一种工件充气方法与流程

本发明涉及一种科学试验仪器领域，更具体地说，尤其涉及一种工件充气方法。

背景技术：

1、随着电子行业的发展，电子零部件存储环境的要求越来越高。由于氦气在化学上具有较高的惰性，一些电子零部件必须存储在氦气环境中，以防止电子零部件与氧气、氮气等发生化学反应。

2、对此，上游客户对工件环境提出了以下需求：

3、（1）工件最终氦气气压应达到pf；

4、（2）工件最终内部含有的空气分子数n空气≤[n空气阈值]。

5、对于上述需求，常规的设计方法是：

6、步骤一，使用真空泵+分子泵实现超高真空；

7、步骤二，充氦气。

8、但是，上述常规的实施方法并不通用。

9、第一种情况：当[n空气阈值]在某些范围内，通过分子泵可实现上述目标，但是实现的时间很长。

10、第二种情况：在[n空气阈值]较低时，上述常规的实施方法可能无法实现。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种工件充气方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种工件充气方法，工件所需的环境为：最终氦气气压应达到pf；工件最终内部参与的空气分子数n空气≤[n空气阈值]；

4、其中，阶段一为：j个“抽真空-氦气置换”循环，j为大于等于1的整数；

5、任意第i个“抽真空-氦气置换” 循环过程包括：

6、a.对工件进行抽真空，使得工件中的气压低于设定的目标气压值p3,i；

7、b.对工件进行充氦气，使得工件内的氦气气压不低于设定的目标气压值p1,i；

8、c.对工件进行放气，使得工件内的气压低于设定的目标气压值p2,i；

9、i表示1～j中的任意一个整数；

10、其中，阶段二为：抽真空-充氦气，其包括以下步骤：

11、a.对工件进行粗抽；

12、b.对工件进行加热且同时对工件进行精抽，直至气压降低到pv；

13、c.对工件内充氦气，直至其氦气气压达到预设气压pf；

14、阶段一的工艺参数、阶段二的工艺参数要满足：

15、

16、v工件表示单个工件的内部的体积；

17、r表示普适气体常数，其取值为8.31j/(mol·k)；

18、t为温度，取273k。

19、进一步，阶段二中的步骤b中的工件进行加热的温度为23°c～230°c。

20、进一步，所述工件充气的方法采用一种多工位真空充排气平台来实现；所述的多工位真空充排气平台包括：抽真空系统、温控系统、充气系统、工位系统；

21、其中，抽真空系统用于对工件进行抽真空，用于实现阶段一循环过程中的步骤a以及阶段二的步骤a和步骤b；

22、其中，温控系统用于实现阶段二的步骤b中的对工件进行加热；

23、其中，充气系统用于实现阶段一循环过程中的步骤b以及阶段二的步骤c；

24、其中，工位系统用于安装多个工件以及实现阶段一中的步骤c。

25、进一步，抽真空系统包括：主抽气管道、第一分支抽气管道、第二分支抽气管道；真空泵、隔断阀、检漏阀、低规、前级阀、分子泵、高规、抽空阀、旁抽阀；

26、第一分支抽气管道、第二分支抽气管道并联，第一分支抽气管道、第二分支抽气管道的第二端均与主抽气管道的第一端连接，第一分支抽气管道、第二分支抽气管道的第一端均与工位系统主管道的第二端连接；

27、在主抽气管道上从第一端到第二端的方向上分别安装：检漏阀、低规、隔断阀、真空泵；

28、在第一分支抽气管道上安装有旁抽阀；

29、在第一分支抽气管道上从第一端到第二端的方向上分别安装：抽空阀、高规、分子泵、前级阀。

30、进一步，充气系统包括：充气气源、调节阀、第一安全阀、第一压力传感器、充气阀、充气管道；

31、充气管道的第一端与所述充气气源连接，充气管道的第二端与所述工位系统主管道的第二端连接，从充气管道的第一端到第二端的方向上，依次安装有：调节阀、第一安全阀、第一压力传感器、充气阀。

32、进一步，工位系统包括：工位系统主管道、工位系统连接容器、放气阀、第二压力传感器、n个工位连接系统；工位系统主管道、工位系统连接容器连接；

33、工位系统主管道上安装有放气阀；

34、工位系统连接容器上安装有第二压力传感器；

35、工位连接系统包括：工位连接管道、工位阀；在所述工位连接管道上安装有所述工位阀；所述工位连接管道的第一端与所述工位系统连接容器连接，第二端与所述工件连接。

36、进一步，充气气源为氦气。

37、进一步，真空泵采用干式机械泵。

38、进一步，阶段一：“抽真空-氦气置换”循环，阶段一为：j个“抽真空-氦气置换”循环；

39、任意第i个“抽真空-氦气置换” 循环过程包括：

40、a.对工件进行抽真空，使得工件中的气压低于p3,i：

41、充气系统的阀门均关闭，工位系统的工位阀开启，抽空阀以及前级阀关闭，旁抽阀打开，然后真空泵开启工作，气体从工位连接管道-工位系统连接容器-工位系统主管道-第一分支抽气管道-主抽气管道-真空泵抽出；当低规监测到的气压小于p3,i时，即关闭真空泵、旁抽阀；然后保持一定时间t3；

42、b.对工件进行充氦气，使得工件内的氦气气压不低于p1,i：

43、抽真空系统的阀门均处于关闭状态，工位系统的工位阀保持开启状态，充气系统的调节阀、充气阀保持开启状态，基于第二压力传感器来监测工位的气压，当第二压力传感器监测到的气压大于p1,i时，工位阀以及充气系统的调节阀、充气阀均保持关闭；然后保持一定时间t1；

44、c.对工件进行放气，使得工件内的气压低于p2,i：

45、抽真空系统的阀门均处于关闭状态，工位系统的工位阀保持开启状态，充气系统的调节阀、充气阀保持关闭状态，此时，开启工位系统主管道上安装的放气阀，使得工位内的氦气得以放出，当第二压力传感器监测到的气压低于p2,i时，关闭放气阀；然后保持一定时间t2；

46、阶段二：抽真空-充氦气；

47、上述阶段一结束后，将放气阀关闭；

48、此时，充气系统的阀门均保持关闭状态，工位系统的工位阀保持开启状态，然后，进行以下工作：

49、（1）第一抽气阶段：气体从第一分支抽气管道-主抽气管道-真空泵抽出；抽空阀以及前级阀关闭，旁抽阀打开，真空泵开启工作，通过低规来监测真空度；

50、（2）第二抽气阶段：气体从第二分支抽气管道-主抽气管道-真空泵抽出；旁抽阀关闭，抽空阀、前级阀、分子泵打开，通过高规来监测真空度；在第二抽气阶段开始时，温控系统开启对工件进行加热；

51、（3）充气：抽真空系统的阀门均关闭，充气系统的阀门开启，给工件充注指定压力的氦气pf,并保持时间t4。

52、进一步，t1、t3、t4一般不小于180s；t2一般不小于60s。

53、本技术的有益效果在于：

54、第一，本技术的基础构思在于提出了一种工件充气方法，其核心要点在于其包括阶段一以及阶段二；

55、其中，阶段一为：j个“抽真空-氦气置换”循环； 任意第i个“抽真空-氦气置换” 循环过程包括：

56、a.对工件进行抽真空，使得工件中的气压低于p3,i；

57、b.对工件进行充氦气，使得工件内的氦气气压不低于p1, i；

58、c.对工件进行放气，使得工件内的气压低于p2, i；

59、其中，阶段二为：抽真空-充氦气，其包括以下步骤：

60、a.对工件进行粗抽；

61、b.对工件进行加热且同时对工件进行精抽，直至气压降低到pv；

62、c.对工件内充氦气，直至其氦气气压达到预设气压pf（严格而言，此时的气压是由剩余的空气和氦气叠加而成，但是此时空气分子极少，其构成的气压占比忽略不计）。

63、第二，本技术的第二个发明点在于：如何满足工件的充气要求：“最终氦气气压应达到pf；工件最终内部参与的空气分子数n空气（单位为mol）≤[n空气阈值]（单位为mol）”；

64、采用阶段一、阶段二的联合方法，如何设计参数：j个循环过程的气压矩阵以及pv；

65、j个循环过程的气压矩阵如下：

66、

67、其包含有3j个参数。特别的，j本身也是一个参数。

68、阶段一、阶段二的工艺参数要满足：

69、

70、nv=pvv工件/rt；

71、v工件表示单个工件的内部的体积；

72、r表示普适气体常数，其取值为8.31j/(mol·k)；

73、t为温度(k)，一般取273k；

74、也即，已知[n空气阈值]、v工件的情况下，通过上式来确定气压矩阵中的p3,i、p1, i以及pv。对于p2,i而言，根据实际情况可自主决定（其属于中间过程），例如p2,i选择为300pa。也即，放气阀403连通的容器，其环境压力一般在50pa（采用机械泵抽真空）；换言之，放气阀不能直接与大气连接，因为这样的话会可能会造成大气的倒灌，丧失置换的意义。

75、根据上述工艺参数满足的条件，可以合理的确定j以及j个循环过程的气压矩阵。

76、第三，本技术的第三个发明点在于设计了多工位充排气平台，以满足本技术的工艺需求。