Superando el desafío de probar la tasa de fuga de EMXO
El oscilador de cristal miniatura en vacío EMXO tiene muchas ventajas, incluida su tasa de fuga, que es tan baja (1×10-12 atm·cc/s helio), que está fuera del rango del equipo destinado a medirla.
El paquete del EMXO se sella mediante soldadura en frío, lo que crea una unión metalúrgica entre las superficies metálicas sin agregar calor durante el proceso de sellado. Dicho esto, las fugas pueden ser un problema importante con los paquetes sellados herméticamente.
Las agencias espaciales gubernamentales requieren dispositivos empaquetados para satisfacer los requisitos de fugas determinados por pruebas de fugas finas.
Pero como la tasa de fugas del EXMO es más baja de lo que pueden medir los instrumentos comerciales, es imposible que un EMXO sea probado contra fugas utilizando los métodos estándar basados en helio exigidos por las especificaciones militares para los componentes electrónicos utilizados en el espacio.
Cabe señalar que, aunque la tasa de fuga de un paquete al vacío no es significativa mientras se encuentra en el espacio, es una consideración importante mientras aún se encuentra en tierra.
Los paquetes herméticos generalmente se sellan mediante soldadura por resistencia o soldadura por costura, y generalmente se rellenan con una mezcla de un gas noble y helio como trazador a una presión de aproximadamente 1 atmósfera. Esto permite la capacidad de detectar una tasa de fuga entre 1×10-10 y 1×10-9 atm·cc/s utilizando instrumentos comerciales que tienen una resolución de 1×10-8 atm·cc/s.
El bombardeo con helio es una técnica común utilizada para medir las tasas de fuga de recintos al vacío como el EMXO. Durante esta prueba, se inyecta una pequeña cantidad de helio en el paquete sellado antes de la prueba de fugas. Sin embargo, un inconveniente del proceso de bombardeo es que el helio puede difundirse y penetrar en el metal y el vidrio del paquete. Durante el proceso de detección de fugas finas, este helio puede liberarse del metal o el vidrio, lo que da como resultado una tasa de fuga pesimista. Este proceso se conoce como desorción y puede inducir una tasa de fuga aparente de 1×10-9 atm·cc/s de helio.
El horno en el EMXO se controla proporcionalmente, por lo que su consumo de energía es inversamente proporcional a la resistencia térmica del horno al recinto del oscilador. Es decir, el horno consume corriente para mantener una temperatura casi constante y, durante el funcionamiento, el calor fluye desde el horno hasta la carcasa a través de tres mecanismos de transferencia de calor: convección, conducción y radiación. La conducción y la radiación están influenciadas por los materiales y la construcción del paquete y, dado que permanecen estables de por vida, tendrán un efecto insignificante en el cambio de la corriente del horno.
Dado que la tasa de flujo de calor a través de la convección en el EMXO se ve afectada por los cambios en la presión del paquete interno, una unidad con fugas con una presión interna más alta consumirá inherentemente más corriente. Esto permite detectar niveles de fuga muy bajos utilizando instrumentos simples porque si el vacío se degrada como resultado de una fuga, incluso muy pequeña, el consumo de energía aumentará significativamente.
