[发明专利]一种极微小密封器件腔体气体压力和组分测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种极微小密封器件腔体气体压力和组分测量装置及方法。使用本发明能够实现气体密封器件内腔体容积在0.005cm³～0.1cm³之间的极微小密封器件腔体气体压力和组分含量的测量。本发明是一种静态膨胀和动态流量质谱分析法相结合的测量方法。双小孔结构既可以克服气体取样质量歧视效应，也可以确保压力测量腔和组分测量腔压力稳定。可以解决现有方法测量过程中被测密封器件腔体压力衰减快，质谱分析时序响应慢，无法实现密封器件内部腔体容积特别小的产品气体组分准确测量的难题。

技术领域

本发明涉及真空测量技术领域，具体涉及一种极微小密封器件腔体气体压力和组分测量装置及方法。

背景技术

航天、航空等领域用气体密封器件，如果内部封装的杂质气体，如水气、氧气、氢气及二氧化碳等浓度含量过高，会对器件内部产生腐蚀、电性能参数漂移、电子迁移等危害，导致器件功能丧失，因此密封器件腔体气体压力和组分含量是评价气密封器件封装可靠性的重要指标之一。传统测试方法采用腔体穿刺取样和动态质谱分析同时进行的方法，取样分析过程中导致被测密封器件腔体压力快速衰减，对于极微小密封器件，由于腔体内含有的总气体量较少，而质谱分析方法具有一定的响应时间，限制了现有方法的应用范围。目前，随着电子封装技术的高速发展，密封电子元器件的内腔体体积大幅缩小，已由传统的以0.1cm³以上腔体容积为主，向0.1cm³以下腔体容积发展，市场已有的密封器件产品腔体容积最小可以达到0.005cm³。因此，现有的密封器件腔体气体组分含量测量方法已无法满足当前极微小密封器件封装技术评价的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种极微小密封器件腔体气体压力和组分测量装置及方法，结合静态膨胀法和动态流量质谱分析法，实现气体密封器件内腔体容积在0.005cm³～0.1cm³之间的极微小密封器件腔体气体压力和组分含量的测量，可以满足航天、航空用高可靠性密封元器件内腔体残余气体含量测量和校准，为此类封装元器件产品的材料选型、生产工艺、鉴定检验等提供技术手段。

本发明的极微小密封器件腔体气体压力和组分测量装置，包括：压力测量腔、穿刺结构、组分测量腔、抽空腔、取样小孔、抽空小孔、抽气单元和质谱计；

其中，被测密封器件放置在压力测量腔中；穿刺结构安装在压力测量腔上，用于实现被测密封器件的穿刺；压力测量腔一方面通过串联的截止阀B、取样小孔、截止阀C与组分测量腔连接，另一方面通过截止阀A与组分测量腔连接；组分测量腔通过抽空小孔与抽空腔连接；质谱计用于分析组分测量腔内气体组分；

所述抽气单元包括低真空泵和高真空泵，所述高真空泵通过隔断阀C与抽空腔连接，通过隔断阀D与低真空泵连接；低真空泵通过隔断阀B与抽空腔连接，通过隔断阀B、隔断阀A与组分测量腔连接。

较优的，所述穿刺结构包括穿刺施力法兰，穿刺回座弹簧，穿刺波纹管和穿刺针，其中，穿刺回座弹簧和穿刺波纹管安装在穿刺施力法兰与压力测量腔的外壁之间；穿刺针安装在穿刺施力法兰上，伸入压力测量腔内部并与压力测量腔动密封。

较优的，还包括被测密封器件压紧环，用于固定被测密封器件。

较优的，压力测量腔和组分测量腔采用球形或圆柱体结构，按照极高真空获得要求进行设计，本底漏放气速率不大于2×10^-8Pa·m³/s，压力测量腔有效容积不大于1×10^-4m³，组分测量腔有效容积不大于1×10^-3m³。

较优的，取样小孔分子流状态下流导在10^-8m³/s量级，采用不锈钢或无氧铜材料、激光打孔方式制作；抽空小孔直径为1mm～10mm，最小直径间距为0.5mm，采用不锈钢或无氧铜材料制作。