GJB 360B气密性试验：电子元器件密封性验证项目介绍

GJB 360B-2009 方法 112 密封试验，用于检验具有内腔的元件封装是否完好，是军用电子元器件可靠性体系中的关键一环。它对应 MIL-STD-202 方法 112，按检测灵敏度分为粗检漏与细检漏两类：粗检漏针对 10⁻⁵ atm·cm³/s 量级的漏孔，细检漏针对 10⁻⁸ 量级。

这项试验的重要性常被低估。封装一旦漏气，水汽与污染物进入腔内，后续的腐蚀、漏电、触点氧化都由此而起。而这些退化往往在数月甚至数年后才显现，届时已无法追溯。因此密封试验不只是"出厂检验"，更是长期可靠性的前置保障。

技术概述

密封试验的物理基础是气体通过漏孔的流动。漏孔尺寸远小于气体分子平均自由程时，流动属分子流，漏率与压差、气体分子量相关；漏孔较大时属黏性流，漏率与压差平方相关。两种流态的转换决定了不同检漏方法的适用范围。

粗检漏用气泡法。样品浸入加热的液体，腔内气体受热膨胀，从漏孔逸出形成气泡。灵敏度受限于气泡的可见性：孔径太小，气泡过小而无法观察；液体表面张力太大，气泡不易脱离。因此粗检漏的下限约为 10⁻⁵ atm·cm³/s，只能发现较大的漏孔。

细检漏用示踪气体法。样品在氦气加压环境中放置一段时间，氦气通过漏孔进入腔内；取出后放入质谱检漏仪，测量逸出的氦气量，反算漏率。氦分子小、惰性、本底低，是理想的示踪气体。灵敏度可达 10⁻⁸ atm·cm³/s 甚至更低。

两类方法必须配合使用，这是标准明确要求的。原因在于：细检漏的测量精度受漏孔尺寸影响，当漏孔大到一定程度，氦气在加压阶段进入后在恢复阶段迅速逸出，测得值反而偏低，出现"大漏测不出"的假象；粗检漏则对微漏不敏感。只做细检漏，可能漏判大漏；只做粗检漏，可能漏判微漏。

顺序上必须先细检后粗检。粗检漏使用的氟碳液或油类会渗入漏孔并将其堵塞，若先做粗检，后续细检的氦气无法进入，测得值偏低，造成误判。这一顺序在标准中有明确规定，也是实际操作中容易被颠倒的一步。

检测样品

- 金属封装半导体器件：金属壳与玻璃绝缘子的封接是主要漏点。此类样品适用全部检漏条件。

- 陶瓷封装与玻璃封装器件：封盖焊接、玻璃与金属封接处。陶瓷多孔，需注意吸附效应对测量的影响。

- 密封继电器与连接器：外壳焊缝、封接处、密封圈界面。此类样品内腔较大，粗检漏的气泡信号较明显。

- 塑封器件：严格来说塑封不属于气密封装，方法 112 不适用于塑封件的"密封性"判定。塑封件的气密性通常用染料渗透或超声扫描评估。若规范要求对塑封件做方法 112，应说明其判据与气密封装不同。

样品状态需明确：是否带引线、内腔是否为真空、腔内是否充有特定气体（如氮气、六氟化硫）。充气种类影响示踪气体的分压，进而影响测量结果。样品表面不得有油污、助焊剂残留，否则会堵塞漏孔或形成假封。

检测项目

- 细检漏（条件 C）：氦质谱法，测漏率。按程序分为加压法、背压法、喷雾法等，按样品是否充氦、是否有排气管选择。

- 粗检漏（条件 A、B、D、E、F）：气泡法或蒸气法，观察是否连续冒泡。

- 辅助检查：外观（封接处裂纹、焊缝气孔）、X 射线（内部结构、焊点）、氦本底测量（确认环境未受污染）。

- 追加项目：密封试验常与温度冲击、机械试验串联，因为这些试验可能诱发漏孔。顺序上，密封通常排在应力试验之后，以捕捉应力诱发的失效。

试验方法与条件

条件 A：气泡法，介质为矿物油或花生油，温度 125±3℃，灵敏度约 10⁻⁵ atm·cm³/s。样品浸入后观察不少于 1min，以是否出现连续气泡流为判据。适用于可承受 125℃ 的元件。

条件 B：气泡法，介质为硅油，温度 25±2℃，同时抽真空使绝压不高于 38.1 torr（约 50.8mbar）。适用于不能承受条件 A 高温的元件，灵敏度与条件 A 相当。

条件 C：示踪气体法（氦），灵敏度 10⁻⁸ atm·cm³/s。程序 IIIa 为固定法：样品在加压舱内以规定压力（常见 400kPa 量级）保持规定时间（常见 2h），取出后在规定恢复时间内（常见 30min）测量。加压时间与恢复时间需与漏率判据匹配，否则测量值不可比。

条件 D：粗检气泡法，介质为氟碳液，温度 125±5℃，作为条件 A 的替代。

条件 E：双液法，先在加压的氟碳液中浸泡使液体进入漏孔，再浸入 125±5℃ 的第二种氟碳液，观察液体受热逸出形成的气泡。灵敏度约 10⁻⁵ atm·cm³/s。

条件 F：氟碳蒸气检测法，灵敏度约 10⁻⁵ atm·cm³/s，适用于不宜浸液的样品。

- 判据：细检漏按实测漏率 R1 是否超过规定限值判定；粗检漏按是否出现连续气泡流判定。单个孤立气泡通常不判不合格，需区分是腔内残气逸出还是漏孔泄漏。

检测仪器

- 氦质谱检漏仪：灵敏度达到 10⁻⁹ atm·cm³/s 量级，具备本底抑制与校准功能。需定期用标准漏孔校准。

- 加压舱：耐压不低于 1MPa，具备压力表、安全阀、快速泄压功能。舱内氦浓度需混合均匀。

- 加热槽：控温精度 ±3℃，介质为矿物油、硅油或氟碳液。需有通风与超温保护。

- 真空系统：用于条件 B，真空度达到 38.1 torr 以下，配真空表与密封腔。

- 辅助设备：体视显微镜（观察气泡）、标准漏孔（校准用）、氦气纯度不低于 99.9%。

应用领域

- 军用气密封装元器件的鉴定与筛选：密封是鉴定项目群的必检项，也是筛选剔除封装缺陷的有效手段。

- 航天与高可靠领域的准入验证：气密封装器件的长期可靠性高度依赖密封完整性，此类应用通常要求细检漏与粗检漏都做。

- 应力试验后的失效捕捉：温度冲击、机械冲击、加速度试验后追加密封试验，用于发现应力诱发的微裂纹。

- 工艺变更验证：封盖焊接参数、玻璃粉配方、密封圈材料变更后，用密封试验对比新旧批次。

- 失效复现：整机出现批次性漏电或腐蚀时，用密封试验确认是否为封装漏气所致。

常见问题

问题一：为什么细检漏和粗检漏都要做？

因为两类方法各有一端测不到。细检漏对大漏不敏感——漏孔大到一定程度，氦气在恢复阶段迅速逸出，测得值反而偏低，形成"大漏当小漏"的假象；粗检漏对微漏不敏感——孔径太小，气泡无法形成。只做细检漏会漏判大漏，只做粗检漏会漏判微漏。标准要求两者配合，正是为了覆盖整个漏率范围。

问题二：为什么必须先细检后粗检？

粗检用的油或氟碳液会渗入漏孔并滞留其中，形成物理堵塞。若先做粗检，后续细检时氦气无法通过被堵塞的漏孔进入腔内，测得值偏低，可能把不合格品判为合格。标准明确规定顺序，实际执行中因赶进度而颠倒的情况并不少见，属于典型的程序性错误。

问题三：单个气泡算不算漏？

通常不算，需区分来源。腔内残气在浸入初期逸出会形成零星气泡；样品表面凹槽、螺纹处滞留的空气也会缓慢释放。判据是"连续气泡流"——持续、稳定地从同一位置冒出。若气泡间歇出现且位置固定，应延长观察时间；若气泡量随时间衰减，多为残气。记录时应写明气泡出现的位置、频率与持续时间。

问题四：加压时间与恢复时间为什么重要？

因为它们决定了氦气进入与逸出的量，进而决定测量值与真实漏率的对应关系。加压时间不足，氦气未充分进入；恢复时间过长，已进入的氦气逸出过多。两者都使测得值偏低。不同规范给出的时间组合不同，因此不同条件下的漏率值不能直接比较。报告中必须写明加压压力、加压时间与恢复时间。

问题五：塑封器件能做方法 112 吗？

严格意义上不适用。方法 112 针对的是具有气密内腔的封装，塑封料本身透气，不存在"气密"这一属性。对塑封件做氦检漏，测到的是塑封料的透气率而非漏孔漏率，结论无意义。塑封件的密封性评估应改用染料渗透、超声扫描或湿热后的电性能变化。若客户要求对塑封件出方法 112 报告，应在报告中说明方法适用性限制。

问题六：氦本底高怎么办？

先排查污染源。常见原因：试验环境中有氦气泄漏、前一批样品残留氦气、检漏仪未充分抽真空、操作人员接触过氦气源。处理办法是延长抽真空时间、用干燥氮气吹扫、在洁净区域测量、定期校准。本底过高会使小漏率无法分辨，测量值失真。若本底无法降到规定水平，本次测量应判无效，不可用"减去本底"的方式强行出数。

问题七：漏率限值怎么定？

由详细规范规定，常见量级为 1×10⁻⁸ atm·cm³/s（细检）与无连续气泡（粗检）。限值的选择与元件内腔体积、预期寿命、内部气氛要求相关：内腔小、寿命长、充有特殊气体的器件，限值更严。不能自行放宽，也不宜盲目加严——加严会提高成本且可能超出方法灵敏度。

结果分析

密封试验的结果判读，要注意三件事。

其一是区分"真漏"与"假漏"。假漏的常见来源包括：表面吸附的氦气未充分吹扫、样品表面凹槽滞留气泡、封接处的临时性堵塞物在测量时脱落。判断方法是复测——同一只样品在不同时间测两次，真漏的漏率值稳定，假漏则波动较大。

其二是注意漏率的分布特征。批量样品中，多数样品漏率接近本底、少数明显偏高，属工艺分散性；若多数样品漏率集中在某一数值附近且略超限值，可能是测量系统偏差而非样品问题，应先用标准漏孔核查设备。

其三是结合失效位置。漏点集中在封接处，多为玻璃与金属膨胀系数失配；集中在焊缝，多为焊接参数不当或气孔；集中在引出端根部，多为镀层与基体的界面缺陷。位置信息比漏率数值更有整改价值。

报告建议给出：条件代号、介质种类与温度、加压压力与时间、恢复时间、实测漏率、粗检观察时长与气泡描述、判据来源。这几项缺一，数据就无法与同类试验比较，也无法在争议时自证。