Установка контроля герметичности
М. Л. Виноградов
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»
Одной из современных тенденций развития оборудования контроля герметичности является применение не отдельного течеискателя, а комплексной автоматизированной системы выявления течей. Преимущества такого подхода – это высокая производительность контроля герметичности и снижение влияния действий оператора на процесс измерений. Таким образом, улучшается надежность изделий по причине уменьшения вероятности ошибок и сознательного искажения результатов течеискания.
Рабочее место контроля герметичности – это вакуумная установка с течеискателем, системой откачки, пультом заправки изделия газовой смесью нужной концентрации, а также с блоком управления и индикации. Операциями, которые остается выполнить оператору установки вручную, являются: загрузка изделий, запуск процесса изменений, получение распечатанного чек-листа проверки, выгрузка изделий.
Использование рабочего места контроля герметичности изделий позволяет понизить требования к квалификации персонала, проводящего поиск течей. Это исключает ситуации, когда на крупном заводе работать с течеискателем умеет один опытный сотрудник.
Проектирование, сборка и наладка рабочих мест контроля герметичности производится в Петербурге, в лаборатории ООО «Вактрон», – научно-технической компании, созданной выпускниками университета «ЛЭТИ». Затем установка разбирается для перевозки и ввода в эксплуатацию на территории заказчика. Процедуры технического обслуживания и поддержания вакуумной гигиены выполняют специалисты разработчика, согласно сервисному договору. Периодичность работ устанавливается в зависимости от характера производства и позволяет избежать аварийных простоев.
Примером спроектированного рабочего места контроля герметичности служит установка герметизации и проверки наличия течей микроэлектронных изделий (рисунок 1). Комплект оборудования для организации рабочего места включает в себя масс-спектрометрический течеискатель Гелиот [1], безмасляный спиральный насос Ulvac DISL-501 для предварительной откачки тестового объекта, предохранительный клапан (1) на 1,3 атм., исключающий ошибочную подачу высокого давления в тестовый объект, манометр (2), баллоны с гелием (4) и азотом (5) с установленными редукторами для подготовки газовой смеси. На рисунке 2 показана панель управления процессом течеискания для оператора установки.
Рисунок 1 – Рабочее место герметизации и контроля герметичности микроэлектронных изделий
Рисунок 2 – Панель управления и индикации результатов течеискания
Для проведения контроля течеисканием предоставлена партия изделий – 16 электронных плат с внутренним объемом (рисунок 3). Испытания изделий на герметичность проведены в вакуумной лаборатории специалистами, аттестованными для проведения течеискания, согласно ПБ 03-440-02 [2].
Порядок проверки изделий:
- Изделие через штенгель подключается к откачной системе и вакуумируется. Из изделия удаляется влага. Время выполнения операции для данного объекта со сложной внутренней структурой составляет 10 минут.
- После достижения давления 0,4 Па начинаются измерения в режиме высокой чувствительности (до 5.10-13 Па.м3/с).
- С помощью обдувателя производится подача гелия на внешнюю поверхность электронной платы. Гелий, проникающий внутрь образца, в случае наличия течей, регистрируется, а его поток измеряется масс-спектрометрическим анализатором. Использование тонкой струи гелия, создаваемой наконечником обдувателя, позволяет локализовать место истечения по изменению амплитуды выходного сигнала.
- Изделие помещается в чехол, который заполняется гелием. Производится интегральный контроль герметичности всего изделия и соединений. Это позволяет избежать пропуска течей, на которые не попал гелий при локальном обдуве. График изменения потока гелия в изделии при обдуве и индикация превышения порога браковки показаны на рисунке 4.
- После испытаний производится удаление гелия и заполнение изделия установленной концентрацией рабочего газа. При больших объемах производства используемый в испытаниях гелий может быть сохранен с помощью системы рекуперации, подключаемой к рабочему месту контроля герметичности.
Рисунок 3 – Контролируемое изделие с указанием места локализации течи
Рисунок 4 – График превышения порога браковки для изделия
В качестве датчика гелия при проектировании рабочего места контроля герметичности может использоваться течеискатель Гелиот или встраиваемый масс-спектрометр, расширяющий спектр регистрируемых газов до 200 а.е.м. Технические и эксплуатационные характеристики установки в сопоставлении с обычным течеискателем показаны в таблице 1.
Таблица 1
Технические и эксплуатационные характеристики рабочего места контроля герметичности в сопоставлении с типовым течеискателем
|
Параметр |
Типовой течеискатель |
Рабочее место контроля герметичности с течеискателем Гелиот |
|
Пороговая чувствительность, Па.м3/с |
5.10-13 |
5.10-13 до 10-14 при малых флуктуациях фона гелия. Возможна индикация в PPM |
|
Проверка партии изделий |
нет |
Да, с помощью клапанного стенда |
|
Пробные газы |
Только гелий |
Гелий или водород |
|
Эффективная быстрота высоковакуумной откачки |
до 2,5 |
5 (наивысшее среди аналогов) Главный фактор, определяющий быстродействие при проверке изделий. |
|
Защита от прорыва атмосферы |
Возможен выход из строя катодов и турбомолекулярного насоса из-за ошибки оператора. |
Система контроля действий оператора. Турбомолекулярный насос и катоды прибора защищены от ударного повышения давления с помощью специальной конструкции вакуумной системы и отсутствия прямого течения газов через анализатор |
|
Периодичность замены катодов |
3 – 6 месяцев, вольфрамовые спирали катодов мгновенно перегорают при поступлении воздуха в анализатор |
> 2 лет, устойчивые к воздуху иридиевые катоды с покрытием из окиси иттрия |
|
Управление и индикация |
Дисплей на корпусе прибора |
Беспроводное управление с планшетного компьютера с расстояния до 40 м. В планшете записаны видео-инструкции по обслуживанию системы и введены даты регламентных работ. |
|
Время отклика со щупом |
1 с. на 1 метр длины |
0,3 с. на 1 метр длины, благодаря большой эффективной быстроте высоковакуумной откачки |
|
Давление начала течеискания, Па |
1000 |
1200 Возможность проверки трудно откачиваемых изделий. |
Вы можете скачать документ Скачать
Выводы
Использование рабочих мест контроля герметичности на предприятиях ведет к тому, что течеискание перестает быть сложной для операторов технической операцией, включающей настройку на «пик гелия», подгонку потока щупа, корректировку магнитной системы масс-спектрометра, ручную калибровку и заполнение протоколов на каждое изделие, вместо печати чек-листов и т.п.
Помимо повышения производительности контроля герметичности, автоматические системы обеспечивают достоверность результатов и возможность найти в архиве данных информацию о параметрах контроля за десять и более лет.
Наличие такой информации существенно влияет на ответственность операторов установок течеискания и ведет к улучшению качества выпуска высокотехнологичной продукции.
Литература
1. Барченко В.Т. Анализ потребности предприятий в гелиевых масс-спектрометрических течеискателях / Барченко В.Т., Виноградов М.Л. // Журнал «Вакуумная техника и технология», том 24 номер 1, 2014, c. 60-62
2. Виноградов М. Л. Анализ чувствительности методов течеискания и способ ее повышения / Виноградов М. Л., Карганов М. В., Кострин Д. К., Тискович В. Ю.// Журнал «Контроль. Диагностика», №5 (май), 2016, c. 36-42
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова и ООО «Лаборатория ВАКТРОН» приглашают сотрудников предприятий принять участие в курсе повышения квалификации «Основы течеискания и вакуумной техники».