芯片封装里没有绝对的气密性封装

学术   2024-11-12 18:03   北京  


文章来源:学习那些事

原文作者:新手求学


渗透作用使得芯片封装中没有绝对的气密性封装,那么什么是渗透作用?金属封装又是如何发生渗透的呢?


渗透:气体从密度大的一侧向密度小的一侧渗入、扩散、通过、和逸出固体阻挡层的过程。这种情况下气体的稳态流率称为渗透率。

渗透的全过程:吸附→气体分子离解(对于金属壳体材料)→在表层达到平衡溶解度→向内侧扩散→在管壳内壁表面上,离解的气体原子重新结合为分子态→脱附和释出。  

  • 吸附:气体分子在高压侧吸附在固体表面上;
  • 离解:吸附的气体分子在固体表面上离解为原子态;
  • 溶解:气体在固体表层达到与环境气压相对应的溶解浓度;
  • 扩散:由于表层浓度比较高,在浓度梯度的作用下气体分子(或原子)向固体深部扩散,直到浓度均匀为止;
  • 脱附:溶质气体扩散到器壁的另一面重新结合成分子后释放。

塑料封装:结构疏松,微观孔隙大于各种常见气体分子的直径,气体分子向内扩散。


金属封装:由于腔体两侧的气体总是存在压力差,即使固体壁面材料上存在的微孔小到足以阻止正常气体通过,但任何固体材料总是或多或少地渗透一些气体。


那么金属封装是如何发生渗透的呢?

关于渗透的气体:
  • 一般只有能溶解于金属的气体才能发生渗透,因此惰性气体一般不能渗入金属,而H2和O2则可以。
  • 在所有气体中,H2对金属的渗透率最高,因为对大多数金属来说,O2的渗透系数比H2小。

H2对金属的渗透率:
  • 在常温下,H2对某些金属(如铁、镍、碳钢等)具有较高的渗透率。
  • 氢气对钢的渗透率随含碳量的增加而增加。
  • H2对奥氏体不锈钢的常温渗透系数较小,对Pt、Mo、Al、Cu的渗透系数则更低。


降低H2的渗透性:
  • 对钢和铝表面进行氧化处理后,可以降低H2的渗透性。

金属的气体选择性:
  • 有些金属对气体的渗透具有选择性,如H2容易渗透过钯,而O2对银的渗透率很大。

封装腔体的放气过程:
  • 封装腔体的材料内溶解的气体和表面吸附的气体会因扩散、解溶、解吸脱附而放气。
  • 进行烘烤可以去除表面氧化膜中的水汽和吸附的气体。

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编辑:三月

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