Brevet FR2026950A1 — publié le 19700925

- 1 - 2026950 Il existe un grand nombre d'emballages scellés depuis ceux qui servent à emballer les céréales jusqu'à ceux qui- sont utilisés pour les composants électroniques. Les emballages scellés contiennent soit une denrée soit un ensemble d'un produit et 5 ils protègent leur*contenu en empêchant d'une manière étanche l'environnement ambiant de pénétrer dans l'emballage et en maintenant d'-une manière étanche une atmosphère ambiante voulue autour du contenu se trouvant à l'intérieur de l'emballage scellé. La durée du séjour en magasin permettant d'utiliser la denrée ou 10 l'ensemble dépend, par suite,principalement du fait que l'emballage scellé reste intact. Il existe un besoin permanent pour des systèmes sûrs mais cependant rapides permettant d'examiner les emballages scellés et de. déterminer s'ils sont intacts. Lorsque le régime de produc- 15 tion d'-une denrée emballée ou d'un ensemble emballé est de l'ordre de centaines de milliers, il est important d'obtenir une précision poussée et une faible durée moyenne pour l'examen de chaque emballage scellé et permettre au producteur de réussir à en tirer profit. ^t^Par exemple, les circuits électroniques intégrés sont 20 sortis ./ laboratoire où le régime de production était de 10 à 20 ensembles fabriqués à la main chaque année pour être fabriqués dans une chaîne de production avec une production annuelle de l'ordre de.plusieurs millions. Un grand nombre de ces circuits sont^places intégrés/soit individuellement soit par petits groupes, à l'inté-25 rieur d'un emballage scellé qui peut présenter un volume interne minimal d'environ deux à cinq microlitres. La durée du séjour en magasin permettant d'utiliser les circuits intégrés emballés dépend du bon état des emballages scellés. Un emballage scellé ne peut rester intact lorsqu'il exis-30 te des fuites. Une fuite importante dans un emballage scellé est semblable à l'enlèvement du couvercle d'un bocal; l'emballage cesse d'être intact et il doit être rejeté. De même, une fuite moyenne telle qu'une ouverture relativement petite constitue une raison pour rejeter l'emballage, et même une fuite fine peut signi-35 fier le rejet de l'emballage défectueux. Lorsque la durée nécessaire pour qu'il se produise des échanges entre l'environnement de l'emballage et l'environnement extérieur est longue, par exemple de trois années par suite d'une fuite fine, l'emballage scellé peut rester suffisamment intact lorsque le circuit intégré est 40 utilisé après une courte durée d'emballage. De ce fait, des sys- 69 44598 - 2 - 2026950 tëmes d'examens précis et rapides sont nécessaires pour pouvoir déterminer non seulement l'existence de fuites importantes, mais également celle de fuites fines dans des emballages scellés. Avant la présente invention, on ne disposait d'aucun système d'inspec-5 tion simple satisfaisant permettant de déterminer avec précision l'existence de toutes les fuites, qu'elles soient importantes ou fines, d'un emballage scellé. Les emballages scellés sont examinés actuellement pour déterminer s'ils présentent des fuites par un certain nombre de de , 10 procédés à l'aide/systèmes connus de la technique antérieure. L'un d'eux est un essai par bulles au cours duquel quatre ou cinq emballages sont d'abord trempés dans un bain de Fréon ou de glycérine chaud et sont observés ensuite pour voir s'il se produit ou non des bulle ^provenant de l'un quelconque ou de la totalité des 15 emballages. Si une bulle se produit, l'emballage suspect est rejeté. Cependant, il existe toujours une possibilité qu'une petite bulle d'air puisse s'accrocher à la surface de l'emballage lorsque ce dernier est trempé (l'air est d'une manière prédominante de l'azote de sorte que pour la présente description l'air et 20 l'azote sont considérés comme étant des synonymes). La bulle d'air indésirable se déplace, se gonfle et s'écarte de-l'emballage de sorte qu'il est impossible de déterminer visuellement si la bulle qui se déplace provient d'une fuite de l'emballage ou si c'est une bulle provenant de l'extérieur, et ceci a pour résultat de fai-25 re rejetea» l'emballage suspect. Un bain de Fréon permet de réduire cette difficulté due aux bulles indésirables mais sans supprimer la difficulté. Après le choc thermique subi par 1'emballage lorsqu'on le trempe dans le bain chaud, chaque emballage est placé dans une 30 chambre et il est mis sous pression dans une atmosphère contrôlée telle que de l'hélium pendant une durée d'-une période réglée, par exemple à une pression manométrique d'environ 4,5 bars pendant 60 minutes. La pression accrue de la chambre a- pour résultat de faire déformer la paroi de l'emballage, bien qurs& général, cette 35 déformation -ne soit pas permanente. Après que la période de durée réglée se soit écoulée, la chambre cesse d'être sous pression et l'emballage est disposé dans la chambre d'un instrument de détection (lorsque l'hélium constitue l'atmosphère sous pression, l'instrument est un détecteur d'hélium). Un vide est produiVdans la 40 chambre de l'instrument de détection de sorte que tout l'air 69 44598 - 3 - 2026950 est éliminé de la chambre» TJne tentative est alors faite pour détecter toute quantité d'hélium qui peut s*échapper à travers une fuite de l'emballage scellé. En supposant que l'emballage scellé présente une fuite, on peut espérer qu'une certaine quan-5 tité d'hélium reste à l'intérieur de l'emballage et s'échappe à travers la fuite. Il y a d'autres essais qui comprennent des opérations d'examen semblables, toutes consistant à soumettre un emballage scellé à une atmosphère sous pression pendant des périodes de durées prolongées et à détecter ensuite si une quantité 10 quelconque de l'atmosphère qui a pu pénétrer dans l'emballage par une fuite s'en écoule. Il est facile de comprendre que la précision est faible, la durée de séjour moyenne pour l'examen de chaque emballage est élevée et qu'il y a toujours un risque que l'emballage ne soit déformé. 15 En conséquence, la présente invention a pour but de fournir : - un procédé et un appareil nouveaux et perfectionnés servant à examiner ou à faire des essais sur les emballages scellés afin de déterminer l'existence des fuites. 20 - un procédé et un appareil pour examiner des emballages scellés afin de déterminer s'il existe des fuites présentant une gamme étendue de valeurs. - un procédé et un appareil pour examiner des emballages scellés afin de déterminer s'il existe des fuites, lesquels permet- 25 tent de supprimer tout effort mécanique sévère appliqué aux emballages. - un procédé et un appareil pour examiner des emballages scellés afin de déterminer s'il existe des fuites, lesquels sont économiques, sûrs, extrêmement précis et peuvent être mis en oeu- 30 vre rapidement. En bref, suivant la présente invention, un emballage scellé qui doit être examiné pour déterminer s'il présente des fuites est disposé dans une petite chambre d'un appareil d'examen et l'air qui se trouve à l'intérieur de la chambre est remplacé 35 par un gaz tel que de l'hélium en une période de durée aussi courte que possible. La chambre est alors disposée dans ^ courant d'hélium en mouvement qui va à un instrument de détection sensible à l'azote, par exemple, mais non au gaz véhicule constitué par l'hélium. Une fuite importante de l'emballage scellé se 40 traduit par un signal important de courte durée du détecteur tan 69 44598 - 4 - 2026950 dis qu'une fuite fine se traduit par un déplacement pas à pas, La chambre est successivement purgée avec de l'hélivit et mise en communication avec l'instrument de détection, et un écran continu d'hélium est formé pendant 1 'examen par l'appareil 5 d'examen et des soupapes de commande correspondantes. L'appareil d'examen comporte une chambre primaire intérieure formée par des éléments associés séparaKLes qui renferment l'emballage et une chambre secondaire extérieure destinée à l'écran de gaz continu formé autour des bords -associés de la chambre primaire. 10 D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. 15 Sur ce dessin, La Pig, 1 est un schéma de l'appareil servant à examiner des emballages scellés en utilisant une forme d'appareil d'examen, représenté en coupe, suivant l'invention ; et La Fig. 2 représente graphiquement des courbes d'enre-20 gistrement produites par l'appareil d'examen h l'aide du procéda selon l'invention*lorsqu'on expra:ne des emballages scellés pour déterminer la présence ou l'absence de fuites. En .se vreportant à la Pig. S, une forme de système 10 servant à*examiner ou essayer des emballages scellés pour dé+er-25 miner la présence de fuites suivant la présente invention, comprend un appareil d'examen 12. Il est envisagé que l'appareil d'exames puisse être utilisé dans d'autres formes de systèmes où il est souhaitable d'examiner avec précision et rapidité des emballages scellés. 30 L'appareil d'exapien 12 de la Pig. 1, sous la forme re présentée, comporte des éléments associés séparables 14 et 16 qui sont serrés d'une manière -"amovible l'ion contre l'autre par des éléments de serrage élastiques semblables 18 agissant sur des bricls respectives 20 ei» 22 des éléments 14 et t6.de l'appareil. 35 Lorsque les éléments 14 et 16 sont serrés ensemble, comme représenté, une surface en relief intérieure 24 de l'élément 14 vient en contact avec Une surface en relief intérieure 26 de l'élément 16 suivant un contact d'étanchéité qui forme une barrière à peu près étanche au fluide entre une chambre primaire intérieure 28 40 -t une chambre extérieure secondaire 30. Un joint élastique 32, 69 44598 -5- 2026950 qui peut être constitué par une bague torique ou par un élément semblable, est disposé à l'intérieur de la chambre extérieure secondaire 30 et forme une barrière "secondaire étanche au fluide qui coopère avec là barrière étanche au fluide prévue entre les 5 chambres primaire et secondaire 28 et 30. Dans le système 10 de la Fig. 1, une source de gaz 34 est reliée par l'intermédiaire d'un moyen de distribution et de réglage approprié tel que des vannes de réglage 36 et 37 de la source, à des canalisations respectives 38 et 40. La source de 10 gaz 34 est reliée par la canalisation 40 à un orifice d'admission 42 et de cette manière à la chambre primaire 28, ainsi qu'un orifice d'admission 44 de la chambre secondaire 30. Un orifice de sortie 46 de la chambre primaire 28 est relié sélectivement par l'intermédiaire d'un distributeur de commande approprié tel qu'un 15 distributeur de commande d'essai 48 monté sur une canalisation 50, soit à une canalisation 51 qui est reliée par une canalisation 52 à un instrument de détection 54 présentant un dispositif approprié sënsible aux signaux, tel qu'un lecteur de courbes ou un enregistreur sur bande 56, comme représenté schémati-20 quement, soit à irne canalisation 58 qui est reliée à une canalisation d'évacuation ou de sortie 60. La canalisation 38 est également reliée par la canalisation 52 à 1'instrument de détection 54. Un orifice & sortie 62 de la chambre secondaire est relié directement à la canalisation de sortie 60 par une canalisation 64. 25 Du point de vue fonctionnement, un emballage scellé 66 qui doit être examiné pour déterminer s'il présente ou non des fuites est disposé à l'intérieur de la chambre intérieure primaire 28. Les éléments 14 et 16 de l'appareil sont4serrés ensemble et enferment l'emballage serré 66,-puis les vannes de commande 36 30 et 37 sont ouvertes.' Le gaz provenant de la source 34 s'écoule par la canalisation 38 vers 1'instrument de détection 54 et par la canalisation 40 il va aux chambres primaire et secondaire 28 et 30 par les orifices d'entrée respectifs 42 et 44. Le courant de gaz balaye ou purgé les chambres primaire et secondaire 26 et 35 30 en les débarrassant de-l'air qui est refoulé des chambres à travers les orifices de sortie respectifs 46 et 62. Le distributeur de commande 4& est disposé initialement de manière à diriger l'air purgé qui provient de la chambre primaire 28 par la canalisation 58 vers la canalisation 60. L'air purgé qui-provient de la 40 chambre secondaire 30 par la canalisation 64 est également envoyé' 69 44598 - 6 - 2026950 à la canalisation 60. La vanne de commande 36 est ouverte pendant cette période afin de fournir un courant comfcinu de gaz traversant l'instrument de détection 54. Après une période de durée choisie, à peu près la totalité de l'air a été purgée des chambres 5 primaire et secondaire 28 et 30 et seul le gaz de la source s'écoule à travers la canalisation 60. Le distributeur de commande 48 est alors disposé de manière à diriger le gaz de la source qui vient par la canalisation 50 de la chambre primaire 28 vers la canalisation 51 et par suite vers la canalisation 52 qui est 10 reliée à l'instrument de détection 54 et la vanne de commande 36 est fermée. Le gaz de la source remplit de ce fait me double fonction, il sert d'abord de gaz - véhicule et traverse la chambre primaire 28 et secondement, il forme un écran de gaz continu dans la chambre secondaire 30. Le courant de gaz écran qui traverse la 15 chambre secondaire se dilue et balaye de la chambre secondaire de l'appareil d'examen toute quantité d'air qui peut rester dans un coin ou une crevasse de celle-ci de sorte qu'une probabilité que de l'air pénètre dans la chambre primaire 28, pendant que l'emballage scellé 66 est examiné,est à peu près sinon totalement 20 annulée. En se reportant à la Pig. 2, après la purge initiale de l'air de la chambre primaire 28, lorsque le gaz de la source est de l'hélium et que l'instrument de détection est un détecteur de chromâtographie gazeuse classique qui est sensible à l'azote 25 mais non à l'hélium, l'instrument de détection 54 détecte le gaz qui .s'écoule de la chambre primaire et un signal d'information résultant est transformé en -une lecture de courbe par l'enregistreur 54 qui donne la courbe 70 ; le■distributeur de commande 48 étant disposé de manière à diriger, après la purge initiale,1'at-30 mosphère de la chambre primaire vers la canalisation 51 et par suite vers la canaLisation 52. La courbe 70 présente une pointe A qui correspond à la quantité de l'air de fond qui est balayée de la chambre primaire 28 par l'hélium de la source. La partie B .de la courbe 70 représente la ligne de référence de l'instrument 35 lorsque seul l'hélium de la source est détecté par ce dernier. Il convient de noter que la pointe A de la courbe de calibrage 70 est une déviation importante et de courte durée en comparaison de la partie relativement plate 'B. Lorsque l'emballage scellé 66 est disposé dans la cham-40 bre primaire 28, la chambre est purgée de son air qui est envoyé 69 44598 - 7 - 2026950 à la canalisation de sortie ou d'évacuation 60 et ensuite la chambre primaire est reliée à l'instrument de détection 54, de la manière décrite ci-dessus. Si l'emballage présente une fuite importante, l'instrument de détection détecte l'air qui s'échappe 5 rapidement de l'emballage et produit une courbe correspondante 72 indiquant une fuite importante et qu'on voit sur la Pig. 2. Lorsque l'emballage présente une fuite importante, l'écart par rapport à la ligne de référence (partie B de la courbe 70) est important et de courte durée. Si l'emballage présente une fuite 10 moyenne, la courbe résultante 74 présente un écart initial important le long du tracé 72 et ensuite un retour relativement rapide vers la ligne de référence. Si l'emballage présente une fuite fine, la courbe .résultante 76 comporte une partie C d'écart de courte durée qui s'aplatit et présente une partie prolongée D 15 c'est à dire qui constitue en fait une"nouvelle ligne de référence". Par suite, la courbe 76 présente un déplacement par paliers. Exemple Le système décrit ci-dessus a été essayé avec succès. Un groupe de petits emballages électroniques scellés d'une maniè-20 re hermétique ont été examinés alors que les paquets individuels mesuraient 6,4 X 3 >2 X 4,2 mm et contenaient de 3 à 5 microlitres d'azote gazeux à une pression interne légèrement inférieure à la pression atmosphérique. Un gaz véhicule formé par de l'hélium straînait l'azote qui pouvait s'écouler des fuites des emballages 25 scellés vers un détecteur de chromâtographie gazeuse de sensibilité poussée (Varian Aerograph Hélium Detector). Des fuites comprises entre 1 X 10-^ à 1 X 10-^ cm^ par seconde d'azote à la température et à la pression standards ont été mesurées. Des tensions mécaniques et thermiques sévères des emballages scellés ont été 30 supprimées du fait que l'exposition au gaz véhicule formé par l'hélium à une pression de 0,34 bar ou moins ^ a été relativement courte (inférieure à une minute par emballage). Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif 35 et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. - 1.La pression extérieure manométrique de 0,34 bar peut être réduite à O bar à volonté. Dans l'exemple on a utilisé line pres-- sion man-ométrique de 0., 34 bar pour des raisons de commodité 40" d'utilisation du système. 69 44598 - 8 - 2026950 REVENDICATIONS 1. Procédé pour examiner un- emballage scellé, rempli de gaz,afin de déteiminer s'il présente des fuites, caractérisé en ce qu'il consiste : à placer l'emballage dans une chambre d'exa- 5 m en, à fermer d'une manière étanche la chambre d'examen, à faire passer un gaz choisi au préalable,différent du gaz contenu dans l'emballage, à travers la chambre d'examen par un orifice d'admission de cette dernière , à analyser le gaz qui sort par un orifice de sortie la chambre d'examen après-une période de durée 10 prédéterminée pour déterminer si un gaz quelconque s'écoulant à travers une fuite de l'emballage scellé existe ou non dans le gaz choisi au préalable, et à enlever l'emballage de la chambre. 2. Procédé suivant la revendication 1,.caractérisé en ce que l'opération consistant à faire passer un gaz choisi au 15 préalable à travers la chambre d*examen consiste de plus à purger la chambre d'examen avec le gaz choisi au préalable arant d'analyser ce dernier. 3". Procédé suivant la revendication 1,caractérisé en ce que le gaz choisi au préalable est de l'hélium, le gaz étant 20 analysé au moyen d'un détecteur d'hélium pa-r om'omatographie gazeuse. tout gaz' / de l'emballage scellé à travers une fuite est analysé suivant une base quantitative pour pouvoir déterminer le ré-25 gime quantitatif de fuite de l'emballage scellé. 5. Procédé pour examiner un emballage scellé afin de déterminer s'il présente-cbs fuite^ caractérisé en ce qu'il consiste : à enfeimer l'emballage dans -une chambre d'examen formée physiquement à l'intérieur d'une chambre secondaire, à faire passer 30 ion gaz choisi au préalable à travers la chambre d'examen et à travers la chambre secondaire, et à analyser le gaz provenant de la chambre d'examen après une période de durée prédéterminée pour déterminer si tout gaz s'écoulant à travers une fuite de l'emballage scellé existe ou non dans le gaz choisi au préalable. 35 - - 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'opération consistant à faire passer un gaz choisi au préalable à travers la chambre d'examen et à travers la chambre secondaire consiste• de-plus à purger la chambre d'examen et la chambre secondaire avec le gaz choisi au préalable avant d'analyser le gaz 40 et consiste de plus à envoyer à l'atmosphère le gaz choisi au préa 69 44598 - 9 - 2026950 lable traversant- la chambre- -secondaire tout en analysant le gaz provenant de la chambre-d'examen. 7. Ensemble d1 examen pour déterminer l'existence de fuites dans des emballages -scellés, caractérisé en ce qu'il comprend : -un 3 appareil d'examen destiné-à recevoir un emballage scellé, au moins un moyen d'entrée et un moyen cte sortie de l'appareil d'examen, une source .de gaz- fournissant-une alimentation en un gaz choisi au préalable, un moyen de détection destiné à détecter la présence de tout gaz s'écoulant d'une fuite d'un emballage scellé et com-10 portant au moins un premier moyen d" 'admission dans le détecteur et un moyen de commande reliant la source de gaz au moyen dradmission de l'appareil d'-examen et reliant l'orifice de sortie du moyen d'examen au moyen d'admission détecteur de sorte que le détecteur ne détecte que le gaz choisi - au préalable et tout gaz qui s'écoule 15 d'une fuite de l'emballage scellé disposé à l'intérieur dudit appareil d'examen. 8. Ensemble d'examen-suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de - commande comprend "un moyen relié à l'atmosphère qui évacue sélectivement le gaz provenant de l'appa- 20 reil d ' examen. - 9. Ensemble d'examen suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'appareil d'examen comprend -; au moins un premier et un second éléments sépârables, un moyen de liaison coopérant avec le premier et le second éléments séparables et les 25 reliant d'une manière amovible, au moins une chambre primaire et une chambre secondaire formées par le premier et le second éléments séparables une fois reliés, ladite chambre secondaire renfermant d'-une manière générale ladite chambre primaire, un moyen d'étanchéité primaire à peu près étanche au fluide disposé entre 30 la chambre primaire et la chambre secondaire et un, moyen d'étanchéité secondaire formant un joint secondaire à peu près étanche au fluide, ledit moyen d'entrée comprenant un orifice d'entrée dans la chambre primaire et un orifice d'entrée dans ladite chambre secondaire et le moyen de sortie comprenant un orifice de i 35 sortie de la chambre primaire relié sélectivement-et successivement au moyen allant à 1'atmosphère et au détecteur et un orifice de sortie de la chambre secondaire qui est relié au moyen allant à 1'atmosphère. 10. -Ensemble-d 'examen suivant-la revendication 9, carac-40 térisé en ce que le joint secondaire est élastique et est disposé 69 44598 - 10 - 2026950 à l'intérieur de ladite chambre secondaire. 11'. Ensemble d'examen servant à déterminer l'existence de fuites dans des emballages scellés, caractérisé en ce qu'-il comprend : un appareil d'examen comportant une chambre primaire 5 et une chambre secondaire, la chambre primaire étant enfermée d'une manière générale dans la chambre"secondaire et étant séparée physiquement-de celle-ci, la- chambre - primaire étant destinée à recevoir un emballage scellé, une source de gaz assurant une alimentation en un gaz choisi au préalable, un-moyen de détection des-10 tiné à détecter la présence de tout gaz s*écoulant d'une fuite de l'emballage scellé et comportant au moins un premier moyen d'entrée du détecteur, un moyen relié à l'atmosphère évacuant sélectivement le gaz provenant'de la chambre primaire et évacuant d'une manière continue le gaz~ provenant de la chambre secondaire 15 et un distributeur de commande reliant sélectivement la source de gaz aux chambres primaire et secondaire et reliant sélectivement et successivement la chambre-primaire au moyen allant à l'atmosphère et au moyen de détection. 20