La norme ASTM E493/E493M-11, relative aux détecteurs de fuites par spectrométrie de masse en mode de test interne-externe, élaborée par l'ASTM (American Society for Testing and Materials), décrit les procédures de test d'étanchéité à travers les parois des boîtiers de semi-conducteurs, de relais hermétiques, de dispositifs pyrotechniques et de dispositifs similaires. Ces procédures permettent de détecter les fuites à travers les parois des boîtiers avant tout test. La sensibilité de ces détecteurs peut varier en fonction du volume interne, de la résistance du boîtier, du temps disponible pour la préparation du test et des propriétés d'adsorption de l'hélium par le matériau du boîtier. En pratique courante, les limites de sensibilité pour l'hélium se situent entre 10⁻¹⁰ et 10⁻⁶ Pa m³ / s, bien que ces limites puissent être largement dépassées dans certains cas.
Cette norme définit deux méthodes d’essai :
Aux fins de la présente norme, les termes et définitions de la norme « ASTM E1316-16 Terminologie standard pour les essais non destructifs » s'appliquent.
Les méthodes d’essai décrites dans cette norme exigent que l’éprouvette contienne de l’hélium à une pression calculable pendant l’essai. Si le dispositif ne peut pas être scellé avec une pression d'hélium connue à l'intérieur, il est nécessaire de bombarder la pièce dans une chambre à pression d'hélium pour introduire de l'hélium dans la pièce à tester en cas de fuite.
Après avoir soumis la pièce à tester à des moyens de pressurisation à l'hélium, elle est placée dans un boîtier qui est ensuite mis sous vide et relié à un détecteur de fuite de spectromètre de masse. En cas de fuite, un signal de sortie est reçu du détecteur de fuite. Si le taux de fuite réel de la pièce d'essai doit être connu, il doit alors être calculé à partir de la lecture de sortie et des paramètres d'essai.
Les méthodes A ou B sont utiles pour tester des dispositifs hermétiquement scellés avec des volumes internes. Les taux de fuite maximum acceptables pour les dispositifs microélectroniques sont établis pour garantir que les caractéristiques de performance ne seront pas affectées par la pénétration d'air, de vapeur d'eau ou d'autres contaminants pendant la durée de vie estimée prévue. Il faut veiller à contrôler la pression de bombardement, le temps de bombardement et le temps d'attente après le bombardement, sinon les résultats peuvent varier considérablement.
Les fissures de surface, la peinture, la saleté et les joints en polymère peuvent absorber l'hélium pendant la procédure de bombardement et contribuer au signal de sortie du détecteur de fuite. À moins que ce processus ne soit uniforme et cohérent, c'est-à-dire à moins que les pièces d'essai étanches ne donnent toujours le même signal d'hélium, la sensibilité du test est limitée par le signal de fond de l'hélium absorbé. Une ou les deux procédures de rinçage à l'azote ou de cuisson des pièces pendant 30 minutes entre le bombardement et le test aident parfois à réduire ce signal de fond.
En cas de fuites importantes ou de très petits volumes internes dans les pièces d'essai, l'hélium qui a éventuellement été scellé ou bombardé dans la pièce d'essai peut s'être échappé avant d'être testé dans le détecteur de fuites du spectromètre de masse. Pour les fuites importantes, les tests doivent être effectués dans les quelques secondes suivant le retrait des pièces de la bombe, ou pour les fuites importantes, une méthode de test alternative doit être utilisée : test à bulles, bombardement liquide et changement de poids. Si la méthode de recherche de fuites importantes utilise un liquide, elle doit être effectuée après le test de fuite à l'hélium pour éviter de colmater les petites fuites.
Lors de la réalisation de ces tests, un détecteur de fuite par spectromètre de masse est utilisé. De plus, la pompe d'ébauche est utilisée pour éliminer l'air de l'enceinte d'essai dans laquelle la pièce d'essai est placée. Cet appareil dispose de moyens de mesure de pression et de vannes adaptées pour se connecter au détecteur de fuite après avoir évacué l'enceinte d'essai. D'autre part, un récipient sous pression est utilisé lors des tests. Ce conteneur peut résister en toute sécurité à la pression de bombardement à l'hélium requise. Les récipients sous pression doivent être conformes aux codes de sécurité applicables aux récipients sous pression.
Les tests nécessitent également le matériel suivant :
Lors de l'application de la méthode d'essai A (bombardement), une quantité de pièces scellées à tester est placée dans un récipient sous pression. Le récipient sous pression est ensuite rincé à l'hélium ou mis sous vide (cette dernière méthode est généralement préférée). Le conteneur est scellé avec de l’hélium et pressurisé à la pression spécifiée. Il est maintenu à la pression spécifiée pendant le temps nécessaire pour garantir la sensibilité et la pression de test souhaitées. L'hélium est libéré à une distance significative du détecteur de fuite. (Il peut être évacué du bâtiment par canalisation ou rejeté dans un réservoir de stockage pour éviter d'augmenter la pression ambiante d'hélium dans la zone de test). Les éprouvettes sont retirées du récipient sous pression et rincées avec de l'air sec sans hélium ou de l'azote pour éliminer l'hélium absorbé par la surface. Le temps de lavage peut être déterminé expérimentalement.
Les objets à tester sont placés individuellement ou en multiples dans la zone de test du détecteur de fuites du spectromètre de masse et testés. Le taux de fuite spécifié de chaque pièce et le temps en secondes pendant lequel la pièce sort du récipient sous pression sont enregistrés. Si plusieurs pièces sont testées simultanément et que le détecteur de fuite du spectromètre de masse indique une fuite, les pièces sont testées individuellement et le taux de fuite de chaque pièce ainsi que le temps en secondes pendant lequel elle a été retirée du récipient sous pression sont notés. Pour trouver le taux de fuite réel d'une pièce particulière, l'équation simplifiée donnée dans la norme en supposant un flux moléculaire est utilisée.
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