DD243986A1

DD243986A1 - ARRANGEMENT FOR GROOVE LEAK DETECTION OF NON-ILLUMINATED COMPONENTS

Info

Publication number: DD243986A1
Application number: DD28388385A
Authority: DD
Inventors: Andreas Scherf; Gerhard Jehne
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1985-12-04
Publication date: 1987-03-18

Abstract

Die Anordnung zur Groblecksuche an lichtundurchlaessigen Bauteilen dient der Dichtheitspruefung dieser Bauteile. Die Bestimmung der Leckrate erfolgt dabei integral ueber die Gesamtflaeche ohne Angabe des Ortes der Undichtheit. Ziel ist es, bei vorwiegend kleinen Prueflingen auf einfache, eine Massenpruefung erlaubende Art und frei von subjektiven Einfluessen des Vorhandenseins von Groblecks nachzuweisen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, die ohne die Erzeugung eines Vakuums als Pruefmedium den Nachweis von Groblecks ermoeglicht. Dazu wird Licht als Pruefmedium verwendet, mit dem das zu pruefende Bauteil bestrahlt wird. Das dabei durch das Bauteil hindurchtretende Licht wird in einer Ulbrichtschen Kugel mit Hilfe eines Sekundaer-Elektronen-Vervielfachers als Gesamtlichtstrom erfasst und stellt bei entsprechender Kalibrierung ein Mass fuer das Vorhandensein von Groblecks dar.The arrangement for Groblecksuche on lichtundurchlaessigen components serves the Dichtheitspruefung of these components. The determination of the leak rate is carried out integrally over the Gesamtflaeche without specifying the location of the leak. The aim is to prove in a predominantly small test in a simple, permissive type and free of subjective influence of the presence of large leaks. The object of the invention is to provide an arrangement that allows the detection of large leaks without the generation of a vacuum as a test medium. For this purpose, light is used as a test medium, with which the component to be tested is irradiated. The thereby passing through the component light is detected in a Ulbricht sphere with the help of a secondary electron multiplier as the total luminous flux and, with appropriate calibration is a measure of the presence of large blobs.

Description

Field of application of the invention

Die Anordnung ist zur Dichtheitsprüfung von lichtundurchlässigen Bauteilen, Bauelementen, Halbzeugen_fwie z. B. mikroelektronische Bauelemente für die kleine geometrische Außenabmessungen charakteristisch sind und für deren Prüfung die herkömmlichen Methoden zu aufwendig sind, vorgesehenThe arrangement is for leak testing of opaque components, components, semi-finished _f such. B. microelectronic components are characteristic of the small geometrical external dimensions and for the examination of the conventional methods are too expensive provided

Die Bestimmung der Leckrate erfolgt dabei integral über die Gesamtfläche ohne Angabe des Ortes der Undichtheit. The determination of the leak rate is carried out integrally over the total area without specifying the location of the leak.

Characteristic of the known technical solutions

In der allgemeinen vakuumtechnischen Dichtheitsprüfung wird auf Grund der Größe des zu erfassenden Leckratebereichs und der unterschiedlichen Problematik im Bereich größerer und feinerer Lecks zwischen Grobleck- und Feinleckprüfverfahren unterschieden, wobei zu den GrobleckprüfverfahrenIn the general vacuum technical leak test, a distinction is made between the gross leak and the fine leak test method on the basis of the size of the leak rate range to be detected and the different problems in the range of larger and finer leaks, with the major leak test methods

• Blasentest• bubble test

• Fluoreszenz-Farbtest• Fluorescence color test

• Abpumptest und die• Pumping test and the

• visuelle Inspektion zu rechnen sind, von denen• visual inspection are expected, of which

zum Einsatz in der Produktion jedoch nur das 1. und 3. Verfahren in Frage kommen [rfe 25 (1976), S. 153-154].for use in production, however, only the first and third method come into question [rfe 25 (1976), pp. 153-154].

Die visuelle Inspektion und der Fluoreszenzfarbtest werden in der allgemeinen Fertigungskontrolle bzw. bei der Fehleranalyse angewendet und sind durch eine relativ hohe Irrtumswahrscheinlichkeit, hohe Anforderungen an den Bearbeiter und durch ihren z.T. subjektiven Charakter gekennzeichnet. Die optische Kontrolle kann dabei mit oder auch ohne Vergrößerungsvorrichtungen wie Lupe, Binokulare oder Mikroskope geschehen. Dazu wird der zu prüfende Gegenstand mit Licht verschiedenster Frequenz bestrahlt bzw. durchleuchtet (Bulletin des schw. elektronischen Vereins Bull. SEV 56 JgNr. 14, S. 545-561).The visual inspection and the fluorescence color test are used in general production control and fault analysis and are characterized by a relatively high probability of error, high demands on the processor and by their z.T. characterized by subjective character. The optical control can be done with or without magnification devices such as magnifying glass, binoculars or microscopes. For this purpose, the object to be tested is irradiated or illuminated with light of the most varied frequency (Bulletin des schw. Elektronischer Vereins Bull. SEV 56, No. 14, pp. 545-561).

Beim Abpumptest handelt es sich um eine objektive Methode mit relativ großen apparativen Aufwand, die den Feinleckprüfungen ähnelt.The pumping test is an objective method with relatively high expenditure on equipment, which is similar to fine leak tests.

Als Feinleckprüfverfahren haben nur zwei relativ ähnliche Verfahren Bedeutung. Es sind diesAs Feinleckprüfverfahren only two relatively similar methods have meaning. They are

• Nachweis eines radioaktiven Testgases mit den Mitteln der Kernstrahlungsmeßtechnik• Detection of a radioactive test gas by means of Kernstrahlungsmeßtechnik

• massenspektrometischer Testgasnachweis.• mass spectrometric test gas detection.

Die besondere Bedeutung des 2. Verfahrens kommt in der relativ großen Zahl von Abarten zum Ausdruck, die sich z. B. durch das benutzte Testgas, der Art der Beladung und der Nachweisempfindlichkeit unterscheiden.The special importance of the 2nd method is expressed in the relatively large number of varieties that z. B. by the used test gas, the type of loading and the detection sensitivity differ.

Die Dichtheitsprüfung von mikroelektronischen Bauelementen, Halbzeugen oder ähnlichen Teilen mit geringen Außenabmessungen und sehr kleinen Innenvolumina weist einige Besonderheiten auf:The leak test of microelectronic components, semi-finished products or similar parts with small outer dimensions and very small inner volumes has some special features:

— der Ort der Undichtheit interessiert im allgemeinen nicht,- the location of the leak is generally not interested

— oft handelt es sich nur um eine Dicht/Undicht-Prüfung, bei der der zahlenmäßige Wert der Leckrate von untergeordneter Bedeutung ist,- often it is just a leak / leak test where the numerical value of the leak rate is of lesser importance,

— es muß eine hohe Produktivität und ein hoher Automatisierungsgrad gewährleistet werden können,- high productivity and a high degree of automation must be ensured

— die inneren und äußeren Volumina der Prüflinge liegen oftmals im Bereich von max. wenigen cm³.- The inner and outer volumes of the specimens are often in the range of max. a few cm ³ .

Diese Besonderheiten bedingen einige spezielle Probleme der Dichtheitsprüfung kleiner und kleinster Prüflinge, wozu die Geräte und Verfahren der allgemeinen vakuumtechnischen Dichtheitsprüfung diesen entsprechend angepaßt werden, [rfe 25 (1976) 5, S. 153-154]These peculiarities require some special problems of leak testing of small and very small DUTs, to which the apparatus and methods of general vacuum technical leak test are adapted accordingly, [rfe 25 (1976) 5, pp. 153-154]

Beim Blasentest werden die Prüflinge in eine geeignete auf höherer Temperatur befindliche Flüssigkeit (z. B. Alkohol) getaucht. Aus undichten Prüflingen treten Blasen aus, die mit bloßem Auge beobachtet werden. Auf diese Weise können Lecks mit Leckraten bis etwa 4 10"⁴Pa m³/s lokalisiert werden. Eine Automatisierung des Blasentests ist bisher nicht gelungen. Diese Methode ist unbestritten vorteilhaft hinsichtlich des einfachen apparativen Aufwandes. Ihr Nachteil liegt in der subjektiven Art der Fehlereinschätzung. Außerdem können bei Blasentestmethode nur die Einzellecks ermittelt werden. Quantitative Aussagen sind nicht möglich.In the bladder test, the specimens are immersed in a suitable higher temperature liquid (eg alcohol). From leaky specimens bubbles emerge, which are observed with the naked eye. In this way, leaks can be localized with leak rates of up to 4 10 " ⁴ Pa m ³ / s Automation of the bladder test has not yet been achieved This method is undoubtedly advantageous in terms of the simple equipment required In addition, only the single leaks can be determined with the bubble test method. Quantitative statements are not possible.

Die „Tetra-Methode" gibt ausgehend von Elementen der Feinleckprüfung, jedoch weniger aufwendig als diese, die Möglichkeit, auch summarische Lecks zu erfassen.The "Tetra method" gives the possibility to detect also summary leaks, starting from elements of the fine leak test, but less expensive than these.

Ziel dieses Verfahrens ist es, die Subjektivität der Blasentestmethode auszuschließen. Die Prüflinge werden kurz vor der Prüfung z.T. mit einem geeigneten Testmedium (z. B. CCI₄) gefüllt und kurz oberflächlich getrocknet. Danach werden sie in eine Vakuummeßkammer gebracht, die rasch evakuiert wird. Die Druckabnahme wird mit einem Kaltkathoden-Ionisationsmanometer kontrolliert. Bei vorhandener Undichtheit wird der aus dem Innenraum des Prüflings während des Evakuierungsvorganges entweichende Tetradampf im Gasstrom durch Zündung der lonisationsmeßrohre nachgewiesen. Der Nachweis von Fein- wie auch Groblecks kann auch nach der Methode des Heliumnachweises über Lecksuch-Massenspektrometer erfolgen.The aim of this procedure is to rule out the subjectivity of the bladder test method. The specimens are partly filled with a suitable test medium (eg CCI ₄ ) shortly before the test and dried briefly on the surface. Thereafter, they are placed in a vacuum measuring chamber, which is evacuated quickly. The pressure decrease is controlled with a cold cathode ionization manometer. If there is a leak, the tetrad vapor escaping from the interior of the test specimen during the evacuation process is detected in the gas flow by igniting the ionization measuring tubes. The detection of fine as well as large leaks can also be done by the method of helium detection via leak detection mass spectrometer.

Das dazu notwendige Vakuumschema besteht im wesentlichen aus den Gruppen Meßkammer, Evakuierungs-und Nachweisteil. Die Prüfeinrichtung ist dabei so aufgebaut, daß auf der einen Seite des Prüflings bzw. in seinem Inneren ein Vakuum erzeugt wird, wobei im Innenraum des Vakuumsystems ein Gasdetektor angeordnet ist. Die Rückseite des Prüflings bzw. der Umgebungsraum wird mit einem Prüfgas, in der Regel Helium, beauflagt. Bei Vorhandensein von Lecks wird das Eindringen des Prüfgases mit Hilfe des an den Gasdetektor angeschlossenen Massenspektrometer nachgewiesen (Edelmann, Vakuumphysik- und Technik, Leipzig 1978)The necessary vacuum scheme consists essentially of the groups measuring chamber, evacuation and detection part. The test device is constructed so that a vacuum is generated on one side of the specimen or in its interior, wherein in the interior of the vacuum system, a gas detector is arranged. The back of the specimen or the surrounding space is charged with a test gas, usually helium. In the presence of leaks, the penetration of the test gas is detected by means of the mass spectrometer connected to the gas detector (Edelmann, Vakuumphysik- und Technik, Leipzig 1978)

Zu den Nachteilen dieses Verfahrens muß gerechnet werden: The disadvantages of this process must be expected:

— die aufwendige Technologie und.Prüfvorrichtung,- the elaborate technology and testing equipment,

— die lange Prüfzeit,- the long test time,

— die relativ hohen Kosten für Helium.- the relatively high cost of helium.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, bei vorwiegend kleinen Prüflingen auf einfache, eine Massenprüfung erlaubende Art und frei von subjektiven Einflüssen, das Vorhandensein von Groblecks nachzuweisen.The aim of the invention is to prove the presence of large leaks in predominantly small specimens in a simple, permitting mass testing and free of subjective influences.

Essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, die ohne die Erzeugung eines Vakuums als Prüfmedium den Nachweis von Groblecks ermöglicht.The object of the invention is to provide an arrangement which allows the detection of large leaks without the generation of a vacuum as a test medium.

Die Aufgabe wird in einer Anordnung zur Groblecksuche aη lichtundurchlässigen Bauteilen durch Durchleuchten dieser Bauteile mit Licht dadurch gelöst, daß eine Ulbrichtsche Kugel mit Lichtquelle und Lichtempfänger vorhanden ist, daß diese Kugel außer der vor direkten Lichteinfall geschützten Öffnung zur Aufnahme des Lichtempfängers eine Adapteröffnung aufweist, daß diese durch das zu prüfende Bauteil abgedeckt wird, daß das Bauteil dazu mit an sich bekannten Mitteln auf der Adapteröffnung befestigt ist, daß die Lichtquelle außerhalb der Kugel hinter dem Bauteil angeordnet ist, daß die Lichtquelle und das Bauteil durch eine Abdeckung vor dem Einfall von Fremdlicht geschützt ist.The problem is solved in an arrangement for Groblecksuche aη opaque components by screening these components with light in that an integrating sphere with light source and light receiver is present that this ball except the protected from direct light incidence opening for receiving the light receiver has an adapter opening that this is covered by the component to be tested, that the component is attached thereto with known means on the adapter opening, that the light source outside the ball is arranged behind the component, that the light source and the component by a cover against the incidence of extraneous light is protected.

Die Abdeckung ist hierbei als Hohlspiegel ausgebildet, in dessen Brennpunkt die Lichtquelle angeordnet ist.The cover is in this case formed as a concave mirror, in the focal point of the light source is arranged.

Zur Abdichtung der zur Aufnahme des zu prüfenden Bauteils dienenden Adapteröffnung ist ein Dichtungsring vorgesehen. Die Befestigung des Bauteils kann z. B. mit einer Anpreßvorrichtung geschehen. Als Lichtempfänger dient ein Sekundär-Elektronen-Vervielfacher mit Verstärkungs- und Anzeigeeinrichtung.To seal the serving for receiving the component to be tested adapter opening a sealing ring is provided. The attachment of the component can, for. B. done with a pressing device. As a light receiver is a secondary electron multiplier with amplification and display device.

Der Aufbau der Anordnung garantiert, daß in den Innen raum der Ulbrichtschen Kugel nur das Licht gelangt, daß durch die Poren, Haarrisse usw. also durch die zu bestimmenden Lecks gelangt.The structure of the arrangement ensures that in the inner space of the integrating sphere passes only the light that passes through the pores, hairline cracks, etc. so through the leak to be determined.

Der durch das zu prüfende Bauteil gelangende Lichtstrom wird integral über die Gesamtfläche bestimmt. Der gemessene Wert ergibt bei vorangegangener Kalibrierung der Einrichtung mit bekannten Leckraten eine quantitative Aussage zur integralen Leckrate des Prüflings.The luminous flux passing through the component to be tested is determined integrally over the total area. The measured value results in previous calibration of the device with known leak rates a quantitative statement on the integral leak rate of the test specimen.

Gegenüber bisher bekannten Verfahren entfällt die zeitintensive Erzeugung einer Druckdifferenz des Testmediums, wodurch eine bedeutende Reduzierung der Meßzeit erreicht wird, die hier nur noch durch das Aufbringen des Bauteils bestimmt wird.Compared to previously known methods eliminates the time-consuming generation of a pressure difference of the test medium, whereby a significant reduction in the measurement time is achieved, which is determined here only by the application of the component.

Gleichzeitig ist der technische und ökonomische Aufwand auf ein Minimum begrenzt.At the same time, the technical and economic effort is limited to a minimum.

embodiment

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt Fig. 1: eine erfindungsgemäße Anordnung zum Nachweis von Groblecks mit Hilfe von Licht als PrüfmediumThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. 1 shows an arrangement according to the invention for the detection of large leaks with the aid of light as the test medium

Die Anordnung besteht aus einer Ulbrichtschen Kugel 1, die eine Öffnung 1.1. zur Aufnahme des Sekundär-Elektronen-Vervielfachers 6 und eine Adapteröffnung 1.2, die durch das zu prüfende Bauteil 3 abgedeckt wird·, aufweist.The arrangement consists of an integrating sphere 1, which has an opening 1.1. for receiving the secondary electron multiplier 6 and an adapter opening 1.2, which is covered by the component 3 to be tested.

Zwischen der Adapteröffnung 1.2 und dem Bauteil 3 ist ein Silikongummidichtungsring 4 angeordnet. Zur Abdeckung des Bauteils 3 vor dem Einfall von Fremdlicht ist ein Hohlspiegel 5 vorgesehen, in dessen Brennpunkt eine Lichtquelle 2 angeordnet ist. Der Sekundär-Elektronen-Vervielfacher 6 ist über elektrische Signalleitungen mit einer Verstärkungseinrichtung 7 und einer Anzeigeeinrichtung 8 verbunden.Between the adapter opening 1.2 and the component 3, a silicone rubber sealing ring 4 is arranged. To cover the component 3 from the incidence of extraneous light, a concave mirror 5 is provided, in whose focal point a light source 2 is arranged. The secondary electron multiplier 6 is connected via electrical signal lines to an amplifying device 7 and a display device 8.

Zur Prüfung wird das Bauteil 3 so auf der Adapteröffnung 1.2 der Ulbrichtschen Kugel 1 befestigt (z. B. angedrückt), daß der Lichteintritt an der Übergangsstelle Bauteil-Adapteröffnung gegenüber dem Lichteintritt durch reale Lecks vernachlässigbar ist.For testing, the component 3 is fastened (for example pressed on) on the adapter opening 1.2 of the integrating sphere 1 such that the light entry at the transition point between the component adapter opening and the light entry due to real leaks is negligible.

Zu diesem Zweck erfolgt die Abdichtung mit einem Silikongummidichtungsring 4 und die Befestigung des Bauteiles 3 auf der Kugel 1 mit der speziell auf das Bauteil 3 angepaßten Adapteröffnung 1.2 und dem Fachmann bekannten Mitteln.For this purpose, the sealing is done with a silicone rubber sealing ring 4 and the attachment of the component 3 on the ball 1 with the specially adapted to the component 3 adapter port 1.2 and the skilled person known means.

In dem die Lichtquelle 2 im Brennpunkt des Hohlspiegels 5 angeordnet ist, wird nur die zu prüfende Fläche des Bauteils 3 bestrahlt. Die Beleuchtungsstärke der Lichtquelle 2 ist in Abhängigkeit der nachzuweisenden Leckraten und der Empfindlichkeit der Meßeinrichtung (SEV, Verstärkungseinrichtung) zu dimensionieren.In which the light source 2 is arranged in the focal point of the concave mirror 5, only the surface of the component 3 to be tested is irradiated. The illuminance of the light source 2 is to be dimensioned as a function of the leak rates to be detected and the sensitivity of the measuring device (SEV, amplification device).

Das durch beliebige Groblecks des Bauteils 3 in die Ulbrichtsche Kugel 1 eingedrungene Licht wird entsprechend den physikalischen Gesetzmäßigkeiten dieser Kugel als Gesamtlichtstrom mittels Sekundär-Elektronen-Vervielfacher 6 in Form einer einzigen Messung ausgemessen.The light which has penetrated into the Ulbricht sphere 1 through arbitrary large leaks of the component 3 is measured in the form of a single measurement in accordance with the physical laws of this sphere as a total luminous flux by means of secondary electron multipliers 6.

Die gemessene Stromstärke ermöglicht nach erfolgter Kalibrierung der Einrichtung quantitative Rückschlüsse auf die Leckrate des Bauteils 3.The measured current strength allows quantitative conclusions about the leakage rate of the component 3 after calibration of the device.

Claims

Invention claim:

1. Arrangement for Groblecksuche to opaque components by illumination of these components with light, characterized in that an integrating sphere (1) with light source (2) and light receiver is present that the Ulbrichtsche ball (1) except the protected from direct light incidence opening ( 1.1) for receiving the light receiver has an adapter opening (1.2), that this is covered by the component to be tested 3, that the component (3) is fixed thereto by means known per se on the adapter opening (1.2), that the light source (2) outside the sphere (1) behind the component

2. Arrangement according to item 1, characterized in that on the edge of the adapter opening (1.2) a silicone rubber sealing ring

3. Arrangement according to item!, Characterized in that the component (3) is fastened with a pressing device on the adapter opening (1.2).

(3) is arranged so that the light source (2) and component (3) is protected by a cover against the ingress of extraneous light.

4. Arrangement according to item 1, characterized in that the cover is a concave mirror (5), in the focal point of the light source (2) is arranged.

(4) is arranged. · ·

5. Arrangement according to item 1, characterized in that the light receiver is a secondary electron multiplier (6) | coupled with amplification (7) and display (8).

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