用于红外探测器组件检测的超高灵敏检测仪研究

王冀

摘 要：将超高灵敏度检测仪作为研究对象，在超高灵敏度检测仪的研制中，引入了对红外探测器组件的应用，研究了整个检测仪的基本工作原理和系统设计要点，希望能够在后续的实践工作中得到进一步的推广和应用。

关键词：红外探测器；超高灵敏检测仪；电子器件；累积法

中图分类号：TN215 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.02.076

在当前的技术条件支持下，通常将氦质谱检漏仪用于对真空电子器件的漏率检测工作当中。但对于氦质谱检漏仪而言，在整个检测仪的正常使用过程当中，其所对应的最高灵敏度水平多在1.0×10-13 atm.cc/s.He单位以内。对于真空寿命要求较高、可靠性要求较高的真空电子器件而言，该灵敏度还不足以满足检测要求。因此，有必要开展对新一代超高灵敏度检测仪的研究。

1 超高灵敏检测仪的工作原理和组成

超高灵敏检测仪仍属于质谱检漏仪，在常规质谱检漏仪的基础之上进行了优化，通过对红外探测器组件的合理应用，在全金属化的构造背景下实现了对真空电子器件漏率的确切检测。整个超高灵敏检测仪的组成包括测试阀门部件、漏空阀门部件、粗抽阀门部件、标准漏孔部件、主阀门部件、电离规部件、质谱仪部件、吸气剂部件、吸气剂阀门部件、分子泵部件、热偶规部件和油泵部件。在整个系统中，超高灵敏检测仪实现高真空状态的基本思路在于：在油泵部件与分子泵部件的相互配合下，排出超高灵敏检测仪中的气体，从而形成高真空状态。具体而言，整个超高灵敏检测仪的基本组成结构如图1所示。

图1 超高灵敏检测仪基本组成结构示意图

由图1可知，对于被检测的真空电子器件而言，在其真空度水平达到1.0×10-6～5.0×10-6单位的情况下，可自动开启检测阀门部件与主阀门部件，并关闭粗抽阀门部件。在此状态下，借助杆质质谱仪对工件漏率情况进行初步检测。在初步检测阶段，多推荐应用传统的喷吹法模式展开作业，所获取的漏率大多在10-10 atm.cc/s.He单位以内。

在部分特殊的工况作用下，仅仅应用喷吹法进行检测可能出现失误或漏检的问题，因此还需要通过应用累积法检漏模式，提高漏率的检测精度。在这种漏率检测模式下，金属管道内存在的氢气、氮气、氧气、二氧化碳均能够借助于吸气剂泵完全地吸附与去除，同时，系统内部残留的气体则以氖气、氦气、氩气为主。在累积法检漏模式的干预下，操作人员可以记录在器件存在的泄露问题下。记录氦气分压所表现出的上升情况，然后抽出氦气。在此基础上，开启标准漏孔阀门，在确保漏率

稳定的情况下，关闭主阀门，以释放系统内部的氦气，并记录分压变化情况。对比分析两次记录数据，可以获取整个被检测真空电子器件的漏率水平，所对应精确度完全满足3.0×10-13 atm.cc/s.He的标准要求。在当前的实践应用中，已证实检漏率可以达到10-15 atm.cc/s.He以上标准，且对于背景压力水平较低的特殊工况，也能够维持整个检测仪检漏率的可靠与稳定。

2 超高灵敏度检测仪系统硬软件设计分析

整个超高灵敏度检测仪基于累积法检漏原理完成设计工作。这种设计思路能够合理提升工件检漏率，主要原理是：对于部分特殊的真空电子器件而言，其所对应的漏率指标较低，因此在按照常规技术方法进行检漏的过程当中，无法获取对应的氦气信号。而在累积法的作用之下，能够使氦气在一定的时间范围内迅速地累积，其含量可逐步提升并达到可被检测的标准量。同时，为了避免氦气本底出现不稳定的问题，影响超高灵敏度检测仪的检测精确性，需要在整个真空系统的硬件设计过程当中注意以下几个方面的问题：①整个超高灵敏度检测仪真空系统需要简洁、有效，确保系统内部无冗余管路。以此来降低氦气本底，维持氦气本底的稳定性。②要确保超高灵敏度检测仪真空系统中所对应的质谱仪、吸气剂泵和标准漏孔位置设计的合理性，最大限度地降低两者之间的相互影响，提高质谱仪对氦信号采集的准确性。③注意对吸气剂泵抽动速度的合理设计。严格控制抽动速度，避免因抽动速度过快或过慢而导致被检测信号减弱，由此导致检漏率差异显著。④真空系统设计中需要最大限度地提高整个超高灵敏度检测仪的通导率水平，以确保寒气分子能够达到质谱仪的检测位置，提高检测精确性。

从软件设计的角度上来说，可选取质谱仪作为INFCON公司四级杆质质谱仪。该质谱仪可支持对整个真空系统内质量数在100.0范围以内气体的精确测量。软件系统自数据测试开始，在经过分类输入程序处理后，在条件满足状态下加入环境条件，并计算结果，最终输出数据。

3 结束语

本文研究了一种建立在累积法基础之上的超高灵敏度检测仪。该检测仪在研制过程当中使用了特殊的取全金属结构材料，处理工艺特殊，并合理应用了红外探测器组件，使得检测仪能够满足现行的漏率检测水平（3.0×10-13 atm. cc/s.He），基本漏率检测灵敏度可以达到8.0×10-13 atm.cc/s.He以上。整个超高灵敏度检测仪能够在各类真空电器元器件产品的研制和生产过程当中发挥明显的优势与价值。未来可以进一步将其应用于对航天产品、核物理产品、高能粒子加速器产品的漏率检测工作当中，希望以上研究能够为同行人员提供一定的参考。

〔编辑：王霞〕