上周有人在后台留言，让我谈谈气密封装内内残余气体成分分析(Residual Gas Analysis，简称RGA)。说实话，最近几年我都在做非密封装产品，对于气密封装方面的知识，还是我刚参加工作做16通道WDM-PON OLT产品积累的。当时也只是大致看过封焊、压氦、氟油/质谱仪检漏等工艺流程，对气密封装工艺了解也不深入，更别谈气体成分分析了。
所以接下来的内容，多总结自《电子封装的密封性》，今天先谈水汽，后面聊其他气体。
——水汽危害——
大量的实践表明，水汽是引起封装失效的必要条件之一。根据水汽的物理形态不同，其对封装的危害方式也不同。
注：必要条件的意思是，单独水汽不足以引起腐蚀和失效，封装中还应该存在腐蚀性离子。水汽作为腐蚀性离子 (主要包含 氯离子、氟离子、硝酸根、硫酸根、磷酸根等阴离子离子 以及 钠、钾等阳离子) 的载体和运输通道，是其引起封装失效的根本原因。
——水气含量上限——
控制气密封装中的水气含量，是保证封装可靠性的关键。水气含量要控制在什么水平呢？早期的可靠性研究认为，水气含量在500ppmv (ppmv为百万分之一体积分数) 以内是最稳妥的。但这一含量实在太低了，想精确测定都比较困难，对于实际工程应用非常不便。后来科学家基于下面三个因素，将 容积为 0.01 cc至 0.85 cc的气密封装内的水气含量上限定在5000ppmv （对于水汽敏感器件或宇航级器件应加严到2000ppmv 以下)
- 5000ppmv的水气含量，对应露点为-2℃。从水的相图可知，水要么保持气态，要么由气态直接变成霜(冰)，而 永远不会凝结成液态，因此不会对的腐蚀性离子提供运输通道。
2. 水作为与腐蚀性离子的运输通道，至少需要三层水分子。如果封装表面吸附的水分子不超过三层，则不会发生化学腐蚀。三层水分子对应多少含量的水汽呢？对于大部分封装，5000ppmv是合适的。（计算思路见附录，仅粗略计算，让大家知道5000ppmv到底是多少层水分子）
3. 5000ppmv的水汽含量容易测定，测定精度较好
封装中的水汽主要来自三个方面：
1. 气密封装工艺控制不当，导致封装时就引入过多的水汽
气密封装腔体气氛为纯氮气或者氮-氦混合气体(氦含量占比10~20%，预充氦气优点是可以快速检漏，而且检漏灵敏度高，缺点是氦气很贵)，其水含量可达50ppmv以内；
气密封装前，待封装物料都要放置在真空中烘箱中烘烤，以除去表面吸附的水汽，真空除水汽后，待封物料直接转入封装室，进行密封，整个过程不与外界气氛接触。如果工艺控制得当，可以保证密闭封装后的初始水汽含量在100ppmv以内。但如果氮气纯度不够，或者除气不充分，就会显著增加初始封装中的水汽含量。
2. 封装材料挥发出来的
3. 从外界渗入的水汽
空气成分如下所示：
水汽以外的其它气体相对含量较为固定。水汽的含量随着温度和相对湿度不同而不同，但远远大于封装内部5000ppmv的标准。所以水汽会沿着漏孔向封装内部渗透。
对腔体内的气体成分进行分析，如果同时发现氧气含量≥0.7%，且氧气与氩气比例在22.3附近，则说明封装内部过高的水汽可能来自空气中的水汽的渗入。（对于同样尺寸的漏孔，氧气和氩气的漏率是差不多的，所以其泄露到腔体内的比例是固定的=20.95/0.94=22.3，这一比例可以作为是否有泄露的判据）
——如何控制封装内的水汽——
清理存量：实践中，某些产品中加入了吸湿剂/吸湿涂层。
—附：三层水分子对应的水汽含量的计算—
计算思路一：
我们可以根据三层水分子的厚度、腔体内的表面积来计算水的体积分数。
其中V是封装的体积(立方厘米)，αV是封装腔体内的表面积(平方厘米)，α是表面积/体积比，d是三层水分子的厚度d=1.2x10-7cm，ρ是水的密度(克每立方厘米)，1244是标准状况下1g水的体积(单位是立方厘米)。
作图如下，水气含量容许上限只与封装内腔的表面积/体积比有关，5000ppmv对应的表面积/体积比为~34/cm，大于这个值时，封装内可以容许更多的水汽含量；小于这个值时，封装内可容许的水汽含量比5000ppmv低。但这并不意味着我们要随着 表面积/体积比来更改水汽含量判定标准，5000ppmv仍然是合适的。
计算思路二：
如下图所示， 假设封装腔体的长=宽=2倍高，根据腔体内的表面积可以计算吸附的水汽体积，然后除以腔体体积，就得到水汽含量。计算结果如下图所示， 对于封装体积为7立方毫米的腔体， 5000ppmv的水汽含量正好足够在腔内形成三层水分子。 另外还可以看到，封装体积越大，形成三层水分子所需的水汽体积分数越低。
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