氦检和压降法,差的不是精度,是五个数量级

1. 漏率是把「紧」变成数

漏率 = 压力变化 × 容积 ÷ 时间,Q = Δp·V/Δt。1 m³ 容器 1 秒变 1 Pa,就是 1 Pa·m³/s。参照物:自行车内胎 4 L、30 天掉 1 bar,折合 1.5×10⁻⁴ Pa·m³/s;冰箱冷媒 10 g R134a 十年漏完,折合 7.1×10⁻⁷。冰箱比内胎严两百多倍,离半导体腔体仍差得远。「不漏」这句话,不落到数字上就没意义。

2. 压降法的坑一:它测的不只是漏

关阀看压力上涨,读数里有两部分:真实漏和壁面出气。出气随时间按 1/t 衰减,金属表面水汽经验式 q ≈ 3×10⁻⁹/t(小时),单位 mbar·L/(s·cm²)。刚洗完的腔体,前几小时出气可能比真实漏大几个量级,此时按 Q = Δp·V/Δt 算出来的是出气。要分清,先测本底出气率再扣除;省掉这步,给出的就是「漏 + 出气」的合计。

3. 坑二:单位差十倍

口语用 mbar·L/s,公式出 Pa·m³/s,1 mbar·L/s = 0.1 Pa·m³/s。把 1.5×10⁻⁴ Pa·m³/s 读成 1.5×10⁻⁴ mbar·L/s,等于自己把要求放宽十倍。合同里的单位,比什么都重要。

4. 坑三:温度

Q = Δp·V/Δt 只有三个量,没有温度项。原始资料未讨论温度对压升的影响,也未给修正公式(资料未涉及)。所以听到「压降法已做温度补偿」,先要公式;给不出就是没有。这也是我们不用压降法做最终判据的原因之一。

5. 氦检凭什么到 10⁻¹³

质谱室必须在 10⁻⁴ hPa 以下工作,该压力由仪器自带泵组维持。关键是涡轮泵:对空气压缩比极高、对轻气体低几个数量级,于是空气被挡在质谱室外、氦能进——涡轮泵在氦检里是选择性过滤器,不是抽气泵。结构分两路:逆流式量程 1 ~ 10⁻⁹ Pa·m³/s,产线最常用;主流式直接进气、灵敏度最高,但试件与仪器都要抽到 10⁻² hPa。另有石英窗型:硅片载体打几千孔、覆 7 µm SiO₂ 膜,只让氦渗透,检测限 5×10⁻⁹。

6. 三种做法各能到多少

真空法外部喷氦:< 5×10⁻¹³ Pa·m³/s,前提是试件抽空、外面扛 1000 hPa 压差。吸枪法:< 1×10⁻⁸,试件要耐过压。累积法(包壳集气):主要用于 > 1×10⁻⁵,慢。三个数摆在一起,要 10⁻⁹ 以下的判定,只有真空法配质谱这一条路;吸枪法的地板在大气氦——空气里天然含 5 ppm 的氦。

7. 大腔体为什么检得慢

分子流区(< 10⁻³ hPa)快慢由试件容积和对氦的有效抽速决定,腔体越小、抽速越大越快;进入层流区(> 1 hPa)由前级泵抽速决定,明显更慢。同样的漏,大腔体等更久不是操作问题,是几何问题。响应时间算进去再排产,比事后解释强。

8. 现场三个误判源

大气氦 5 ppm,吸枪法的灵敏度地板,也是误报警主因;油封前级泵把氦溶进油再反扩散回高真空侧,检到大漏后读数持续虚高,开气镇排掉;强信号后不吹扫,石英窗机型可用大气经节流孔自动吹扫传感器,其他机型只能等。

9. 我们这边怎么做

出厂检漏用氦质谱,按项目图纸约定的判据执行。对外披露的能力是 1×10⁻⁹ Pa·m³/s 量级,每台都测、不抽检。方法口径参照 GB/T 36176-2018(氦质谱真空检漏方法)与 GB/T 32218-2015(真空系统漏率测试方法),报告随货。压降法在这里不作为验收判据,原因只有一条:它分不清漏和出气,也说不清温度误差。做过程判断和粗定位,压降法完全够用;要签字的那张纸,得用氦检。

检漏不是一道工序,是一个判据。判据写不清,报告就没有意义。判据按项目图纸约定,同一套判据适用于该项目的每一台腔体。

常见问题

压降法能代替氦检吗?

做过程判断可以,做验收判据不行:压降法分不清漏与出气,也没有温度修正项。要签字的那张纸,得用氦检。

氦检能做到什么量级?

真空法外部喷氦可到 5×10⁻¹³ Pa·m³/s 量级;我方出厂检漏按项目图纸判据执行,对外披露的能力是 1×10⁻⁹ Pa·m³/s 量级。

为什么大腔体检漏要等很久?

分子流区(<10⁻³ hPa)响应时间由试件容积与对氦的有效抽速决定(V/S);进入层流区(>1 hPa)后由前级泵抽速决定,腔体越大越慢。

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