CN113624565B - 微量气氛取样检测装置及微量气氛取样检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微量气氛取样检测装置及微量气氛取样检测方法，微量气氛取样检测装置，包括中空的检测腔体以及真空系统，检测腔体与真空系统连通，检测腔体内设置有测试装置、样品固定装置以及质谱仪，测试装置与样品固定装置对应设置，样品固定装置用于固定设置样品，测试装置能够破坏样品的气密封，质谱仪对样品逸出的气氛进行分析。通过将内部气氛取样和检测分析结构设置在同一个腔体中，相比现有技术不再需要设置具有空间死角的结构，避免了其对样品内部气氛扩散的不利影响，即使样品内的气氛气体很少，其也能够在检测腔体中充分扩散，使质谱仪能够获取并加以测试分析，本发明的微量气氛取样检测装置具有检测灵敏度高、分析检测限低的特点。

Description

微量气氛取样检测装置及微量气氛取样检测方法

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，特别是涉及微量气氛取样检测装置及微量气氛取样检测方法。

背景技术

微电子器件的封装分类按照密封形式可以分为气密封装和非密封装两种。其中，气密封装器件的封装材料有金属、陶瓷、玻璃等多种，封装结构的内部为空腔，充有高纯氮气或其它惰性气体。空腔内部气氛除了基体气体之外，在元器件封装过程中还可能会引入水蒸气、氧气、二氧化碳、以及有机材料挥发释放出的甲醇、乙醇、丙酮、甲苯等有机气体，加速内部金属的腐蚀、导致元器件绝缘性能下降或参数超差，是影响气密封装元器件可靠性的关键因素。因此，在高可靠性要求的应用会对气密封器件的内部气氛组分及其含量做出明确要求，例如国军标和美军标明确规定内部水汽含量不能超过5000ppm。

基于此，有必要对微电子器件内的内部气氛进行取样分析。目前最常用的内部气氛分析方法为质谱分析法，原理是将样品的气密封装破坏后，把内部气氛送入到质谱分析的真空腔中进行电离，不同质荷比的离子经过加速电场的作用形成离子束，进入质量分析器后按照质荷比大小会聚焦在不同的点，形成质谱图，由此得出内部气氛的组成和含量。

根据这一分析方法，现有技术中的微电子器件内部气氛取样检测装置，通常分为内部气氛取样和检测分析两部分结构，两者通过气路通道连接。这种设计由于气路通道的存在，结构相对复杂，并且重要的是，气路管道管壁的吸附作用、结构拐角存在死空间等会限制所采样的内部气氛进入检测分析部分，进而影响检测限。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术中无法将内部气氛充分输送给检测分析部分的问题，提供一种微量气氛取样检测装置以及微量气氛取样检测方法。

本发明一方面公开了一种微量气氛取样检测装置，包括中空的检测腔体以及真空系统，所述检测腔体与所述真空系统连通，所述检测腔体内设置有测试装置、样品固定装置以及质谱仪，所述测试装置与所述样品固定装置对应设置，所述样品固定装置用于固定设置样品，所述测试装置能够破坏所述样品的气密封，所述质谱仪对样品逸出的气氛进行分析。

在其中一个实施例中，所述质谱仪靠近所述真空系统与所述检测腔体的连通处设置。

在其中一个实施例中，所述样品固定装置靠近所述质谱仪设置。

在其中一个实施例中，所述样品固定装置包括样品固定结构以及样品固定架，所述样品固定架固定连接于所述检测腔体，所述样品固定结构设置在所述样品固定架上，所述样品设置在所述样品固定结构上。

在其中一个实施例中，所述样品固定架包括固定件以及活动件，所述固定件与所述检测腔体固定，所述活动件活动连接于所述固定件，所述样品固定结构固定在所述活动件上。

在其中一个实施例中，所述固定件与所述活动件卡槽连接。

在其中一个实施例中，所述测试装置为手动穿刺机构，包括穿刺针以及传动机构，所述穿刺针位于所述检测腔体内，所述传动机构贯穿所述检测腔体的腔壁，所述穿刺针与所述传动机构连接，所述传动机构能带动所述穿刺针运动。

在其中一个实施例中，所述微量气氛取样检测装置还包括真空检测装置和控制器，所述控制器分别与真空检测装置以及测试装置电性连接，所述真空检测装置将检测腔体内的真空度实时发送给控制器，所述控制器将真空度与预设值进行比较，当所述真空度达到预设值时，所述控制器将所述测试装置关闭。

本发明另一方面公开了一种微量气氛取样检测方法，应用于上述任一所述的微量气氛取样检测装置，包括以下步骤：

(1)将样品设置在样品固定装置上，打开真空系统使检测腔体达到指定真空度，

(2)操作测试装置，使测试装置破坏所述样品的气密封，

(3)保持所述真空系统处于工作状态，启动质谱仪完成内部气氛取样分析，

(4)关闭真空系统，将样品从样品固定装置上取下；

循环执行上述步骤(1)-(4)。

在其中一个实施例中，所述微量气氛取样检测方法还包括在步骤(4)之后，重新打开真空系统，以及在步骤(1)之前，关闭真空系统。

有益效果

本发明所述的微量气氛取样检测装置，通过将内部气氛取样和检测分析结构设置在同一个腔体中，相比现有技术也就不再需要设置气路通道等具有空间死角的结构，也就避免了其对样品内部气氛的扩散造成不利影响，这种情况下即使样品内的气氛气体很少，其也能够在检测腔体中充分扩散，使质谱仪能够获取并对其加以测试分析，因此本发明所述的微量气氛取样检测装置具有检测灵敏度高、分析检测限低的特点。

附图说明

图1为本发明一种实施例中所述的微量气氛取样检测装置的示意图；

图2为本发明一种实施例中所述的微量气氛取样检测装置的样品固定装置的示意图；

其中，1为检测腔体，2为真空系统，3为测试装置，4为样品固定装置，5为质谱仪，6为真空检测装置，7为样品，11为盖板，12为辅助密封结构，41为样品固定结构，42为样品固定架，421为固定件，422为活动件，51为离子源，52为质量分析器，53为探测器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

结合图1，如图1所示为本发明一种实施例的微量气氛取样检测装置，包括中空的检测腔体1，所述检测腔体1内设置有测试装置3、样品固定装置4以及质谱仪5，所述测试装置3与所述样品固定装置4对应设置，所述样品固定装置4用于固定设置样品7，所述测试装置3破坏所述样品7的气密封，所述质谱仪5对样品7逸出的气氛进行分析，所述微量气氛取样检测装置还包括真空系统2，所述检测腔体1与所述真空系统2连通。

上述的本发明的微量气氛取样检测装置，可以将规则形状的气密封的样品7，或者外壳表面不规则的气密封的样品7，或者外壳表面易碎的气密封的样品7设置在样品固定装置4上，使用真空系统2比如真空泵将所述检测腔体1抽成真空状态，完成取样准备。这之后操作测试装置3，将前述的样品7的气密封进行破坏，由于检测腔体1为真空状态，被破坏的样品7其内部气氛迅速逸出并扩散至整个检测腔体1内部空间，这就使得同样位于检测腔体1内部的质谱仪5能够对样品7的气氛气体完成测试分析。本发明所述的微量气氛取样检测装置，通过将内部气氛取样和检测分析结构设置在同一个腔体中，相比现有技术也就不再需要设置气路通道等具有空间死角的结构，也就避免了其对样品7内部气氛的扩散造成不利影响，这种情况下即使样品7内的气氛气体很少，其也能够在真空的检测腔体1中充分扩散，使质谱仪5能够获取并对其加以测试分析，因此本发明所述的微量气氛取样检测装置具有检测灵敏度高、分析检测限低的特点。

其中优选的，在其中一个实施例中，所述质谱仪5设置在所述真空系统2与所述检测腔体1的连通处附近。为了保证检测腔体1的真空度，所述真空系统2会不断从检测腔体1抽出气体，因此真空系统2与检测腔体1的连通处的压力要低于检测腔体1中其他位置的气压，由于气体具有自发地从高压位置流动至低压位置的趋势，当样品7被破坏，其内部气氛气体逸出时，会自发地向真空系统2与检测腔体1的连通处扩散，通过把质谱仪5设置在真空系统2与检测腔体1的连通处的附近，样品7的内部气氛气体能够在第一时间被质谱仪5获得以进行进一步测试分析，如此，便可以进一步提高本发明所述的微量气氛取样检测装置的检测灵敏度并降低其检测限。相似的，在其中一个实施例中，所述样品固定装置4设置在所述质谱仪5的附近。这就使得当所述的样品7在被测试装置3破坏气密封时，其内部气氛在扩散后能够最快地被质谱仪5所获取，提高本发明所述的微量气氛取样检测装置的检测灵敏度并降低其检测限。

具体来说，在其中一个实施例中，如图1所示，本发明所述的微量气氛取样检测装置其质谱仪5包括离子源51、质量分析器52以及探测器53。当样品7的气密封被破坏，内部气氛气体迅速扩散至离子源51处，所述离子源51将内部气氛气体电离成具有不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用形成离子束，进入所述质量分析器52。在所述质量分析器52中，再利用电场或磁场使不同荷质比的离子在空间上或时间上分离，或是通过过滤的方式，将它们分别聚焦到探测器53，所述探测器53将分离后的离子转换为电信号以得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱，完成对样品7内部气氛的测试分析。

具体来说，在其中一个实施例中，所述样品固定装置4包括样品固定结构41以及样品固定架42，所述样品固定架42固定连接于所述检测腔体1，所述样品固定结构41设置在所述样品固定架42上，所述样品7设置在所述样品固定结构41上。可以理解的，本发明对于所述样品固定结构41以及所述样品固定架42的具体形式并不加以限定。举例来说，在部分实施例中，所述样品固定结构41为设置在所述样品固定架42上的凹槽，所述样品7装设于所述凹槽中。其中优选的，所述凹槽与所述样品7形状相匹配，从而保证所述测试装置3在破坏气密封时并不会出现样品7滑走等意外情况。又或者，在另一些实施例中，如图1所示，所述样品固定结构41为高出所述样品固定架42的凸台，所述样品7通过双面胶粘贴在在所述凸台上。通过设置凸台，可以使所述样品7更加易于被测试装置3所破坏，而双面胶粘贴的方式在保证样品7具有足够稳定性的同时，降低了更换样品7的繁琐性。其中优选的，在如图2所示一些实施例中，所述样品固定架42包括固定件421以及活动件422，所述固定件421与所述检测腔体1固定，所述活动件422活动连接于所述固定件421，所述样品固定结构41固定在所述活动件422上。由于样品7通常体积很小，所以直接更换样品7的技术方案容易使得测试装置3无法与所述样品7正对，导致样品7的气密封无法被完全破坏，其内部气氛也就无法完全逸出至所述检测腔体1内，从而影响了本发明所述的微量气氛取样检测装置的使用便捷性和准确性。通过使用此实施例的技术方案，可以将样品7预固定在所述活动件422上的正确位置，当对所述样品7进行更换时，仅需要将所述活动件422进行更换即可，此时所述样品7的气密封能够被所述测试装置3给完全破坏，保证其内部气氛能够完全逸出，有效保证了本发明所述的微量气氛取样检测装置的高检测灵敏度及较低的检测限。具体来说，所述固定件421与所述活动件422之间为卡槽连接。如图2所示，在该部分实施例中，所述活动件422下端设置有燕尾槽，所述固定件421对应所述燕尾槽在其顶端设置有导轨，所述导轨能插在所述燕尾槽中，使所述活动件422能相对所述固定件421滑动。

可以理解的，本发明的所述测试装置3具有多种实现方式。在部分实施例中，所述测试装置3为手动穿刺机构，包括穿刺针以及传动机构，所述穿刺针位于所述检测腔体1内，所述传动机构在保证检测腔体1密封性的情况下贯穿所述检测腔体1的腔壁，所述穿刺针与所述传动机构连接，所述传动机构能带动所述穿刺针运动。以图1所示的实施例为例，所述传动机构能够带动所述穿刺针在竖直方向运动。在操作所述测试装置3时，操作人员通过控制所述传动机构，使位于所述检测腔体1内部的穿刺针发生运动，所述穿刺针在运动过程中与所述样品7发生接触，将所述样品7的外壳刺穿，使得所述样品7内部气氛在极短时间内释放出来，以便质谱仪5完成取样分析。在另一些实施例中，所述测试装置3为电动穿刺机构，包括步进电机、步进杆以及穿刺转头，所述步进杆能够被所述步进电机驱动伸长或缩短，所述穿刺转头与所述步进杆连接。

其中优选的，本发明所述的微量气氛取样检测装置还包括真空检测装置6，用于检测所述检测腔体1内部的真空度。通过使用真空检测装置6对检测腔体1内气压进行实时检测，一旦样品7被测试装置3破坏其气密封，检测腔体1内的气压迅速上升，这就表明样品7已经被刺穿，此时即可以立刻停止测试装置3。相比现有技术，本发明的微量气氛取样检测装置能够清楚地了解到样品7是否已被破坏气密封，避免破坏过度导致样品7内结构也发生破坏，对内部气氛结果造成不利影响。进一步地，本发明所述的微量气氛取样检测装置还可以包括控制器，所述控制器分别与真空检测装置6以及测试装置3电性连接，所述真空检测装置6将检测腔体1内的真空度实时发送给控制器，所述控制器将真空度与预设值进行比较，当所述真空度达到预设值时，所述控制器将所述测试装置3关闭。具体来说，所述真空检测装置6可以为真空规。

具体来说，本发明所述的微量气氛取样检测装置，在如图1所示的实施例中，所述检测腔体1设置有开口，用于将样品7以及其他装置设置在所述检测腔体1内部，所述检测腔体1对应所述开口设置有盖板11，所述盖板11与所述检测腔体1之间还设置有辅助密封结构12，例如可以为密封圈或者密封脂等。

本发明另一方面公开了一种微量气氛取样检测方法，应用于前述任一所述的微量气氛取样检测装置，包括以下步骤：

(1)将样品7设置在样品固定装置4上，打开真空系统2使检测腔体1达到指定真空度，

(2)操作测试装置3，使测试装置3破坏所述样品7的气密封，

(3)保持所述真空系统2处于工作状态，启动质谱仪5完成内部气氛取样分析，

(4)关闭真空系统2，将样品7从样品固定装置4上取下。

通过不断重复上述微量气氛取样检测方法，可以连续地对若干样品7进行检测，相比现有技术大幅简化操作步骤，能够以较高的灵敏度和较低的检测限对样品7的内部气氛加以取样检测，提高其测试结果的准确性。

其中优选的，在步骤(4)之后，重新打开真空系统2，在步骤(1)之前，关闭真空系统2。如此，便可以保证本发明的所述微量气氛取样检测装置在不使用时不被污染，并且可以让检测腔体1内的装置能够尽量保证相同工作状态，从而保证检测结果的准确性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种微量气氛取样检测装置，其特征在于，包括中空的检测腔体以及真空系统，所述检测腔体与所述真空系统连通，所述检测腔体内设置有测试装置、样品固定装置以及质谱仪，所述测试装置与所述样品固定装置对应设置，所述样品固定装置用于固定设置样品，所述测试装置能够破坏所述样品的气密封，所述质谱仪用于对样品逸出的气氛进行分析；

所述样品固定装置包括样品固定结构以及样品固定架，所述样品固定架固定连接于所述检测腔体，所述样品固定结构设置在所述样品固定架上；其中，所述样品固定架包括活动件，所述样品设置在所述活动件上；

所述微量气氛取样检测装置还包括真空检测装置和控制器，所述控制器分别与真空检测装置以及测试装置电性连接，所述真空检测装置将检测腔体内的真空度实时发送给控制器，所述控制器将真空度与预设值进行比较，当所述真空度达到预设值时，所述控制器将所述测试装置关闭。

2.根据权利要求1所述的微量气氛取样检测装置，其特征在于，所述质谱仪靠近所述真空系统与所述检测腔体的连通处设置。

3.根据权利要求1所述的微量气氛取样检测装置，其特征在于，所述样品固定装置靠近所述质谱仪设置。

4.根据权利要求3所述的微量气氛取样检测装置，其特征在于，所述样品固定架包括固定件，所述固定件与所述检测腔体固定，所述活动件活动连接于所述固定件，所述样品固定结构固定在所述活动件上。

5.根据权利要求4所述的微量气氛取样检测装置，其特征在于，所述固定件与所述活动件卡槽连接。

6.根据权利要求1所述的微量气氛取样检测装置，其特征在于，所述测试装置为手动穿刺机构，包括穿刺针以及传动机构，所述穿刺针位于所述检测腔体内，所述传动机构贯穿所述检测腔体的腔壁，所述穿刺针与所述传动机构连接，所述传动机构能带动所述穿刺针运动。

7.根据权利要求1所述的微量气氛取样检测装置，其特征在于，所述检测腔体设置有开口，用于将样品以及其他装置设置在所述检测腔体内部，所述检测腔体对应所述开口设置有盖板，所述盖板与所述检测腔体之间还设置有辅助密封结构。

8.一种微量气氛取样检测方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的微量气氛取样检测装置，包括以下步骤：

(1)将样品设置在样品固定装置上，打开真空系统使检测腔体达到指定真空度，

(2)操作测试装置，使测试装置破坏所述样品的气密封，

(3)保持所述真空系统处于工作状态，启动质谱仪完成内部气氛取样分析，

(4)关闭真空系统，将样品从样品固定装置上取下；

循环执行上述步骤(1)-(4)。

9.根据权利要求8所述的微量气氛取样检测方法，其特征在于，还包括在步骤(4)之后，重新打开真空系统，以及在下一次实施步骤(1)之前，关闭真空系统。