李蓉,尚紹環(huán)
(中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所,四川 綿陽(yáng) 621900)
內(nèi)部有多余物的缺陷電真空器件在使用過程中會(huì)帶來致命的故障,直接導(dǎo)致產(chǎn)品失效。但在電真空器件的制造過程中,因工藝環(huán)節(jié)較多,個(gè)別產(chǎn)品的內(nèi)部會(huì)不可避免地被引入或殘留多余物,這就要求我們不僅要嚴(yán)格控制工藝過程,盡量減少產(chǎn)生帶有多余物的缺陷產(chǎn)品,也要加強(qiáng)檢測(cè)手段,盡量減少缺陷產(chǎn)品逃逸至合格品中?,F(xiàn)在常用的電真空器件內(nèi)部多余物檢測(cè)手段有隨機(jī)振動(dòng)和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)兩種方式,它們各有優(yōu)勢(shì):隨機(jī)振動(dòng)篩選因產(chǎn)品是在帶電條件下進(jìn)行檢測(cè)的,對(duì)產(chǎn)品中金屬可移動(dòng)多余物的檢測(cè)率較高,但對(duì)非金屬可移動(dòng)多余物的檢出率不高;顆粒碰撞噪聲監(jiān)測(cè)是在產(chǎn)品非工作狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)的,對(duì)金屬與非金屬可移動(dòng)多余物的檢出率相當(dāng)。就我們目前的隨機(jī)振動(dòng)和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)對(duì)電真空器件內(nèi)部可移動(dòng)多余物檢測(cè)的兩種條件及方式,對(duì)比兩種方式對(duì)缺陷產(chǎn)品的檢出率,給出比較合理的電真空器件可移動(dòng)多余物檢測(cè)流程,以期盡可能地降低缺陷產(chǎn)品的逃逸率,使合格品中盡量少含缺陷產(chǎn)品并合理設(shè)計(jì)工藝流程,提高生產(chǎn)效率。
腔體電真空器件通常為陶瓷-金屬結(jié)構(gòu),是將金屬電極封裝在陶瓷管殼上,構(gòu)成密閉腔體,結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。
在工作過程中,一般一個(gè)電極施加直流高壓,另一個(gè)電極接地;陶瓷管殼作為絕緣子,如果腔體中存在可移動(dòng)的多余物,就會(huì)引起電場(chǎng)畸變,導(dǎo)致工作異常。
圖1 腔體電真空器件的結(jié)構(gòu)示意圖
隨機(jī)振動(dòng)是一種最常見的非確定性振動(dòng)形式。物體在作隨機(jī)振動(dòng)時(shí),它們的振動(dòng)參數(shù)瞬時(shí)值無法用確定的函數(shù)來描述。隨機(jī)振動(dòng)的特征是采用在相同的試驗(yàn)條件下得到的多個(gè)隨機(jī)振動(dòng)樣本的統(tǒng)計(jì)特性來描述的[1]。用隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)來篩選腔體電真空器件,一方面可以更真實(shí)地反映產(chǎn)品的抗振性能;另一方面在振動(dòng)過程中對(duì)器件兩電極間施加適當(dāng)?shù)母唠妷?,隨著器件的振動(dòng),腔體內(nèi)的可移動(dòng)多余物在腔體中移動(dòng),使兩電極間的電場(chǎng)發(fā)生畸變,導(dǎo)致兩電極間的電場(chǎng)擊穿,并通過線路的設(shè)計(jì),使電場(chǎng)擊穿時(shí)報(bào)警,由此可檢測(cè)出帶有可移動(dòng)多余物的缺陷產(chǎn)品。電真空器件在加電情況下進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),是檢測(cè)電真空器件耐震性能和腔體內(nèi)多余物的常用手段,隨機(jī)振動(dòng)的能譜圖如圖2所示。
圖2 隨機(jī)振動(dòng)振動(dòng)能譜圖示
PIND原理:PIND試驗(yàn)是一種多余物檢驗(yàn)的有效手段,其原理是利用振動(dòng)臺(tái)產(chǎn)生一系列指定的機(jī)械沖擊和振動(dòng),通過沖擊使被束縛在產(chǎn)品中的顆粒(即多余物)松動(dòng),再通過一定頻率的振動(dòng),使多余物在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生位移。活動(dòng)多余物在產(chǎn)品中發(fā)生位移的過程,是多余物相對(duì)產(chǎn)品殼體的滑動(dòng)過程和撞擊過程的一個(gè)隨機(jī)組合過程。在這個(gè)過程中,將產(chǎn)生應(yīng)力彈性波和聲波。兩種波在產(chǎn)品殼體中傳播,并形成混響信號(hào),這個(gè)混響信號(hào)被定義為位移信號(hào)。采用壓電傳感器拾取到位移信號(hào)后,經(jīng)前置放大器放大,位移信號(hào)由檢測(cè)裝置的主機(jī)采集、處理并顯示。檢測(cè)人可以依據(jù)顯示的信號(hào)波形判定出信號(hào)性質(zhì),以此得出檢測(cè)結(jié)論[2]。PIND檢測(cè)腔體電真空器件內(nèi)是否有多余物的示波器波形如圖3所示。
圖3 是否有多余物的示波器波形
為了使試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果更明顯,選取了生產(chǎn)過程中分別經(jīng)振動(dòng)篩選和顆粒碰撞噪聲檢測(cè)兩種試驗(yàn)的4組樣品,樣品情況見表1。
表1 試驗(yàn)樣品
將第一組顆粒碰撞檢測(cè)不合格的樣品全部進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),將第二組隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)不合格的樣品全部進(jìn)行顆粒碰撞檢測(cè);將顆粒碰撞檢測(cè)100%合格的樣品進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),將隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)100%合格的產(chǎn)品進(jìn)行顆粒碰撞檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果見表2。
表2 顆粒碰撞及隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)對(duì)比
對(duì)第二組隨機(jī)振動(dòng)不合格而顆粒碰撞檢測(cè)合格的30%的樣品再次進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果為100%合格。出現(xiàn)這種結(jié)果的初步原因分析為,首次隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)不合格表明該樣品內(nèi)確實(shí)含有可移動(dòng)顆粒,但在首次隨機(jī)振動(dòng)檢測(cè)的過程中,隨著電場(chǎng)擊穿放電,該微小顆粒在電場(chǎng)放電過程中燃燒分解為更加微小的顆粒,并在隨后的顆粒碰撞噪聲檢測(cè)中不足以產(chǎn)生讓儀器能夠識(shí)別的噪聲,也在隨后的再次隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)過程中不足以引起電場(chǎng)畸變而產(chǎn)生擊穿。
第一組10只噪聲檢測(cè)出的缺陷產(chǎn)品在隨機(jī)振動(dòng)中未檢出一只缺陷產(chǎn)品,而第二組隨機(jī)振動(dòng)100%不合格的缺陷產(chǎn)品在顆粒碰撞中檢測(cè)出70%的缺陷產(chǎn)品,另外30%合格的產(chǎn)品再次進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果全部合格,初步原因分析已經(jīng)在上文中說明。第三組顆粒碰撞檢測(cè)100%合格的樣品在隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中也是100%合格,第四組隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)100%合格的樣品在顆粒碰撞檢測(cè)過程中有3%的不合格。以上4組對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)檢測(cè)腔體電真空器件內(nèi)是否有多余物的檢測(cè)手段而言,顆粒碰撞噪聲檢測(cè)是目前檢出率較高的方式。經(jīng)顆粒碰撞噪聲檢測(cè)后沒有必要再進(jìn)行針對(duì)多余物檢測(cè)的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)。
總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并分析以上對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果而得出腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測(cè)流程,如圖4所示。按該流程檢測(cè),不但能夠達(dá)到檢測(cè)出缺陷產(chǎn)品的目的,還容易將檢測(cè)過程中出現(xiàn)的不合格現(xiàn)象原因進(jìn)行定位,便于控制產(chǎn)品質(zhì)量。
圖4 腔體電真空器件內(nèi)部多余物檢測(cè)流程
對(duì)比試驗(yàn)和長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐表明,針對(duì)腔體電真空器件內(nèi)部是否有可移動(dòng)多余物的檢測(cè)方法而言,顆粒碰撞噪聲檢測(cè)可以達(dá)到檢測(cè)目的,缺陷產(chǎn)品的檢出率很高,但須在檢驗(yàn)產(chǎn)品耐震性能的隨機(jī)振動(dòng)之前進(jìn)行。
[1]季馨.電子設(shè)備振動(dòng)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì) [M].北京:電子工業(yè)出版社,2012:33.
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