Kontext

Context

Výrobce průmyslových senzorů pro náročné prostředí zjistil, že část produkce vykazuje netěsnost sklo-kovového spoje při testu hermetičnosti podle MIL-STD-883 Method 1014. Zákazník potřeboval identifikovat příčinu a zabránit dalšímu výskytu.

A manufacturer of industrial sensors for demanding environments discovered that part of the production exhibited a leak in the glass-to-metal seal during the hermeticity test according to MIL-STD-883 Method 1014. The client needed to identify the cause and prevent recurrence.

Problém

Problem

Netěsnost byla detekována u přibližně 3 % produkce, ale pouze u vývodů v jedné konkrétní pozici pouzdra. Zákazník nemohl identifikovat, zda jde o problém materiálu, technologie nebo konstrukce.

The leak was detected in approximately 3% of production, but only at leads in one specific position of the package. The client could not determine whether the issue was material, process or design related.

Přístup

Approach

Provedli jsme metalografické řezy šesti vzorky: tři z vadné pozice (netěsné) a tři z pozice bez vady (referenční). Zaměřili jsme se na rozhraní mezi kovovým vývodem, oxidickou vrstvou a sklem. Sledovali jsme tloušťku oxidické vrstvy, přítomnost trhlin a dutin, a celistvost spoje.

We performed metallographic cross-sections on six samples: three from the defective position (leaking) and three from a non-defective position (reference). We focused on the interface between the metal lead, the oxide layer and the glass. We examined the thickness of the oxide layer, the presence of cracks and voids, and the integrity of the joint.

Zjištění

Findings

• Nerovnoměrná oxidická vrstva – u vadných vzorků byla oxidická vrstva tenká (2–3 µm) a přerušovaná, zatímco u referenčních vzorků byla souvislá o tloušťce 6–8 µm.
• Mikrotrhliny v oxidické vrstvě – u vadných vzorků jsme identifikovali sérii mikrotrhlin na rozhraní kovu a skla, které vytvářely cestu pro únik plynu.
• Nestejnorodá struktura skla – v okolí vadné pozice byla ve skle patrná oblast s odlišnou hustotou, což ukazovalo na lokální teplotní nerovnováhu během procesu zalisování.

• Uneven oxide layer – in the defective samples, the oxide layer was thin (2–3 µm) and discontinuous, whereas in the reference samples it was continuous with a thickness of 6–8 µm.
• Microcracks in the oxide layer – in the defective samples, we identified a series of microcracks at the metal-glass interface, creating a path for gas leakage.
• Non-uniform glass structure – around the defective position, a region with different density was visible in the glass, indicating local thermal imbalance during the compression process.

Příčina

Root Cause

Příčinou byla nerovnoměrná teplota v peci během zalisování. Vadná pozice se nacházela v místě, kde bylo pouzdro vystaveno nižší teplotě, což vedlo k nedostatečné oxidaci kovového vývodu. Tenká oxidická vrstva nedokázala vytvořit spolehlivé spojení se sklem a při teplotním smršťování vznikly mikrotrhliny.

The cause was non-uniform furnace temperature during compression. The defective position was located where the package was exposed to a lower temperature, leading to insufficient oxidation of the metal lead. The thin oxide layer could not form a reliable bond with the glass, and microcracks formed during thermal contraction.

Doporučení

Recommendation

• Zmapovat teplotní profil pece a upravit pozici pouzder tak, aby všechna místa dosahovala jednotné teploty v toleranci ±5 °C.
• Zavést kontrolu tloušťky oxidické vrstvy na náhodných vzorcích z každé dávky (metalografický řez, 3 vzorky na dávku).
• Zvážit změnu konstrukce pece nebo přidání přídavného ohřevu v kritické zóně.
• Zdokumentovat optimální teplotní profil a tloušťku oxidické vrstvy jako referenční hodnoty pro proces.

• Map the furnace temperature profile and adjust the position of the packages so that all locations reach a uniform temperature within ±5 °C.
• Introduce inspection of oxide layer thickness on random samples from each batch (metallographic cross-section, 3 samples per batch).
• Consider modifying the furnace design or adding auxiliary heating in the critical zone.
• Document the optimal thermal profile and oxide layer thickness as reference values for the process.

Výsledek

Outcome

Po úpravě teplotního profilu klesl výskyt netěsností pod 0,1 %. Zákazník zavedl pravidelnou kontrolu oxidické vrstvy jako součást SPC a doplnil ji do interní směrnice pro výrobu hermetických pouzder.

After adjusting the thermal profile, the leak rate dropped below 0.1%. The client introduced regular oxide layer inspection as part of SPC and added it to the internal guideline for hermetic package production.