Problemas con el sello de vidrio a metal en la electrónica

Prevención y detección de fallas en la superficie antes de que se conviertan en un problema

El sello de vidrio a metal es un fenómeno verdaderamente esencial en la electrónica, utilizado en la fabricación de una amplia gama de productos. Desde la bombilla de luz incandescente "anticuada" (pero aún omnipresente) hasta los tubos de vacío, los tubos de descarga eléctrica y los diodos semiconductores, hasta los interruptores de láminas en las computadoras portátiles y los teléfonos plegables, y casi cualquier paquete metálico de componentes electrónicos, sin la sello hermético de vidrio a metal, nuestras vidas tecnológicas sin duda serían muy diferentes.

En todas estas aplicaciones, garantizar que no haya fugas es fundamental para producir un sello hermético al vacío en los ensamblajes a través de los cuales se conducirá la electricidad. Sin embargo, la fuga es un riesgo real en virtud del simple hecho de que, en general, el metal se expande a un ritmo y el vidrio a otro, creando tensiones mecánicas durante el proceso de fusión utilizado para crear el sello de vidrio a metal. Cuando el metal se expande más rápido que el vidrio, el vidrio puede romperse; cuando el metal se expande más lentamente que el vidrio, pueden producirse espacios.

¿Cuáles son algunos de los problemas en un sello de vidrio a metal?

Si bien la relación entre la expansión del vidrio y el metal es solo un factor entre muchos (dependiendo de la aplicación específica), asegurarse de que la expansión de los dos materiales sea compatible es crucial para crear un sello de vidrio a metal que haga su trabajo. Sin embargo, con varios vidrios y metales que tienen diferentes coeficientes de expansión, las tensiones mecánicas (y, por lo tanto, las fugas) pueden parecer inevitables.

Dejaremos la discusión sobre la elección del vidrio y el desarrollo de vidrios patentados para usar en un sello de vidrio a metal, a los expertos en vidrio. Sin embargo, podemos decir que los diferentes vidrios varían en la forma en que fluyen, sus densidades, impurezas y otras características que pueden afectar la resistencia y la viscosidad del vidrio. Además, las irregularidades en la superficie del vidrio afectan su resistencia y crean tensiones y variaciones que pueden provocar grietas y, finalmente, fallas en el sellado del vidrio con el metal.

Del mismo modo, con cualquier metal elegido para su uso en un sello de vidrio a metal, el problema número uno es si el metal tiene una grieta debajo de la superficie o una condición en la superficie exterior que podría poner en peligro la integridad del sello. La parte complicada aquí es que una grieta puede ser obvia, O puede ser difícil de ver y no obvia en lo más mínimo. Puede haber un problema latente que aún no es una grieta, pero que se desarrollará cuando se aplique calor para formar el sello de vidrio a metal. Puede haber una pequeña imperfección puntual o una grieta longitudinal minúscula que se convertirá en una grieta completa con ciclos térmicos repetidos. Incluso una condición de acabado superficial, como líneas de matriz leves en la superficie del metal, puede provocar grietas y, en última instancia, fugas en el sello de vidrio a metal.

La buena noticia es que se pueden tomar medidas para detectar o prevenir grietas y otros problemas de acabado de la superficie del metal que se interpondrían en el camino de un sellado hermético de vidrio a metal y un producto final estable.

¿Cómo podemos detectar problemas de superficie en el metal utilizado para un sello de vidrio a metal?

La prueba de corrientes de Foucault (ECT) es un proceso complejo con muchos aspectos interesantes y una amplia gama de aplicaciones. Entre ellos, es un método eficaz y ampliamente utilizado para inspeccionar defectos superficiales en piezas metálicas, incluida la varilla redonda, la cinta plana y los tubos capilares utilizados en un sello de vidrio a metal.

ECT utiliza la inducción electromagnética para detectar y caracterizar defectos superficiales y subterráneos en materiales conductores; también se utiliza para tomar medidas de espesor y conductividad. En términos muy básicos, se utiliza una bobina para producir un campo magnético oscilante que, cuando se aplica a un material de prueba conductor, induce una corriente de Foucault. La presencia de defectos en el objeto de prueba, así como variaciones en su conductividad eléctrica y permeabilidad magnética, provoca los cambios correspondientes en la corriente de Foucault. Midiendo cambios en fase, frecuencia, amplitud, impedancia y otras características, ECT detecta defectos que incluyen picaduras, grietas y corrosión.

Existen varias técnicas de ECT, incluida la prueba de corriente de Foucault absoluta, en la que se utiliza una sonda con una sola sonda de bobina de prueba para generar la corriente de Foucault y detectar cambios en el campo actual; prueba de corriente de Foucault diferencial, que utiliza dos bobinas activas y puede ser más sensible a los defectos; e incluso combinaciones de los dos, así como otros tipos de sondeos y metodologías. (Si desea obtener más información sobre este arcano pero importante conjunto de habilidades metalúrgicas, no dude en llamar a Metal Cutting Corporation).

¿Cómo podemos prevenir los espacios que causan fugas en un sello de vidrio a metal?

También existen métodos de fabricación que se pueden aplicar a la superficie del metal utilizado en un sello de vidrio a metal, para cambiar la superficie del metal y reducir la probabilidad de espacios que podrían causar fugas. Por ejemplo, podemos usar el esmerilado sin centros para modificar el acabado de la superficie del diámetro exterior de la varilla de metal. Al cambiar la superficie de características longitudinales a características radiales que son perpendiculares a la longitud de recorrido del cable, la superficie rectificada sin centro actúa como múltiples "obstáculos" que permiten que el vidrio se adhiera y evita puntos de fuga longitudinal.

La combinación de pasos preventivos como este con un buen diseño, una ECT cuidadosa y una inspección visual de las piezas en busca de grietas y defectos en la superficie, y el socio adecuado, contribuyen en gran medida a garantizar que el sello de vidrio a metal sea hermético desde el primer día y se mantenga así. Al final, puede estar seguro de que los componentes electrónicos críticos se prueban al 100 % a lo largo de la cadena de suministro, mediante varios grabados sofisticados y pruebas de fugas con helio, que posiblemente sea la prueba definitiva para determinar si hay una fuga en un dispositivo electrónico.

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