技术解读：氦质谱检漏仪的应用与优势

氦质谱检漏仪利用磁偏转原理制成的、对示漏气体氦反应灵敏的、用于检漏的质谱仪。

氦质谱检漏仪气体工业名词术语，用氦气作示漏气体，以气体分析仪检测氦气而进行检漏的质谱仪。氦质谱泄漏检测仪在气体泄漏检测中有许多应用领域，如管道和设备泄漏检测、有害气体排放风险检测、空气污染源检测、燃料管道火灾隐患检测、空腔封装电子元器件密封性检测等。氦气的本底噪声低，分子量及粘滞系数小，因而易通过漏孔并易扩散；另外，氦系惰性气体，不腐蚀设备，故常用氦作示漏气体。将这种气体喷到接有气体分析仪(调整到仅对氦气反应的工作状态)的被检容器上，若容器有漏孔，则分析仪即有所反应，从而可知漏孔所在及漏气量大小。（机器如图一）




图一 氦质谱检漏仪（HESZK AT600）


金鉴实验室的设备采用的是德国普发复合型分子泵 SplitFlow80、德国莱宝真空计 TTR 91N、德国宝蒂电磁阀、美国纽曼蒂克电磁阀、鲍斯机械泵等部件，标准漏孔。

一、设备主要技术指标

1、最小可检漏率（真空模式）：5×10-13Pa·m3/s2、 最小可检漏率（吸枪模式）：1×10-7 Pa·m3 /s3、检漏口压力：Gross:1500 Pa; Fine:200 Pa; Ultra:40 Pa4、粗抽能力：14.5m3 /h(包装箱、配件总重130kg)5、氦气抽速（Gross模式）：8 l/s6、氦气抽速（Fine模式）：7 l/s7、氦气抽速（Ultra模式）：2.5 l/s8、 检漏口规格：DN 25 ISO-KF9、启动时间：≤170s10、接口：RS-232/485 USB11、输入/输出接口：Digital I/O,Relays

二、测试标准

JEDEC JESD22-A109B

三、测试参数

气密性：Pa·m3/s、atm.cc/s、mbar·L/s

四、适用样品和大小尺寸

适用于大小不超过（长80mm*宽80mm*高40mm）需要做氦气检漏的空腔（实体中有一部分是空的）样品 。（实验案例如图二）





图二实验案例

五、为什么要检漏呢？

很多情况下，我们需要密封住一定的空间，防止气体或液体在压力作用下，流进或流出这个空间，如真空设备(真空镀膜机，液晶注入机，PVD，半导体外延等等)，需要在真空条件下工作，要求在工作时，空气不能漏进工作腔体，否则生产不能进行，或者产生次品，浪费人力物力。另外装液体或气体的容器(液压气瓶，氧气瓶，空调冰箱的雪种容器等等)，要求在容器内外存在压差的情况下，不能有气体或液体漏出。如果有漏，后果严重，一般会造成有效物资的浪费，如有毒物资、腐蚀性气体漏出，甚至会酿成事故。这些对密封性有要求的产品或设备，在投入使用前，就要先进行检漏，使用过程中也要定期利用氦质谱检漏仪进行检漏检查。

六、漏气体的选择及特性分析

氦质谱检漏仪对示漏气体的要求及选择一般应从以下几方面考虑：


1、无害，不能对人体或环境造成伤害;


2、质量轻，惰性气体，穿透能力强，能穿透微小细缝;


3、化学性质稳定，不会引起化学反应和易燃易爆;


4、在空气环境中含量尽可能少且组分基本恒定的气体，满足检漏灵敏度方面的要求，减少本底干扰检测的准确性。氢和氦都是比较理想的示踪气体，空气中的含量少，质量轻，运动速度快，分子直径小，同等条件下，直线运动距离长。在实际使用中，也相对比较容易获取，可以大量使用。由于He具有无色、无臭、无活性、不可燃的特性，因此一般检漏都采用氦气(He)作为示漏气体，但也有用氢气(H)作为示漏气体的，考虑到它的化学性质及危险性，在应用中较少使用，所以实际大部分检漏使用的都是氦气。


氦分子在质谱检漏仪器高真空的环境中扩散的速度很高，用氦气作示漏气体其本底噪声低，分子质量及粘滞系数小，因而极易通过漏孔并易扩散；另外，氦系惰性气体是无破坏性、无毒、无危险，不腐蚀设备，故常用氦作示漏气体。将这种气体喷到接有氦质谱检漏仪(调整到仅对氦起反应的工作状态)的被检容器上，若容器某一部位有漏孔，则氦质谱检漏仪立即有所反应，从而可知漏孔所在位置及检测到漏气量大小。

七、漏气体的选择及特性分析

泄漏和密封是相对而言的，氦质谱检漏仪检测被检容器的泄漏程度的量化一般用漏率来表示，其计算方法原理如下：容器泄漏程度的量化，用泄漏率来表示。漏率的定义其中：







△P 为压强的变化量V为容器的体积△t为时间的变化量因此漏率可简单理解为：单位时间内，单位体积容器，压强的变化。

八、泄漏程序的量化

氦质谱检漏仪的检漏方式通常有两种，一种为常规检漏，另一种为逆扩散检漏。逆扩散检漏是把被检件接在分子泵出气口一端，漏入的氦气由分子泵出气口逆着泵的排气方向进入安装在泵的进气口端的质谱管内而被检测。这一检漏方式是基于分子泵对不同质量的气体具有不同压缩比(气体在分子泵出气口压强与进气口压强之比)即利用不同气体的逆扩散程度不同程度而设计的。

九、逆扩散原理

逆扩散方式检漏允许被检件内压强较高，氦质谱检漏仪可达300Pa(一般常规检漏仪为0.05Pa以下)，适合检大型容器或有大漏的器件，也适合吸枪检漏。逆扩散方式还具有质谱管不易受污染，灯丝寿命长等优点。


1、吸枪法被检件充入高于大气压的探索气氦，检漏仪的检漏口连接称之为吸枪的气体采集器。当试件有漏时，泄漏的氦气被吸枪吸入检漏仪，而被检测。吸枪在试件表面移动，同时注视检漏仪漏率指示的变化，一旦泄漏增加，吸枪所指位置即漏点所在。因此吸枪法也是能确定漏孔的检漏方法。


2、钟罩法——测总漏率将被检件与仪器检漏口联接抽真空，在被检件外面罩以充满氦气的容器，如被检件有漏孔，氦气便由漏孔进入被检件，最终达到质谱管被检测。所测漏率是被检件的总漏率，不能确定有几个泄漏点和每个漏点的准确位置。可以看出钟罩法是基于喷吹法的一种检漏方法。


3、背压法——测总漏率电子元器件进行气密性检测时常用背压法。检漏前用专用加压容器向被检件压入氦气(由压力和时间控制压入的量)，然后取出被检件，吹去表面吸附氦后放入专用检漏罐中，再将检漏罐联接到检漏仪的检漏口上，对检漏罐抽真空，实施检漏。若器件有漏，则通过该漏孔压入的氦气又释放出来进入检漏罐，最终到达质谱管。用这种方法测得的漏率也是总漏率。


4、辅助真空系统对子漏气速率和放气速率较大或者体积较大的被检件，若直接与检漏仪相连，检漏仪的真空度可能抽不上去，使检漏仪无法工作。此种情况须加接辅助真空系统，提高对被检件的抽速。最简单的辅助真空系统只需一个机械泵和两个阀门，复杂的系统可由前级泵、次级泵、阀门、真空规及标准漏孔等组成。次级泵可用扩散系或罗茨泵，前级系最好用气镇式机械泵。


金鉴实验一直专注于提升对自身产品技术与创新，针对不同行业客户的检漏需求，制订专属技术服务解决方案，并在多项高端技术领域与大中型企业建立深度合作，采用产学研相结合的研发模式，密切关注应用领域的前瞻性需求，大力引进国内外相关领域的最新科研成果，保障了企业产品在技术上的强大优势，同时金鉴实验在专业领域中积累了丰富的经验与专业技术。一直秉承“持续创新、持续发力”的原则，致力将氦质谱检漏技术推向更高的发展维度！