่พิจารณาว่าเป็นความลับอย่างแท้จริง เมื่อใบสั่งซื้อแจ้งว่า "ปิดผนึกอย่างแน่นหนา" โดยไม่ระบุอัตราการรั่วไหลและวิธีการทดสอบ ผลลัพธ์มักจะเป็นชุดชิ้นส่วนที่มีคุณภาพที่ไม่สามารถตรวจสอบได้และพฤติกรรมที่ไม่สอดคล้องกันภายใต้วงจรความร้อน

วิธีวัดอัตราการรั่วไหลในทางปฏิบัติ

เทคนิคการทดสอบการรั่วไหลที่โดดเด่นแบ่งออกเป็นสามประเภท แต่ละรายการมีช่วงความไวที่แตกต่างกันและให้บริการตามวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันในขั้นตอนการผลิต

การทดสอบการรั่วไหลแบบละเอียดของฮีเลียมเริ่มต้นด้วยการวางส่วนประกอบไว้ในห้องแรงดันที่เต็มไปด้วยฮีเลียมตามระยะเวลา "ระเบิด" ที่กำหนดไว้ จากนั้นจึงย้ายส่วนประกอบนั้นเข้าไปในห้องสุญญากาศที่เชื่อมต่อกับแมสสเปกโตรมิเตอร์ ขณะที่ฮีเลียมหลบหนีผ่านเส้นทางการรั่วไหลจริง เครื่องตรวจจับจะบันทึกสัญญาณ วิธีการดังกล่าวอธิบายไว้ใน MIL-STD-883 วิธี 1014 และสามารถแก้ไขรอยรั่วได้เพียง 1×10 ^-10 ตู้เอทีเอ็ม·ซีซี/วินาที

การทดสอบการรั่วไหลโดยรวมอาศัยฟองที่มองเห็นได้ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อชิ้นส่วนจุ่มลงในของเหลวฟลูออโรคาร์บอนที่ให้ความร้อนหรือสารละลายแอลกอฮอล์ความดันต่ำ มีราคาไม่แพงและรวดเร็ว แต่ตรวจพบเฉพาะรอยรั่วที่สูงกว่าประมาณ 1×10 เท่านั้น ^-5 ตู้เอทีเอ็ม·ซีซี/วินาที A part leaking at 1×10 ^-6 สามารถผ่านการทดสอบฟองโดยไม่มีสัญญาณที่มองเห็นได้

การทดสอบการรั่วไหลด้วยแสงจะวัดการโก่งตัวของเมมเบรนหรือการเปลี่ยนแปลงความดันในโพรงในบรรจุภัณฑ์ที่ปิดสนิทโดยใช้วิธีการอินเทอร์เฟอโรเมทรีหรือเลเซอร์ มันมีประโยชน์สำหรับแพ็คเกจ MEMS ที่ปิดผนึกด้วยโพลีเมอร์ซึ่งการทิ้งระเบิดฮีเลียมอาจไม่สามารถทำได้ การวิจัยบรรจุภัณฑ์ MEMS ที่ตีพิมพ์ในวารสาร IEEE แนะนำว่าวิธีการทางแสงสามารถเข้าถึงความไวได้ใกล้ 1 × 10 ^-8 atm·cc/s แม้ว่าอุปกรณ์จะยังคงมีราคาแพงและไวต่อพื้นผิวก็ตาม

การรั่วไหลแบบละเอียดและแบบรวม: มาตรฐานที่คุณควรรู้

มีขอบเขตอ้างอิงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายระหว่างการรั่วไหลขั้นต้นและการรั่วไหลแบบละเอียด ตามคำแนะนำเกี่ยวกับบรรจุภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ของ NASA ข้อมูลจำเพาะด้านความสุญญากาศส่วนใหญ่จะรักษาอัตราการรั่วไหลที่สูงกว่า 1×10 ^-5 เป็นยอดรวมและอัตราต่ำกว่า 1×10 ^-6 สบายดี โซนระหว่าง 1×10 ^-6 และ 1×10 ^-5 คือพื้นที่สีเทาที่ส่วนประกอบได้รับการ "ทดสอบการรั่วแบบละเอียด" ในทางเทคนิค แต่อาจยังคงล้มเหลวในระยะยาวในสภาพแวดล้อมที่ชื้น

แผนภูมิด้านล่างแสดงระดับการรั่วไหลโดยทั่วไปตามการใช้งาน ทำให้มองเห็นความแตกต่างของขนาดได้ง่ายขึ้น

ในทางปฏิบัติ ข้อกำหนดอัตราการรั่วไหลที่เข้มงวดมากขึ้นจะทำให้ทั้งข้อกำหนดในการควบคุมกระบวนการและต้นทุนเพิ่มขึ้น แต่ในสภาพแวดล้อมที่อบอุ่นและชื้น อัตราการรั่วไหลอยู่ที่ 1×10 ^-5 หรือแย่กว่านั้นสามารถลดความต้านทานของฉนวนได้อย่างรวดเร็ว เขียนว่า "ฮีเลียมละเอียดรั่ว 1×10 ^-6 atm·cc/s max" ใน spec นั้นมีประโยชน์มากกว่าคำว่า "hermetic" เพียงอย่างเดียวมาก

ความสุญญากาศในการใช้งานส่วนประกอบ RF จริง

ในระบบ RF และไมโครเวฟ ซีลไม่ได้เป็นเพียงสิ่งกีดขวางเท่านั้น การเชื่อมต่อระหว่างตัวเรือนโลหะและฉนวนแก้วจะต้องรอดพ้นจากความเครียดทางกล การขยายตัวทางความร้อนที่ไม่ตรงกัน และข้อกำหนดทางไฟฟ้าในเวลาเดียวกัน ตัวเชื่อมต่อ RF ที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนาทั่วไปประกอบด้วยตัวเรือนโลหะด้านนอก ซีลระหว่างแก้วกับโลหะ ตัวนำตรงกลาง และวงแหวนซีลหรือรอยเชื่อมที่ส่วนต่อประสานบรรจุภัณฑ์

ฉนวนแก้วเป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับทั้งประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความสุญญากาศ รอยแตกหรือช่องว่างขนาดเล็กในแก้วสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการบัดกรีหรือวงจรความร้อนซ้ำๆ ส่งผลให้อัตราการรั่วไหลจาก 1×10 ที่ยอมรับได้ ^-7 ไปจนถึง 1×10 ที่ตรวจพบได้ ^-5 ในช่วงเวลาอันสั้น

คอนเนคเตอร์/อแดปเตอร์ปิดผนึกแน่นหนาทั่วไปสำหรับการใช้งานแบบแผงผ่าน อะแดปเตอร์เปลือกกลึงที่มีอินเทอร์เฟซเผาด้วยแก้วนี้เหมาะกับการปิดผนึกแบบแผงผ่านการปิดผนึก โดยรองรับอิมพีแดนซ์ 50Ω และความถี่สูงสุด 67 GHz เพื่อการติดตั้งแบบป้อนผ่านหลายตัวที่สะอาด ดูผลิตภัณฑ์ →

เมื่อการป้อนเข้าที่ปิดผนึกหลายรายการต้องผ่านแผงเดียว ตัวเชื่อมต่อ/อะแดปเตอร์ที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนาทั่วไปจะให้โซลูชันการเชื่อมต่อระหว่างกันที่สะอาดยิ่งขึ้น อะแดปเตอร์เหล่านี้มีเปลือกหุ้มเครื่องจักรที่มีส่วนต่อประสานแบบเผาด้วยแก้วซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานแบบปิดสนิทแบบแผงผ่าน

คอนเนคเตอร์ปิดผนึกแน่นหนา SMP สำหรับชุดประกอบ Blind-Mate ขนาดกะทัดรัด ตัวเชื่อมต่อแบบกดเข้า SMP มีขนาดเล็กและการปิดผนึกที่เชื่อถือได้ เหมาะสำหรับโมดูลหนาแน่นและฮาร์ดแวร์ Phased-Array ที่มีพื้นที่จำกัดและจำเป็นต้องมีการประกอบแบบ blind-mate ดูผลิตภัณฑ์ →

สำหรับการออกแบบโมดูลขนาดกะทัดรัดและชุดประกอบแบบ blind-mate ตัวเชื่อมต่อที่ปิดผนึกอย่างแน่นหนาของ SMP จะช่วยประหยัดพื้นที่ในขณะที่ยังคงการปิดผนึกที่เชื่อถือได้ อินเทอร์เฟซแบบกดและขนาดที่เล็กทำให้พบได้ทั่วไปในโมดูลตัวรับและฮาร์ดแวร์ Phased-Array

ฉนวนแก้ว RF สำหรับส่วนประกอบย่อยไมโครเวฟสุญญากาศ ซีลแก้วกับโลหะเผาผนึกพร้อมตัวนำ Kovar ให้การป้อนผ่านสุญญากาศแบบสแตนด์อโลนที่เข้ากันได้กับอินเทอร์เฟซ SMA และ 2.92 รองรับการเชื่อมต่อตัวนำภายในที่หลากหลาย ดูผลิตภัณฑ์ →

ในหลายกรณี ซีลระหว่างแก้วกับโลหะจะถูกส่งเป็นฉนวนแก้ว RF แบบสแตนด์อโลน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกระบวนการซีลถูกรวมเข้ากับส่วนประกอบย่อยของไมโครเวฟที่มีขนาดใหญ่กว่า ความหนาแน่นของแก้วและคุณภาพของพันธะซินเตอร์จะเป็นตัวกำหนดอัตราการรั่วไหลในระยะยาวโดยตรง

ผู้ผลิตที่มีการตัดเฉือนภายใน การชุบด้วยไฟฟ้า และสายการประกอบมีข้อได้เปรียบที่วัดได้ในด้านความเสถียรของส่วนประกอบที่มีความสุญญากาศ เนื่องจากสามารถตรวจสอบทุกขั้นตอนของกระบวนการที่ส่งผลต่อการซีลได้ นี่คือเหตุผล เหตุใดขั้วต่อที่ปิดสนิทจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง กลายเป็นข้อกังวลในทางปฏิบัติเมื่อเลือกซัพพลายเออร์ที่เชื่อถือได้

สิ่งที่ต้องถามเมื่อระบุส่วนประกอบสุญญากาศ

ข้อผิดพลาดในการจัดซื้อส่วนประกอบที่ปิดสนิทมักมาจากข้อกำหนดที่ไม่สมบูรณ์ คำถามสี่ข้อจะลดความเสี่ยงได้อย่างมาก

• อัตราการรั่วไหลสูงสุดคือเท่าใด และค่าก๊าซและความดันต่างกันเท่าใด ตัวอย่างเช่น: "1×10 ^-6 atm·cc/s เขาอยู่ที่ 1 atm ส่วนต่าง"
• ใช้วิธีการทดสอบการยอมรับแบบใด การรั่วไหลของฮีเลียมละเอียด การรั่วไหลของฟองสบู่ หรือเทคนิคฟลูออโรคาร์บอน
• อัตราการรั่วไหลยังคงอยู่ในข้อมูลจำเพาะหลังจากการหมุนเวียนด้วยความร้อนและอายุทางกลหรือไม่ การวัดใหม่เพียงบางส่วนเท่านั้นไม่เพียงพอ
• มีการตรวจสอบย้อนกลับเป็นชุดและบันทึกการทดสอบหรือไม่ ประสิทธิภาพสุญญากาศสามารถเลื่อนลอยไปตามสภาวะการเผาผนึกแก้วและการชุบ

ซัพพลายเออร์ที่มีระบบคุณภาพ ISO9001 อยู่แล้วและการควบคุมกระบวนการอย่างสมบูรณ์ ตั้งแต่การตัดเฉือนและการชุบไปจนถึงการประกอบ จะให้พื้นฐานที่แข็งแกร่งสำหรับความสุญญากาศที่ทำซ้ำได้มากกว่าราคาต่อหน่วยที่ต่ำเพียงราคาเดียว

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับอัตราการรั่วไหลของความสุญญากาศ