Was ist RGA-Testing?

Die Bedeutung der Dichtheitsprüfung  haben wir auf diesen Seiten bereits besprochen

Doch die Tests mit Behältern, Umgebungen und hermetischer Verpackung enden damit noch nicht.

Ein weiterer wichtiger Test ist die sogenannte RGA-Prüfung, die für Restgasanalyse steht. Dieses Verfahren ist in der Industrie weniger verbreitet, aber für einige spezifische Sektoren von entscheidender Bedeutung.

Lass es uns gemeinsam ansehen.

Wozu wird die RGA-Prüfung verwendet?

Moderne Vakuumierverfahren können bis zu 99,9 % der vorhandenen Luft eliminieren.

Und die restlichen 0,1 % ?

Das ist das Ziel von RGA-Tests.

Bei der RGA-Prüfung werden die in einem Behälter oder einer Vakuumumgebung vorhandenen Restgase analysiert, um deren Menge, Zusammensetzung und tatsächliche Gefährlichkeit zu bestimmen

Anders als oft angenommen, wird die RGA-Prüfung nicht bei in Serie gefertigten Vakuumbehältern angewendet, sondern in zwei spezifischen Sektoren: der Luft- sowie der Elektronikkomponentenindustrie.

In diesen Sektoren spielt die RGA-Prüfung eine ähnliche Rolle, jedoch mit wichtigen Unterschieden.

Im Luft- und Raumfahrtsektor wird es zur Analyse der Restgase realer Umgebungen, z. B. Vakuumkammern thermischer.

Im Bereich der Unterhaltungselektronik bezeichnet der Begriff die sogenannte Gehäusekonstruktion für mikroelektronische Bauteile: hermetische Gehäuse, die die Prozessoren und die empfindlichsten Komponenten eines elektronischen Geräts umschließen.

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So funktioniert das RGA-Testing

Wie Sie sich vorstellen können, die RGA-Prüfung je nach zu testender Umgebungunterschiedliche Formen an, obwohl die Substanz dieselbe bleibt.

Ob es sich um eine thermische Vakuumkammer oder die Verpackung mikroelektronischer Bauteile handelt, der Test besteht aus zwei Phasen.

Zunächst wird eine Sonde in die Vakuumumgebung eingeführt, die das Gas entnimmt.

Anschließend wird dieses Gas mit speziellen Laborinstrumenten, wie beispielsweise einem Massenspektrometer, analysiert, das in der Lage ist, die verschiedenen Arten der extrahierten Gase zu trennen und somit sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Analyse durchzuführen.

Die internationalen Normen , die die verschiedenen Arten von RGA-Tests betreffen, sind MIL-STD-883, ASTM E595 und JESD22.

RGA-Prüfung und Klimakammern

Was haben Klimakammern und Klimatests im Allgemeinen mit der Abgasanalyse zu tun?

Wie wir in verschiedenen Fällen bereits erläutert haben, spielen Klimakammern in einigen spezifischen Fällen eine unterstützende Rolle

Diese Fälle betreffen fast ausschließlich Tests an kleinen Proben, wie beispielsweise den bereits erwähnten Mikroelektronik-Gehäusen. Um Tests an bestimmten Gasen durchzuführen, muss die zu analysierende Probe zunächst thermisch konditioniert werden. Gase verhalten sich bekanntlich bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich, und einige Verfahren erfordern beispielsweise eine Konditionierung der Probe bei 100 °C, um eine korrekte Analyse der darin enthaltenen Gase zu gewährleisten.

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Darüber hinaus können unsere Klimakammern entsprechend den spezifischen Bedürfnissen jedes Kunden angepasst werden

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Referenzstandards

• MIL-STD-883 Methode 1018 – Interne Gasanalyse. Militärstandard für die interne Gasanalyse in hermetisch verschlossenen mikroelektronischen Gehäusen; typischer Grenzwert H₂O ≤ 5.000 ppm.
• MIL-STD-750 Methode 1018 — Äquivalent zu Methode 1018 für diskrete Halbleiterbauelemente.
• ASTM E996 — Standardverfahren für die Berichterstattung von Daten in der Auger-Elektronen-Spektroskopie und der Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie (Referenz für verwandte Oberflächencharakterisierung).
• ASTM F1982 — Standard Test Methods for Analyzing the Interior Atmospheres of Hermetical Sealed Microelectronic Packages.
• ISO 3530 — Vakuumtechnik – Kalibrierung eines massenspektrometerartigen Lecksuchgeräts.
• ECSS-Q-ST-70-04C — ESA Space Produktsicherung – Thermische Prüfung zur Bewertung elektronischer Bauteile.
• JEDEC JESD202 — Verfahren zur Charakterisierung von Restgasen in hermetischen Verpackungen.

Autoritative Quellen

• DLA – Defense Logistics Agency (MIL-STD-Datenbank). Behörde, die die von der AEC und der Raumfahrtbehörde referenzierten MIL-STD-883/750-Standards veröffentlicht.
• JEDEC Solid State Technology Association. Veröffentlicht JESD202 und verwandte Standards für mikroelektronische Testpakete.
• ASTM International. ASTM F1982 Methoden zur Analyse der inneren Atmosphäre hermetischer Verpackungen.
• ESA – Europäische Weltraumorganisation. Veröffentlicht ECSS für die Qualifizierung von elektronischen Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt gemäß RGA-Anforderungen.

Häufig gestellte Fragen zur RGA-Prüfung

Was ist eine Restgasanalyse und wann ist sie vorgeschrieben?

Die Restgasanalyse (RGA) misst die Zusammensetzung der Gase in hermetisch verschlossenen Hohlräumen von Elektronik-, Hybrid-, MEMS- und optischen Bauteilen. Das Standardverfahren MIL-STD-883, Methode 1018, beinhaltet das Durchstechen des Gehäuses in einer Vakuumkammer (< 10⁻⁵ Pa), die mit einem Quadrupol-Massenspektrometer (Messbereich 1–100 amu) gekoppelt ist. Anschließend erfolgt eine Verdampfungsanalyse zur Quantifizierung von H₂O, O₂, N₂, Ar, CO, CO₂, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff. Die RGA ist obligatorisch für die Qualifizierung von Bauteilen der MIL/Luft- und Raumfahrtklasse H/K sowie der Automobilklasse 0/1 gemäß AEC-Q100/Q101. Der strengste Grenzwert liegt bei H₂O ≤ 5.000 ppm (0,5 %). Oberhalb dieses Wertes kommt es bei Temperaturen unter 0 °C zu Kondensation im Inneren, Korrosion und Kurzschlüssen.

Wie unterscheidet man Schweißgas von Verunreinigungen?

Die typische Dichtungsatmosphäre besteht aus N₂ (>99 %) oder N₂/He-Gemischen, um nachfolgende Feinleckprüfungen zu ermöglichen. Ein O₂-Gehalt von über 1000 ppm deutet auf verunreinigtes Füllmaterial oder unvollständige Abdichtung hin; Restliches Argon stammt aus der Inertgasatmosphäre beim Laser-/Parallelspaltnahtschweißen. Kohlenwasserstoffe (_CₙHₘWasserstoff_Vorheizen, Masse 40–100 amu) (H₂) entsteht durch Elektrolyse/Korrosion oder bei der Verarbeitung von Nickelplattierungen; Kohlenmonoxid (CO)/Kohlendioxid (CO₂) entsteht durch thermische Zersetzung von Polymeren. Ein Abdichten bei 125–150 °C für 8–24 Stunden unter Vakuum reduziert die Ausgasung organischer Materialien. Eine Abweichung von den Spezifikationen erfordert eine Ursachenanalyse (FA) mit Verformung der verdächtigen Bauteile.

Welche Empfindlichkeit und Unsicherheit erreicht ein Quadrupol-RGA?

RGA-Quadrupol-Massenspektrometer arbeiten bei einem Basisdruck < 10⁻⁷ Pa und einer typischen Empfindlichkeit von 10⁻¹⁴ Torr·L partiell (entspricht 10–100 ppm in 10–100 μL freiem Volumen). Die Einheitsauflösung über den gesamten Bereich von 1–100 amu ermöglicht die problemlose Trennung von H₂O (18) von N₂ (28) und CO (28, erfordert Crackmusteranalyse). Die Quantifizierungsunsicherheit für H₂O beträgt typischerweise ± 500 ppm oder ± 15 % des Wertes (je nachdem, welcher Wert größer ist) gemäß MIL-STD-883 Methode 1018. Die Kalibrierung erfolgt mit Standardpaketen mit bekannten injizierten Mengen (NIST-rückführbar) oder kalibrierter H₂O-Permeation. Die Punktionstemperatur und die Desorptionstransiente sind kritisch: empfohlener Gradient 100 °C, Messzeit 30–120 s.

Welche Mindestvolumina sind bei der RGA zulässig und wie ist mit Kavitäten < 0,1 cm³ umzugehen?

MIL-STD-883 Methode 1018 legt ein Mindestvolumen von 0,1 cm³ (100 μL) für den Hohlraum , um ein Signal oberhalb des Vakuumsystems zu erhalten. TO-, LCC- und PGA-Gehäuse lassen sich problemlos zurückziehen; MEMS und Mikrooptiken weisen häufig Hohlraumvolumina von 1–50 μL auf, die unterhalb der Schwelle liegen. Für Kleinserien werden alternative Verfahren eingesetzt: Laserablation-gekoppelte Massenspektrometrie (mit einem 1064-nm-Nd:YAG-Laser), ein optischer Feuchtigkeitssensor basierend auf einem internen miniaturisierten FTIR-Spektrometer (vorinstalliert während der Montage) oder ein als Begleitchip integrierter CMOS-Taupunktsensor . Bei Hohlraumvolumina < 0,01 cm³ werden die Daten als qualitativ betrachtet. Bedingung B (5.000 ppm H₂O) wird auch für Kleinserien durch statistische Prozesskontrolle an repräsentativen Chargen sichergestellt.