Высокочувствительный переносной экспресс

ИНДИКАТОР ОБНАРУЖЕНИЯ ТЕЧИ

АННОТАЦИЯ

В настоящей работе предлагается новый метод определения течи как внутри , так и  снаружи замкнутого объёма. Обычно в процессе контроля герметичности применяется как рабочая среда, жидкость или газ, которыми заполняют изделие в процессе его эксплуатации, так и контрольная среда, которой заполняют проверяемую емкость в процессе испытания на герметичность. В предлагаемом устройстве обе среды совмещены и представляют собой  просто влажный воздух окружающей среды [1]. В известных течеискателях в качестве контрольной среды обычно используются такие газовоздушные смеси ,как гелий, закись азота, аргон, радиоизотопы . Это требует сооружения  защитных боксов, бронекамер и приводит к большим производственным затратам. В данной статье приводится  описание малогабаритного, простого в обращении, экологически чистого, экономически оправданного переносного течеискателя.

ВВЕДЕНИЕ

Известные способы и средства контроля герметичности отличаются  выбором рабочей среды. индикатором. на который  воздействует эта рабочая  среда и реакцией на это воздействие. Наиболее известными способами контроля герметичности являются ультразвуковой,  инфракрасный, спектрометрический, а также способ с использованием радиоактивного газа и наконец способ погружения в воду.  К недостаткам существующих способов  можно отнести необходимость применения мощной вытяжной вентиляции в помещении  из-за отравляющего действия  таких рабочих газов, как фреон и  закись азота . Кроме того ,для создания перепада давления требуются сложные вакуумные системы , сложные электронные  схемы. Все это создаёт громоздкость оборудования, большой вес и габариты.

Особенностью предлагаемого течеискателя  являются новые технические возможности встроенного в него датчика относительной влажности воздуха генераторного типа.  Его отличает чрезвычайно  высокая чувствительность и быстродействие. Малые габариты датчика позволяют проводить испытания на герметичность в труднодоступных местах, например, внутри корпуса микросхемы.

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ  ЭКСПРЕСС-КОНТРОЛЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ КОРПУСОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И МИКРОСХЕМ

Герметизация является последней операцией сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и от качества её выполнения зависит как выход годных изделий, так и их надёжность и долговечность. Хорошо известно, что одной из основных причин отказов микросхем является наличие влаги в корпусе. Чтобы убедиться. что корпуса действительно обладают герметичностью, их подвергают контролю. При масспектрометрическом способе корпуса микросхем помещают в вакуумную камеру, предварительно наполнив их пробным газом гелия, в атмосфере которого они выдерживаются  в течении  3 часов.  Основными недостатками этого метода контроля являются его трудоемкость, высокая стоимость и сложность аппаратуры.

Особенностью предлагаемого течеискателя являются  технические возможности встроенного в него датчика относительной влажности воздуха генераторного типа, который обеспечивает прибору быстродействие и высокую чувствительность. Другая отличительная особенность этого течеискателя заключается в том, что в качестве рабочей среды используется влажный воздух  экологически чистый  [1]

Действие датчика основано на генерации тока в структуре металл-диэлектрик- металл под действием влаги окружающей среды. В качестве электродов  используются разнородные металлы между которыми помещается диэлектрик- ситалл или керамика. Величина генерируемого тока нарастает с увеличением влажности окружающей среды. Так для датчика размерами 2х2х0,1 мм величина тока увеличивается от пикоампер при влажности 20% до микроампер при влажности 98 %, т.е. ток возрастает на шесть порядков. Датчики, встроенные внутрь корпуса микросхемы  могут служить индикаторами  натекания влаги длительное время ( годы)  и обеспечивают неразрушающий контроль герметичности корпуса микросхемы в процессе её эксплуатации [1]  Поскольку ситалловые подложки находят широкое применение в электронной промышленности , то изготовление датчиков на таких подложках позволяет внести их конструкцию в топологию микросхем. ( рис.1) Описанный способ контроля герметичности корпусов микросхем удобен для малогабаритных изделий [2]  .Он может найти широкое применение для проверки герметичности упаковок косметических препаратов, а также в  фармацевтической промышленности, где таблетки должны храниться в герметичных условиях. Испытанию на герметичность должны подвергаться также изделия пищевой промышленности: консервы в стеклянных банках,  молочные бутылки с жестяными крышками, напитки в стеклянных бутылках, укупориваемые пробками и т.д.

рис.1

Датчик влажности на подложке в корпусе микросхемы
1.Подложка
2. Пленочные электроды
3. Увлажняемая поверхность
4. Контакты

КОНТРОЛЬ ГЕРМЕТИЧНОСТИ КРУПНОГАБАВРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ

Данная проблема в настоящее время является актуальной, так как от её решения зависит надёжность летательных аппаратов всех типов , промышленных изделий — это отсеки , топливные баки, трубопроводы. Крупногабаритные объекты обдувают снаружи влажным воздухом по частям, получая информацию о районе нахождения несплошности Указателем натекания влажного воздуха внутрь объёма служит высокочувствительный датчик относительной влажности. ,расположенный в центре объёма. Для определения расположения несплошности или сквозного дефекта предполагаемый участок обдувают влажным воздухом из тонкого сопла (рис.2) Это позволяет определить локальное место течи. В случае способа обдува относительная влажность воздуха снаружи должна превышать относительную влажность внутри объёма, т.е. парциальное давление влажного воздуха снаружи должно во много раз превышать парциальное давление внутри контролируемого объёма. За счёт разницы парциальных давлений происходит натекание влаги в объём . Предлагаемый течеискатель может обнаруживать также несплошность или сквозной дефект способом « щупа « ( рис.3).В этом случае влажный воздух с высоким значением относительной влажности находится в контролируемом объёме, в то же время вокруг контролируемого объекта относительная влажность воздуха значительно ниже. Перепад парциального давления влажного воздуха создаёт возможность утечки через сквозной дефект, нарушая герметичность объёма, при этом атмосферное давление воздуха одно и то же как внутри контролируемого объёма, так и снаружи. Детектором регистрации утечки из объёма является датчик, генерирующий ток под действием вытекающего влажного воздуха. [3] . Концы датчика подсоединены к измерительному прибору Сканируя щупом поверхность контролируемого изделия можно обнаружить по изменению показаний прибора наличие и место течи. Конструкция крепления чувствительного элемента датчика показана на рис.4. Поскольку мы имеем дело с источником тока с высоким внутренним сопротивлением порядка 10 в тринадцатой степени Ом, то материал держателя не должен его шунтировать. Датчик генерирует слабые токи порядка пико-, нано- амперы, что требует специфических усилителей с большим входным сопротивлением, защитой от наводок, с регулировкой дрейфа нуля . В связи с этим был разработан преобразователь ток-напряжение и в дальнейшем можно было оперировать с напряжением , а не током. [3]- Метод «щупа» может применяться для определения герметичности ёмкостей, наполненных жидкостью, когда парциальное давление влажного воздуха много выше внутри объёма, чем снаружи.

ВЫВОДЫ

Предлагается малогабаритный переносной течеискатель, имеющий следующие преимущества:  

• дешевый и доступный рабочий газ это влажный воздух,  пары воды.
• использует только разницу парциальных давлений паров воды
• обнаруживает локальные места утечки, трещины, поры
• экологически чист и не требует защиты окружающей среды
• снижает трудоемкость процесса и время измерений
• индикатором утечки или натекания является  высокочувствительный , быстродействующий датчик влажности  воздуха.

БИБЛИОГРАФИЯ

1  Зайдман С.А. Определение герметичности корпусов микросхем с помощью встроенного на подложке датчика влажности воздуха     .Физика полупроводников и микроэлектроника. // Межвузовский сборник. Рязань 1980, с.99

2   Волков В.А. Сборка и герметизация электронных устройств //   Радио и связь Москва 1982 с.120

3   Зайдман С.А. ,Головацкая Л.А., Гарбер Я.М.Испытания электронных датчиков для измерения относительной влажности воздуха в холодильных камерах   // Холодильная техника  № 9, 1987 с.38-42   Москва

4   Зайдман С.А. Малогабаритный электронный гигрометр на основе твердотельного источника тока //  Приборы и системы управления  № 8  1982  с.23—25