TW201617546A - 檢測氣體管道洩露的系統和方法 - Google Patents

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Abstract

公開了一種洩露檢測系統(200)和用於檢測包括通過管道連接到氣體傳輸模組(14)的氣體源(11；12)的氣體提供系統(10’)的洩露的洩露檢測方法。所述洩露檢測系統(200)包括可沿著遠離自所述氣體傳輸模組(14)的入口的所述管道連接的氣流計(113)；檢測模組(110)被配置為接收表示從所述氣流計(113)檢測到的流量的信號，將所述檢測到的流量(115)與保存的無洩漏參考值(116)進行比較以檢測在洩露中的流量增加。所述檢測模組(110)和所述氣體傳輸模組(14)之間的流動阻力將洩露時的流量增加。系統(200)可包括可連接在所述氣體源(11；12)和所述氣流計(113)之間的流量提升系統(121)用於暫時增加所述管道中的流量。

Description

檢測氣體管道洩露的系統和方法
本發明涉及用於檢測氣體管道洩露的裝置和方法。特別地，雖然不是專門的，應用於檢測線上焊(wire bonding)系統中使用的那種類型的惰性氣體提供的氣體洩露。
線焊是一種將半導體設備及其封裝互連，或將一個設備連接到另一個設備的常用技術。例如，在一種稱作球焊的線焊類型中，導線被穿過線焊工具的毛細管，電荷被施加到所述導線的尖端(例如，使用電打火設備)將其熔化並形成球形熔態金屬。
當由反應材料如銅或鋁形成的焊線被用於線焊時，在所述熔化的材料與大氣中的氧氣反應時會有熔球氧化的趨勢。熔球的氧化降低了後續形成的球焊的品質。因此，通常需要提供保護氣體包括相對惰性氣體例如氮氣或氬氣以在球形成過程中封閉所述電線並阻止與氧氣接觸。所述保護氣體通常經由具有與所述毛細管相鄰的出口的保護氣體裝置提供，例如，經由US專利號7,628,307中顯示的圍繞在所述毛細管尖端周圍的狹槽或套管，該專利的內容通過參考合併如同完全在此陳述。
保證保護氣體的供應穩定是重要的，這樣所述球焊被持續形成並且表面未被氧化。如果供給所述保護氣體裝置(或由所述線焊裝置使用的其他氣體裝置)的所述氣體提供系統的管道存在洩露，將顯著影響氣體供給的穩定性。
流量感測器只能測量入口的流量。相應地，為了能夠可靠的測量管道中的洩露，需要兩個感測器：一個在入口端，一個在出口端。檢 測到的入口和出口感測器之間的流量差異預示著洩露。在所述線焊系統的氣體提供系統的出口端放置感測器的問題是這樣的感測器不僅增加了成本，還增加了系統的重量，而這在某些應用中是不允許的。另外，許多流量傳感器具有低的解析度，並不能感知到小的流量的不同，但是這卻可能對球形成具有影響。
仍然需要一種能夠可靠檢測線焊的保護氣體提供系統中的洩露的系統和方法。
本發明的特定實施例涉及檢測包括通過管道連接到氣體傳輸模組的氣體源的氣體提供系統中的洩露的洩露檢測系統，所述洩露檢測系統包括：可沿著遠離自所述氣體傳輸模組的入口的所述管道連接的氣流計；和檢測模組被配置為接收表示從所述氣流計檢測到的流量的信號，將所述檢測到的流量與保存的無洩漏參考值進行比較以檢測在洩露中的流量增加；其中所述檢測模組和所述氣體傳輸模組之間的流動阻力將洩露中的流量增加放大。
所述流動阻力可包括所述氣體傳輸模組的固有流動阻力。可替換地，或另外，所述流動阻力可包括氣流阻器元件(例如具有壓縮部)，所述氣流阻器可連接在所述氣流計和所述氣體傳輸模組的入口之間。
在特定的實施例中，可在所述氣體源和所述氣流計之間連接流量提升系統用於暫時增加管道中的流量。
本發明的其他實施例涉及用於線焊過程的氣體提供系統，包括：氣體源；氣體傳輸模組；和如上文描述的洩露檢測系統，所述洩露檢測系統連接在所述氣體源和所述氣體傳輸模組之間。
本發明的進一步實施例涉及檢測連接在氣體源和氣體傳輸模組之間的管道洩露的方法，所述方法包括步驟：沿著遠離自所述氣體傳輸模組的入口的所述管道連接流量感測器；用所述流量感測器檢測沿著所述管道的的流量；將所述流量與保存的無洩漏閾值進行比較；如果所述流量高於所述無洩漏參考值預定級別，確定所述管道中存在洩露。
所述預定級別可以是高於所述無洩漏參考值的10%。
所述方法可進一步包括引入或增加所述管道中的流動阻力。
在特定實施例中，所述方法可進一步包括暫時增加來自所述氣體源的流量。
所述方法可進一步包括確定所述無洩漏參考值。
10‧‧‧氣體提供系統
100‧‧‧檢測裝置
10’‧‧‧氣體供應系統
11‧‧‧氣體源
12‧‧‧氣體源
14‧‧‧氣體傳輸模組
110‧‧‧檢測模組
113‧‧‧流量感測器
115‧‧‧流量
116‧‧‧無洩漏參考值
117‧‧‧處理器
118‧‧‧洩露確定模組
119‧‧‧報警信號
120‧‧‧流量控制系統
121‧‧‧主動流量提升統
200‧‧‧氣體流量控制系統
300‧‧‧氣流阻器(flow resistor)
310‧‧‧入口
320‧‧‧出口
330‧‧‧通道
340‧‧‧壓縮部
400‧‧‧過程
410‧‧‧完全打開DFM學習流量值Q0
420‧‧‧將Q0與Qset進行比較
430‧‧‧Q0小於2倍Qset
440‧‧‧報警(洩露)
450‧‧‧將Q0保存為缺省值
500‧‧‧洩露檢測過程
510‧‧‧完全打開DFM學習流量值Q1
520‧‧‧將Q1與Q0進行比較
540‧‧‧報警(洩露)
550‧‧‧沒有洩露，開始焊
本發明的實施例將被描述，僅以非限制性例子的方式，參考以下附圖：圖1是根據本發明實施例的包括洩露檢測系統的保護氣體提供系統的框圖；圖2是根據替換的實施例的包括洩露檢測系統的保護氣體提供系統的框圖；圖3是可以用在圖1和圖2的系統中的氣流阻器的例子；圖4是為洩露檢測流程確定參考流量的過程流程圖；圖5是洩露檢測流程的流程圖。
下面對特定實施例的討論涉及應用本發明檢測線焊過程中保護氣體提供的洩露。然而，應該理解，本發明也可以應用於其他需要穩定氣流的情況。
參見圖1，顯示了用於連接到線焊工具(未示出)的氣體提供系統10的實施例。系統10包括具有連接到壓力調節器12的氣體容器11 的惰性氣體源。如果從所述壓力調節器12的下游管道洩露，載入的流量將傾向于增加。相應地，所述壓力調節器12將回應於載入的流量變化通過向上調整調節器流量以維持需要的壓力。
氣體源11、12提供氣體到出口被連接到所述線焊工具的氣體傳輸模組14的入口。在氣體源11、12和氣體傳輸模組14之間串聯的是一個用虛線框顯示的洩露檢測裝置100。在下面描述的實施例中，所述氣體提供系統10是一個經由保護氣體傳輸工具14提供惰性氣體到線焊的保護氣體提供系統。然而，將被理解本發明適用於其他具有氣體裝置而不只是保護氣體傳輸工具的氣體提供系統。
洩露檢測系統100包括流量感測器113與氣體流量控制系統120串聯。由流量感測器113測量的流量被檢測模組110接收，一般被配置為檢測流量之間的變化，預期假設為不存在洩露。洩露檢測系統100可優選地被用於先於開始線焊過程而執行洩露檢測測試，以保證氣體源11、12和保護氣體傳輸模組14之間的管道是不洩露的，然後這樣無洩漏管道被使用線上焊過程中。
氣流計113可以是數位氣流計，如Azbil Corporation(日本)的品質流量控制器MPC-0002B，其操作在完全打開(讀出)模式從而作為流量感測器而不是同樣的流量控制器。
在一個實施例中，檢測模組110包括流量信號生成器115、存儲模組116、處理器117和洩露確定模組118。流量信號生成器115接收由流量感測器113測量的流量值並生成數位信號傳輸到處理器117。處理器117可以是通用電腦系統的一部分如基於32比特或64比特英特爾架構的電腦系統。替換地，在某些實施例中，處理器117可以由用於比較來自於信號生成器115的信號和來自於記憶體116的信號(代表參考流量)的簡單的比較器電路取代。洩露確定模組118可以是保存在通用目的電腦系統的非易失性(如硬碟)記憶體116上的軟體模組。替換地，洩露確定模組118可以是專用硬體元件，如專用積體電路(ASIC)或現場可程式設計閘陣列(FPGA)。檢測模組110可在洩露確定模組118檢測到洩露時觸發報警信號119。報警信號119可被用於經由例如電腦系統顯示或發出物理警報給操 作者。
如前面提到的，在壓力調節器12下游的管道洩露將傾向于增加流量因為調節器12需要維持使用者定義的管道壓力。如果所述氣體傳輸模組14具有大的固有流動阻力，這將會加重在管道的洩露點惰性氣體的流出，這樣增加了背離期望的(無洩露)流量可被洩露檢測系統100檢測到的可能性。然而，優選的，額外的流動阻力可以被加在流量感測器113和氣體傳輸模組14的入口之間。這對具有低的固有流動阻力的保護氣體傳輸模組尤其有利。該額外的流動阻力將進一步放大任何由於洩露造成的流量變化。例如，如果流量控制系統120具有固有流動阻力，這將提供額外的流動阻力。替換地，或者除此之外，單獨的氣流阻器可被串聯加在所述流量控制系統120和保護氣體傳輸模組14的入口之間，以進一步增加管道中的流動阻力及由於任何洩露導致的流量變化。流動阻力的增加以及隨之而來的流量變化的放大有利地使得相對小的洩露甚至可以被低解析度的氣流計113檢測到。
一種典型的線焊過程，正在運行的流量通常非常低的。這樣，即使具有大流動阻力(例如，來自保護氣體傳輸模組14和/或氣體流量控制系統120)，由於洩露導致的流量變化可能小於或等於流量感測器113的解析度。相應地，圖2中顯示的保護氣體供應系統10’的一個可替換的實施例中，有利的是在洩露測試過程中暫時人為的增加流量，測試結束後再將其減小到正在運行的流量，然後線焊將開始。在圖2中，壓力調節器12和流量感測器113之間插入了了洩露檢測系統200的主動流量提升系統121。當洩露檢測過程開始後，主動流量提升統121將來自調節器12的初始流量提升到高水準。如圖1中的實施例那樣，所述初始流量將被保護氣體傳輸模組14的固有流動阻力抑制。這樣，如果在流量感測器113和保護氣體傳輸模組14之間發生洩露，其將傾向于增加所述流量，但是在圖2的系統中，從洩露點跑出的氣體將比圖1中的多，導致更大的因此更容易被檢測出的流量增加。這樣，流量的增加將更可能由低解析度流量感測器113區分。
圖3顯示了穿過示例的適於連接在氣體流量控制系統120和保護氣體傳輸模組14之間的管道中的氣流阻器(flow resistor)300的截面。 所述氣流阻器(flow resistor)300包括在一端具有入口310另一端具有出口320的通道330。與出口320相鄰的是壓縮部340。所述通道330直徑大約1毫米(mm)，壓縮部340直徑大約0.3毫米，長度大約0.5毫米。然而，可以使用任何適於提供能夠有效的提供可檢測到的流量增加的流動阻力的尺寸。
轉到圖4，顯示了為洩露檢測過程確定參考流量值的過程400的流程圖。過程400可以由圖1中的系統10或圖2中的系統10’執行。方框410，所述氣流計113被完全打開，具有用戶定義的壓力值(設置使用壓力調節器12)的氣體由氣體源11、12經過洩露檢測系統100或200流向保護氣體傳輸模組14。從流量感測器113測量到的流量Q0被傳輸到檢測模組110。檢測模組110生成流量信號115，處理器或比較器117將Q0與保存的值Qset進行比較。Qset是在保證沒有洩露的實驗室情況下獨立測量的參考值。使用系統10測試的Q0理論上應該非常接近Qset，但是過程400允許某些變化。特別地，如果Q0小於2倍Qset(方框430)，過程400認為Q0是準確的，並保存Q0作為參考流量值(方框450)。如果Q0大於2倍Qset，過程400認為(方框440)管道中存在洩露。在這種情況下，管道應該被維修，過程400重複直到獲得有效值Q0<2*Qset。
圖5顯示示例的由洩露確定模組118執行的洩露檢測過程500，使用在參考值確定過程400中獲得的值Q0。過程500中，氣流計113被全部打開，具有使用者定義壓力值(例如可以是後續線焊過程的運行壓力)的氣體由氣體源11、12經過洩露檢測系統100或200流到保護氣體傳輸模組14。流量感測器113測量流量Q1(方框510)，並將其傳輸到檢測模組110。檢測模組110生成流量信號115，處理器或比較器117將Q1與先前保存的參考值Q0進行比較(方框520)。如果檢測到流量增加超過10%(Q1>1.1Q0)(方框530)，這表示存在洩露並觸發報警(方框540)。否則，過程500向線焊工具的控制系統發送信號告知不存在洩露，然後線焊過程可以開始(方框550)。
例子
系統10或10’的洩露檢測能力使用一系列的測試來確定，其中調節器12分別被設置為0.1MPa,0.2MPa and 0.3MPa，氣流阻器300被連接在流量控制系統120和保護氣體傳輸模組14之間。氣流計113完全打開，流量控制系統120設置的流量為5L/minute。管子的三種不同部分被用於測試：一種沒有洩露，一種只有小的洩露(經由管壁上的小洞)，一種有大的洩露(經由管壁上的大洞)。沒有洩露和小的洩露的情況下氣流計113測量到的流量顯示在表1中。
可以從表中看出，在所有壓力情況下，管道中的流動阻力導致大的增加(大於18%)，這意味著小的洩露很容易被檢測到。正如期望的那樣，大的洩露的情況下流量增加(結果未被顯示)更加引人注意，大的洩露也容易被檢測到。
優選地，根據上面的實施例，流量感測器113和保護氣體傳輸模組之間的洩露可以被快速準確的檢測到。利用額外的氣流阻器，使用一個可位於遠離氣體傳輸模組的感測器就可以檢測到洩露，還可以檢測感測器位置之後的洩露。僅僅用傳統的流量感測器是不可能的，因為他們不能測量所述感測器位置下游的流量。在特定的實施例中，如上所述，有效的流量提高系統可被加入以便為了測試目的而暫時增加流量，這樣允許準確的洩露測試即便所述流量感測器113的解析度很低。
雖然本發明特定的實施例被詳細描述，在本發明範圍內的修改和變化是可能的，並且對於本領域技術人員是清楚的。
10’‧‧‧氣體供應系統
11‧‧‧氣體源
12‧‧‧氣體源
14‧‧‧氣體傳輸模組
110‧‧‧檢測模組
113‧‧‧流量感測器
115‧‧‧流量
116‧‧‧無洩漏參考值
117‧‧‧處理器
118‧‧‧洩露確定模組
119‧‧‧報警信號
120‧‧‧流量控制系統
121‧‧‧主動流量提升統
200‧‧‧氣體流量控制系統

Claims (10)

  1. 一種用於檢測氣體提供系統中的洩露的洩露檢測系統，所述氣體提供系統包括通過管道連接到氣體傳輸模組的氣體源，所述洩露檢測系統包括：可沿著遠離離自所述氣體傳輸模組的入口的所述管道連接的氣流計；和檢測模組被配置為接收表示從所述氣流計檢測到的流量的信號，將所述檢測到的流量與保存的無洩漏參考值進行比較以檢測在洩露中的流量增加；其中所述檢測模組和所述氣體傳輸模組之間的流動阻力將洩露中的流量增加放大。
  2. 請求項1所述洩露檢測系統，其中所述流動阻力包括所述氣體傳輸模組的固有流動阻力。
  3. 請求項1所述的洩露檢測系統，其中所述流動阻力包括氣流阻器元件，所述氣流阻器可連接在所述氣流計和所述氣體傳輸模組的入口之間。
  4. 請求項1所述的洩露檢測系統，包括可連接在所述氣體源和所述氣流計之間的流量提升系統，用於暫時增加所述管道中的流量。
  5. 一種用於線焊過程的氣體供應系統，包括：氣體源；氣體傳輸模組；和根據權利要求1所述的洩露檢測系統，所述洩露檢測系統連接在所述氣體源和所述氣體傳輸模組之間。
  6. 一種檢測連接在氣體源和氣體傳輸模組之間的管道洩露的方法，所述方法包括步驟：沿著遠離自所述氣體傳輸模組的入口的所述管道連接流量感測器；用所述流量感測器檢測沿著所述管道的的流量；將所述流量與保存的無洩漏閾值進行比較；如果所述流量高於所述無洩漏參考值預定級別，確定所述管道中存在洩露。
  7. 請求項6所述的方法，其中所述預定級別為高於所述無洩漏參考值的10%。
  8. 請求項6所述的方法，進一步包括引入或增加所述管道中的流動阻力。
  9. 請求項6所述的方法，進一步包括暫時增加來自所述氣體源的流量。
  10. 請求項6所述的方法，進一步包括確定無洩漏參考值。
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