CN112197912A - 一种检漏装置及检漏方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种检漏装置及检漏方法，包括充气区、待测工位区及测试区，充气区用于对待测工位区进行充放气；待测工位区包括测试容器及对其抽真空的第一真空泵；测试区包括质谱室、分子泵组、吸气剂泵、四极质谱计、液氮冷肼、第二真空泵、动态检漏标准漏孔及累积检漏标准漏孔；测试容器通过阀组件与质谱室连通，四极质谱计与质谱室连接，液氮冷肼与质谱室连接，分子泵组、吸气剂泵、动态检漏标准漏孔及累积检漏标准漏孔分别通过阀组件与质谱室连通。本申请的有益效果是：单独使用分子泵组可实现对待测元器件的真空动态检漏法检漏；配合使用吸气剂泵、分子泵和液氮冷肼可实现对待测元器件的真空累积检漏法检漏。

Description

一种检漏装置及检漏方法
技术领域
本发明涉及微电子元器件密封性测试技术领域，具体涉及一种检漏装置及检漏方法。
背景技术
随着武器系统的复杂度越来越高，军用微电子元器件已经成为了影响弹、箭、星等诸多武器装备质量的重要因素。大部分合格的微电子元器件仍然要求采用气密式封装，测量气密式封装的元器件漏率成为筛选中的关键环节。微电子元器件密封性能超标会导致长期存储后密封器件内部水蒸气含量超标，引起元器件失效。例如元器件温度降低至内部水汽露点以下时，凝露和结霜会引起触点的接触不良、半导体漏电流急剧增加和反向击穿电压下降等现象。据统计微电子元器件失效中约有60％是由于密封性能不满足要求，元器件内部含水量过高引起的。
随着微电子技术的不断发展，元器件尺寸越来越小，且要求对元器件的存储时间加长、运行寿命加长、可靠性提高，导致微电子元器件的密封性能指标不断攀升，漏率指标最高要求已达到1×10-14Pa〃m3/s量级，传统的氦质谱检漏技术已经不能满足如此高的密封性检测需求，因此基于氦质谱真空累积检漏方法的超灵敏度检漏技术及设备成为微电子元器件生产的必要条件。设备系统本底的数值大小极大地影响检漏灵敏度和可靠性，如何有效降低系统本底测试噪声也成为设备研制成功的关键所在。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种检漏装置及检漏方法。
第一方面，本申请提供一种检漏装置，包括充气区、待测工位区及测试区，所述充气区用于对待测工位区进行充放气；所述待测工位区包括测试容器及第一真空泵，所述测试容器至少设置一个，所述第一真空泵与测试容器连接用于对测试容器进行抽真空；所述测试区包括质谱室、分子泵组、吸气剂泵、四极质谱计、液氮冷肼、第二真空泵、动态检漏标准漏孔及累积检漏标准漏孔；所述测试容器通过阀组件与质谱室连通，所述四极质谱计与质谱室连接，液氮冷肼与质谱室连接，所述分子泵组、吸气剂泵、动态检漏标准漏孔及累积检漏标准漏孔分别通过阀组件与质谱室连通，所述第二真空泵通过阀组件与分子泵组连通。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述液氮冷肼设置为圆筒状，一侧端口设置刀口法兰，通过所述刀口法兰与质谱室连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述待测工位区还包括工件连接口，所述工件连接口的一端与测试容器连接，另一端与待测元器件连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述液氮冷肼包括底板、第一筒体段及第二筒体段，所述第一筒体段的壁厚大于第二筒体段的壁厚，所述第二筒体段与所述刀口法兰连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述测试容器包括上盖、中筒及下底，所述中筒的两端分别通过刀口卡钳与所述上盖及下底连接；所述上盖及下底分别设有连接法兰，所述工件连接口通过连接法兰与测试容器连接。
根据本申请实施例提供的技术方案，待测元器件可通过工件连接口连接在测试容器的上盖上进行正压检漏；待测元器件可通过工件连接口连接在测试容器的下底上进行负压检漏；待测元器件可放置在测试容器内进行背压检漏。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述分子泵组包括主分子泵及辅分子泵，所述主分子泵与质谱室连接，辅分子泵连接在主分子泵与第二真空泵之间。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述测试区还包括离子泵，所述离子泵通过阀组件与质谱室连通，所述离子泵用于系统停机时保持质谱室内高真空环境。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述充气区包括气源以及与气源连接的充气设备，所述充气设备的输出端连接至测试容器内。
第二方面，本申请提供一种检漏方法，当对漏率大于1×10-12Pa〃m3/s的待测元器件测试时，采用真空动态检漏法；当对漏率小于1×10-12Pa〃m3/s的待测元器件测试时，采用真空累积检漏法；
所述真空动态检漏法，包括以下步骤：
通过第二真空泵及分子泵组将质谱室抽真空至10-5Pa量级的真空度后将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值I0；
将动态检漏标准漏孔与质谱室接通，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值I1，将动态检漏标准漏孔与质谱室断开；
将分子泵组与质谱室接通，当质谱室内真空度达到10-5Pa量级并稳定后将分子泵组与质谱室断开，测试示漏气体的系统本底反应电流值I0'；
将测试容器与质谱室接通，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值I1'；
通过公式
Figure BDA0002717505380000031
计算得到待测元器件的漏率数值，其中Q0为动态检漏标准漏孔的漏率值；
所述真空累积检漏法，包括以下步骤：
通过第二真空泵及分子泵组将质谱室抽真空至10-6Pa量级的真空度，液氮冷肼内注满液氮，将吸气剂泵与质谱室接通；
将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值i0，累积时间t后，计算反应电流值i0增长的斜率K0或积分面积S0，将分子泵组与质谱室接通；
将累积检漏标准漏孔与质谱室接通，当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值i1，累积时间t后，计算反应电流值i1增长的斜率K1或积分面积S1，将分子泵组与质谱室接通，将累积检漏标准漏孔与质谱室断开；
当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值i0'，累积时间t后，计算反应电流值i0'增长的斜率K0'或积分面积S0'，将分子泵组与质谱室接通；
将测试容器与质谱室接通，当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值i1'，累积时间t后，计算反应电流i1'增长的斜率K1'或积分面积S1'，将将分子泵组与质谱室接通；
通过公式
Figure BDA0002717505380000041
或
Figure BDA0002717505380000042
计算得到待测元器件的漏率数值，其中Q0为累积检漏标准漏孔的漏率值。
本发明的有益效果：本申请提供一种检漏装置及检漏方法，具有以下优点：
1、通过泵组的不同组合可以实现不同的工作方式：单独使用分子泵组可实现对待测元器件的真空动态检漏法检漏；配合使用吸气剂泵、分子泵和液氮冷肼可实现对待测元器件的真空累积检漏法检漏；
2、真空累积检漏法进行超微漏率检漏时，采用液氮冷肼降低质谱室内温度，提高质谱室内极限真空度，去除高真空环境下的残余气体，降低了示漏气体本底噪声，因此有效提高检漏灵敏度。
附图说明
图1为本申请第一种实施例的原理框架示意图；
图2为本申请第二种实施例的流程图；
图中所述文字标注表示为：100、充气区；200、待测工位区；210、测试容器；220、第一真空泵；300、测试区；310、质谱室；320、分子泵组；330、吸气剂泵；340、四极质谱计；350、液氮冷肼；360、第二真空泵；370、动态检漏标准漏孔；380、累积检漏标准漏孔。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
如图1所示为本申请的第一种实施例的示意图，包括充气区100、待测工位区200及测试区300，所述充气区100用于对待测工位区200进行充放气；所述待测工位区200包括测试容器210及第一真空泵220，所述测试容器210至少设置一个，所述第一真空泵220与测试容器210连接用于对测试容器210进行抽真空；所述测试区300包括质谱室310、分子泵组320、吸气剂泵330、四极质谱计340、液氮冷肼350、第二真空泵360、动态检漏标准漏孔370及累积检漏标准漏孔380；所述测试容器210通过阀组件与质谱室310连通，所述四极质谱计340与质谱室310连接，液氮冷肼350与质谱室310连接，所述分子泵组320、吸气剂泵330、动态检漏标准漏孔370及累积检漏标准漏孔380分别通过阀组件与质谱室310连通，所述第二真空泵360通过阀组件与分子泵组320连通。
在一优选实施方式中，所述液氮冷肼350设置为圆筒状、不锈钢材质，一侧端口设置刀口法兰，通过所述刀口法兰与质谱室310连接。优选地，所述液氮冷肼350包括底板、第一筒体段及第二筒体段，所述第一筒体段的壁厚大于第二筒体段的壁厚，所述第二筒体段与所述刀口法兰连接。也即液氮冷肼350中与刀口法兰连接处的筒壁设置为薄壁结构，以降低液氮冷肼350外部到液氮冷肼350内部的导热率。本优选实施方式中，底板的厚度为4mm，第一筒体段壁厚1.5mm，第二筒体段壁厚0.5mm，第二筒体段轴向长度为30mm。本优选实施方式中，液氮冷肼350可容纳115ml液氮，达到一半消耗量的情况下，可持续工作不少于3小时。
本实施例中，液氮冷肼350上设有开口和排气管，开口上配套设有塞子，对待测元器件采用真空累积法检漏时，首先向液氮冷肼350内注满液氮对质谱室310进行预冷，待液氮冷肼350中的液氮挥发完毕，质谱室310内温度降低后，再往液氮冷肼350内注满液氮，盖上塞子，液氮冷肼350持续维持足够低的温度，使液氮冷肼350内部表面吸附质谱室310内超高真空环境下的残余气体，从而减少残余气体对四极质谱计340的测试干扰，极大降低了质谱室310内的气体本底数值，提高了真空累积检漏法的检漏灵敏度。
在一优选实施例中，所述待测工位区200还包括工件连接口，所述工件连接口的一端与测试容器210连接，另一端与待测元器件连接。
在一优选实施方式中，所述测试容器210包括上盖、中筒及下底，所述中筒的两端分别通过刀口卡钳与所述上盖及下底连接；所述上盖及下底分别设有连接法兰，所述工件连接口通过连接法兰与测试容器210连接。
本优选实施例中，待测元器件可通过工件连接口连接在测试容器210的上盖的连接法兰上，通过充气区100对待测元器件的内部进行充气，第一真空泵220对测试容器210内部抽真空，由测试区300完成待测元器件的漏率测试工作，实现正压检漏模式；
待测元器件可通过工件连接口连接在测试容器210的下底的连接法兰上，第一真空泵220对待测元器件内部抽真空，充气区100向测试容器210内充入检漏压力竖直的示漏气体，由测试区300完成待测元器件的漏率测试工作，实现负压检漏模式；
待测元器件放置在测试容器210内第一真空泵220对测试容器210内部抽真空，充气区100向测试容器210内充入一个大气压的示漏气体，放置一段时间后，抽空测试容器210，由测试区300完成待测元器件的漏率测试工作，实现背压检漏模式。
根据本申请实施例提供的技术方案，所述分子泵组320包括主分子泵及辅分子泵，所述主分子泵与质谱室310连接，辅分子泵连接在主分子泵与第二真空泵360之间。
在一优选实施方式中，所述测试区300还包括离子泵，所述离子泵通过阀组件与质谱室310连通，所述离子泵用于系统停机时保持质谱室310内高真空环境。
在一优选实施方式中，所述充气区100包括气源以及与气源连接的充气设备，所述充气设备的输出端连接至测试容器210内。
如图2所示为本申请的第二种实施例，本实施例是利用第一种实施例的装置进行检漏的方法：
S1、判断待测元器件的漏率是否大于1×10-12Pa〃m3/s；
是，执行S2-S6步骤即采用真空动态检漏法；否，执行S7-S12步骤即真空累积检漏法；
真空动态检漏法包括以下步骤：
S2、通过第二真空泵及分子泵组将质谱室抽真空至10-5Pa量级的真空度后将分子泵组与质谱室断开，即断开阀组件中的第一阀门V1，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值I0；
S3、将动态检漏标准漏孔与质谱室接通，即接通阀组件中的第五阀门V5，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值I1，将动态检漏标准漏孔与质谱室断开，及断开第五阀门V5；
S4、将分子泵组与质谱室接通，即接通第一阀门V1，当质谱室内真空度达到10-5Pa量级并稳定后将分子泵组与质谱室断开即断开第一阀门V1，测试示漏气体的系统本底反应电流值I0'；
S5、将测试容器与质谱室接通，即接通测试容器的底部阀门V10，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值I1'；
S6、通过公式
Figure BDA0002717505380000071
计算得到待测元器件的漏率数值，其中Q0为动态检漏标准漏孔的漏率值。
本实施例中本底参数是指系统未加载负载时，系统本身残存的参数。
所述真空累积检漏法，包括以下步骤：
S7、通过第二真空泵及分子泵组将质谱室抽真空至10-6Pa量级的真空度，液氮冷肼内注满液氮，将吸气剂泵与质谱室接通即接通第二阀门V2；本实施例中利用吸气剂泵对氦气无抽速，对其他残余气体高抽速的特性，使得吸气剂泵作为真空累积检漏法的累积泵；
S8、将分子泵组与质谱室断开，即断开第一阀门V1，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值i0，累积时间t后，计算反应电流值i0增长的斜率K0或积分面积S0，将分子泵组与质谱室接通即接通第一阀门V1；
S9、将累积检漏标准漏孔与质谱室接通，即接通第四阀门V4及第九阀门V9，当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开即断开第一阀门V1，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值i1，累积时间t后，计算反应电流值i1增长的斜率K1或积分面积S1，将分子泵组与质谱室接通即接通第一阀门V1，将累积检漏标准漏孔与质谱室断开即断开第四阀门V4及第九阀门V9；
S10、当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开即断开第一阀门V1，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值i0'，累积时间t后，计算反应电流值i0'增长的斜率K0'或积分面积S0'，将分子泵组与质谱室接通即接通第一阀门V1；
S11、将测试容器与质谱室接通，当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开即断开第一阀门V1，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值i1'，累积时间t后，计算反应电流i1'增长的斜率K1'或积分面积S1'，将将分子泵组与质谱室接通即接通第一阀门V1；
S12、通过公式
Figure BDA0002717505380000081
或
Figure BDA0002717505380000082
计算得到待测元器件的漏率数值，其中Q0为累积检漏标准漏孔的漏率值。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将申请的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种检漏装置，其特征在于，包括充气区、待测工位区及测试区，所述充气区用于对待测工位区进行充放气；
所述待测工位区包括测试容器及第一真空泵，所述测试容器至少设置一个，所述第一真空泵与测试容器连接用于对测试容器进行抽真空；
所述测试区包括质谱室、分子泵组、吸气剂泵、四极质谱计、液氮冷肼、第二真空泵、动态检漏标准漏孔及累积检漏标准漏孔；所述测试容器通过阀组件与质谱室连通，所述四极质谱计与质谱室连接，液氮冷肼与质谱室连接，所述分子泵组、吸气剂泵、动态检漏标准漏孔及累积检漏标准漏孔分别通过阀组件与质谱室连通，所述第二真空泵通过阀组件与分子泵组连通。
2.根据权利要求1所述的检漏装置，其特征在于，所述液氮冷肼设置为圆筒状，一侧端口设置刀口法兰，通过所述刀口法兰与质谱室连接。
3.根据权利要求1所述的检漏装置，其特征在于，所述待测工位区还包括工件连接口，所述工件连接口的一端与测试容器连接，另一端与待测元器件连接。
4.根据权利要求2所述的检漏装置，其特征在于，所述液氮冷肼包括底板、第一筒体段及第二筒体段，所述第一筒体段的壁厚大于第二筒体段的壁厚，所述第二筒体段与所述刀口法兰连接。
5.根据权利要求3所述的检漏装置，其特征在于，所述测试容器包括上盖、中筒及下底，所述中筒的两端分别通过刀口卡钳与所述上盖及下底连接；所述上盖及下底分别设有连接法兰，所述工件连接口通过连接法兰与测试容器连接。
6.根据权利要求5所述的检漏装置，其特征在于，待测元器件可通过工件连接口连接在测试容器的上盖上进行正压检漏；待测元器件可通过工件连接口连接在测试容器的下底上进行负压检漏；待测元器件可放置在测试容器内进行背压检漏。
7.根据权利要求1所述的检漏装置，其特征在于，所述分子泵组包括主分子泵及辅分子泵，所述主分子泵与质谱室连接，辅分子泵连接在主分子泵与第二真空泵之间。
8.根据权利要求1所述的检漏装置，其特征在于，所述测试区还包括离子泵，所述离子泵通过阀组件与质谱室连通，所述离子泵用于系统停机时保持质谱室内高真空环境。
9.根据权利要求1所述的检漏装置，其特征在于，所述充气区包括气源以及与气源连接的充气设备，所述充气设备的输出端连接至测试容器内。
10.一种应用如权利要求1-8中任意一项所述的检漏装置的检漏方法，其特征在于，当对漏率大于1×10-12Pa·m3/s的待测元器件测试时，采用真空动态检漏法；当对漏率小于1×10-12Pa·m3/s的待测元器件测试时，采用真空累积检漏法；
所述真空动态检漏法，包括以下步骤：
通过第二真空泵及分子泵组将质谱室抽真空至10-5Pa量级的真空度后将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值I0；
将动态检漏标准漏孔与质谱室接通，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值I1，将动态检漏标准漏孔与质谱室断开；
将分子泵组与质谱室接通，当质谱室内真空度达到10-5Pa量级并稳定后将分子泵组与质谱室断开，测试示漏气体的系统本底反应电流值I0'；
将测试容器与质谱室接通，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值I1'；
通过公式
Figure FDA0002717505370000031
计算得到待测元器件的漏率数值，其中Q0为动态检漏标准漏孔的漏率值；
所述真空累积检漏法，包括以下步骤：
通过第二真空泵及分子泵组将质谱室抽真空至10-6Pa量级的真空度，液氮冷肼内注满液氮，将吸气剂泵与质谱室接通；
将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值i0，累积时间t后，计算反应电流值i0增长的斜率K0或积分面积S0，将分子泵组与质谱室接通；
将累积检漏标准漏孔与质谱室接通，当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值i1，累积时间t后，计算反应电流值i1增长的斜率K1或积分面积S1，将分子泵组与质谱室接通，将累积检漏标准漏孔与质谱室断开；
当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体的系统本底反应电流值i0'，累积时间t后，计算反应电流值i0'增长的斜率K0'或积分面积S0'，将分子泵组与质谱室接通；
将测试容器与质谱室接通，当质谱室内真空度达到10-6Pa量级并稳定后，将分子泵组与质谱室断开，通过四极质谱计测试质谱室内示漏气体反应电流值i1'，累积时间t后，计算反应电流i1'增长的斜率K1'或积分面积S1'，将将分子泵组与质谱室接通；
通过公式
Figure FDA0002717505370000032
或
Figure FDA0002717505370000033
计算得到待测元器件的漏率数值，其中Q0为累积检漏标准漏孔的漏率值。
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