Glas-Metall-Dicht-Herausforderungen in der Elektronik: Prävention & Detektion

Oberflächenfehler erkennen und verhindern, bevor sie zum Problem werden

Die Glas-Metall-Dichtung ist ein wahrhaft essenzielles Phänomen in der Elektronik, genutzt in der Herstellung vielfältiger Produkte. Von der „altmodischen“ (aber allgegenwärtigen) Glühlampe über Elektronenröhren, Gasentladungsröhren, Halbleiterdioden bis zu Reed-Schaltern in Laptops und Klapphandys und praktisch jedem Metallgehäuse elektronischer Komponenten – ohne hermetische Glas-Metall-Dichtung wäre unser technologisches Leben zweifellos sehr anders.

Über diese Anwendungen hinweg ist Leckfreiheit kritisch für vakuumdichte Dichtungen in Baugruppen, die Strom leiten. Doch Leckage ist ein reales Risiko, da Metall und Glas grundsätzlich unterschiedliche Ausdehnungsraten haben – was mechanische Spannungen beim Schmelzprozess zur Glas-Metall-Dichtung erzeugt. Dehnt sich Metall schneller als Glas, kann Glas reißen; dehnt es sich langsamer, entstehen Lücken.

Welche Probleme gibt es bei Glas-Metall-Dichtungen?

Während das Ausdehnungsverhältnis nur ein Faktor unter vielen ist (je nach Anwendung), ist die Kompatibilität der Ausdehnung entscheidend für eine funktionierende Glas-Metall-Dichtung. Mit verschiedenen Gläsern und Metallen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten scheinen mechanische Spannungen – und damit Leckage – unvermeidlich.

Die Wahl des Glases und Entwicklung proprietärer Gläser für Glas-Metall-Dichtungen überlassen wir den Glasexperten. Wir können jedoch sagen: Verschiedene Gläser unterscheiden sich in Fließeigenschaften, Dichten, Verunreinigungen und anderen Merkmalen, die Festigkeit und Viskosität beeinflussen. Zudem beeinflussen Oberflächenunregelmäßigkeiten des Glases dessen Festigkeit und erzeugen Spannungen und Variationen, die zu Rissen und letztlich zum Versagen der Glas-Metall-Dichtung führen können.

Ebenso ist bei jedem für Glas-Metall-Dichtung gewählten Metall das Hauptproblem, ob es einen Unterflächenriss oder Oberflächenzustand hat, der die Dichtintegrität gefährdet. Der knifflige Teil: Ein Riss kann offensichtlich sein – ODER schwer zu sehen und keineswegs offensichtlich. Es kann ein latentes Problem geben, das noch kein Riss ist, sich aber bei Wärmezufuhr zur Dichtbildung entwickelt. Ein winziger Punktfehler oder mikroskopischer Längsriss kann bei wiederholtem Thermocycling zum ausgewachsenen Riss werden. Selbst ein Oberflächenfinish-Zustand wie leichte Ziehspuren in der Metalloberfläche kann zu Rissen und letztlich Lecks in der Glas-Metall-Dichtung führen.

Die gute Nachricht: Schritte können unternommen werden, um Risse und andere Metalloberflächenprobleme zu detektieren oder zu verhindern, die einer hermetischen Glas-Metall-Dichtung und einem stabilen Endprodukt im Weg stehen.

Wie können Oberflächenprobleme im Metall für Glas-Metall-Dichtungen detektiert werden?

Wirbelstromprüfung (ECT) ist ein komplexer Prozess mit vielen interessanten Aspekten und breitem Anwendungsbereich. Darunter ist es eine weit verbreitete, effektive Methode zur Inspektion auf Oberflächenfehler in Metallteilen – einschließlich Rundstab, Flachband und Kapillarrohr, die in Glas-Metall-Dichtungen verwendet werden.

ECT nutzt elektromagnetische Induktion zur Detektion und Charakterisierung von Oberflächen- und Unterflächenfehlern in leitfähigen Materialien; auch für Dicken- und Leitfähigkeitsmessungen. Vereinfacht: Eine Spule erzeugt ein oszillierendes Magnetfeld, das auf leitfähiges Prüfobjekt angewendet einen Wirbelstrom induziert. Fehler im Prüfobjekt sowie Variationen in elektrischer Leitfähigkeit und magnetischer Permeabilität verursachen entsprechende Änderungen im Wirbelstrom. Durch Messung von Phasen-, Frequenz-, Amplituden-, Impedanzänderungen detektiert ECT Defekte wie Grübchen, Risse, Korrosion.

Es gibt diverse ECT-Techniken: absolutes Wirbelstromprüfen (einzelne Prüfspule), differentielles Wirbelstromprüfen (zwei aktive Spulen, empfindlicher für Defekte) und Kombinationen sowie andere Sonden und Methoden. (Bei Interesse an dieser arkanen, aber wichtigen metallurgischen Fertigkeit: Rufen Sie Metal Cutting Corporation an.)

Wie können Lücken verhindert werden, die Lecks in Glas-Metall-Dichtungen verursachen?

Es gibt auch Fertigungsmethoden, die auf die Metalloberfläche angewendet werden können, um diese zu verändern und die Wahrscheinlichkeit von Lücken zu reduzieren, die Leckage verursachen könnten. Beispielsweise kann Rundschleifen (Centerless Grinding) den OD-Oberflächenfinish des Metallstabs verändern. Durch Umwandlung von Längsmerkmalen in radiale Merkmale, senkrecht zur Drahtlaufrichtung, wirkt die rundgeschliffene Oberfläche alsmultiple „Hürden“, die Glas haften lassen und longitudinale Leckpfade verhindern.

Die Kombination präventiver Schritte wie dieser mit gutem Design, sorgfältiger ECT und Sichtprüfung auf Risse und Oberflächenfehler sowie dem richtigen Partner trägt weit dazu bei, dass die Glas-Metall-Dichtung am ersten Tag luftdicht ist und bleibt. Am Ende sind kritische Elektronikkomponenten 100 % entlang der Lieferkette getestet – mit verschiedenen anspruchsvollen Ätz- und Heliumlecktests, dem wohl ultimativen Test zur Leckdetektion in Elektronikgeräten.

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