Проблемы стекло-металлических соединений в электронике: предотвращение и обнаружение

Предотвращение и обнаружение поверхностных дефектов до того, как они станут проблемой

Стекло-металлическое соединение — действительно существенное явление в электронике, используемое в производстве широкого спектра продуктов. От «устаревшей» (но всё ещё повсеместной) лампы накаливания до вакуумных ламп, разрядных трубок, полупроводниковых диодов, ридовых выключателей в ноутбуках и флип-фонах, и практически любого металлического корпуса электронных компонентов — без герметичного стекло-металлического соединения наша технологическая жизнь была бы несомненно совсем другой.

Во всех этих применениях обеспечение отсутствия утечек критично для производства вакуумно-герметичного уплотнения в сборках, через которые будет проводиться электричество. Однако утечка — реальный риск по простой причине, что в общем случае металл расширяется с одной скоростью, а стекло — с другой — создавая механические напряжения во время плавления для создания стекло-металлического соединения. Когда металл расширяется быстрее стекла, стекло может треснуть; когда металл расширяется медленнее, могут возникнуть зазоры.

Каковы некоторые проблемы в стекло-металлическом соединении?

Хотя соотношение расширения стекла и металла — только один фактор среди многих (в зависимости от конкретного применения), обеспечение совместимости расширения двух материалов критично для создания стекло-металлического соединения, которое делает свою работу. Однако, с разными стеклами и металлами, имеющими разные коэффициенты расширения, механические напряжения — и поэтому утечки — могут казаться неизбежными.

Мы оставим обсуждение выбора стекла и разработки проприетарных стекол для стекло-металлического соединения экспертам по стеклу. Однако можем сказать, что разные стекла варьируются в том, как они текут, их плотностях, примесях и других характеристиках, влияющих на прочность и вязкость стекла. Кроме того, неправильности поверхности стекла влияют на его прочность и создают напряжения и вариации, которые могут привести к трещинам и в конечном счете к провалу стекло-металлического соединения.

Точно так же, с любым металлом, выбранным для использования в стекло-металлическом соединении, номер один проблема — есть ли у металла подповерхностная трещина или поверхностное условие внешней стороны, которое может поставить под угрозу целостность уплотнения. Сложная часть здесь в том, что трещина может быть очевидной — ИЛИ она может быть трудно видимой и неочевидной вовсе. Может быть латентная проблема, которая еще не трещина, но разовьется при нагревании для формирования стекло-металлического соединения. Может быть крошечная точечная несовершенность или микронная продольная трещина, которая превратится в полноценную трещину при повторном термическом циклировании. Даже условие поверхностной отделки, такое как легкие следы от матрицы на поверхности металла, могут привести к трещинам и в конечном счете к утечкам в стекло-металлическом соединении.

Хорошая новость: можно предпринять шаги для обнаружения или предотвращения трещин и других проблем с поверхностной отделкой металла, которые встают на пути герметичного стекло-металлического соединения и стабильного конечного продукта.

Как обнаружить поверхностные проблемы в металле для стекло-металлического соединения?

Вихретоковое тестирование (ECT) — сложный процесс с множеством интересных аспектов и широким спектром применений. Среди них — широко используемый и эффективный метод инспектирования поверхностных дефектов в металлических деталях, включая круглый стержень, плоскую ленту и капиллярную трубку, используемые в стекло-металлическом соединении.

ECT использует электромагнитную индукцию для обнаружения и характеристики поверхностных и подповерхностных дефектов в проводящих материалах; также используется для измерения толщины и проводимости. В очень базовых терминах, катушка создает осциллирующее магнитное поле, которое, применяясь к проводящему тестовому материалу, индуцирует вихретоковый ток. Наличие дефектов в тестовом объекте, а также вариации его электрической проводимости и магнитной проницаемости вызывают соответствующие изменения в вихретовом токе. Измеряя изменения фазы, частоты, амплитуды, импеданса и других характеристик, ECT обнаруживает дефекты, включая питтинги, трещины и коррозию.

Существуют различные техники ECT, включая абсолютное вихретоковое тестирование, где зонд с одной катушкой генерирует вихретоковый ток и чувствует изменения в токовом поле; дифференциальное вихретоковое тестирование, использующее две активные катушки и более чувствительное к дефектам; и даже комбинации обоих, а также другие типы зондов и методологий. (Если вы хотите узнать больше об этом загадочном, но важном металлургическом навыке, пожалуйста, звоните в Metal Cutting Corporation.)

Как предотвратить зазоры, вызывающие утечки в стекло-металлическом соединении?

Также существуют фabricационные методы, которые можно применить к поверхности металла, используемого в стекло-металлическом соединении, чтобы изменить поверхность металла и снизить вероятность зазоров, вызывающих утечки. Например, мы можем использовать бесцентровое шлифование для модификации шероховатости внешнего диаметра металлического стержня. Изменяя поверхность с продольных признаков на радиальные, перпендикулярные направлению движения проволоки, бесцентрово отшлифованная поверхность действует как множество «препятствий», позволяющих стеклу прилипать и предотвращающими продольные точки утечки.

Сочетание предупредительных шагов вроде этого с хорошим дизайном, тщательным ECT и визуальным контролем деталей на трещины и поверхностные дефекты, и правильным партнером в значительной мере гарантирует, что стекло-металлическое соединение герметично в первый день и остается таковым. В конце вы можете быть уверены, что критические электронные компоненты тестируются на 100% по всей цепочке поставок, используя различные изощренные травление и гелиевое тестирование на утечки, которое, пожалуй, является окончательным тестом для определения утечки в электронном устройстве.

Ищете ли вы нового партнера для электронных компонентов или других требований к деталям? Скачайте бесплатную копию нашего руководства по аутсорсингу «7 Secrets to Choosing a New Contract Partner: Technical Guide to Outsourcing Your Precision Metal Fabrication».