HORIBA公司D500型气体质量流量控制器MFC拆解鉴赏
虎哥 2020-7-8原创 等离子体气相沉积拆机鉴赏

在工业生产中,经常需要准确的控制气体的流量。例如半导体的气相扩散、蚀刻、溅射、注入等,都需要在真空环境中,定量的输入特种气体。气体的输入量就需要使用质量流量控制器(Mass Flow Controller,MFC)来加以控制。现代MFC已经普遍数字化,可以由上位机直接设定需要的流量。

MFC主要由两部分组成:用于限定流量的阀门,串联着用于测量和反馈的流量计。控制器根据流量计的读数,动态的调整阀门的开启程度,即可实现对流量的准确控制。限定流量的手段在过去主要是针阀,在MFC中常采用相似原理的各类变种。流量计有很多种形式,在过去或较大流量时,可以用各种“风车”原理,家里的煤气表通常就是这种结构。但是现代流量计追求全固态,不希望有运动部件,因此广泛使用量热式和压差式流量计。前者是测量气体的流动对热的管道的温度的影响来间接测定流量,后者是测量气体流过毛细管前后的压强变化来间接测定流量。量热式价格便宜,是国产MFC主要使用的原理,缺点是分辨率不高,热惯性导致的响应慢,以及对安装姿态有较严格的要求。后者有诸多好处,但是成本高价格贵。

本文拆解的是日本HORIBA STEC公司(堀场制作所)的D500型MFC,主要用于半导体行业。这个东西的控制电路似乎烧坏了,可以开机并进行面板操作,但是上位机找不到他。该MFC模块的厂商供应价大约是3万元一个,国内没有同类产品。

下图是MFC的应用场景(MPCVD设备),这里面只有右侧的电路板是KC设计的,与上位机组合后整体构成工艺气体控制器。MFC是关不死的,即使完全关闭也会漏气,因此两端必须搭配能关死的阀门使用。这些阀门如果需要自动控制,通常是气动的,电磁阀岛(右侧)仅用于开闭压缩空气。

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这就是MFC的外观了。底座上有保护膜,撕了一下没撕掉,先拍一张

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底座下方。两侧中心的孔是进出气孔,金属面密封,可以比较方便的组装集成气路

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面板

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侧面

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不知干嘛用的,本来有个膜遮住的,被我撕开了

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撕膜爽,可以看出底座是侧面是磨平了的,所以才需要保护膜,而且棱角非常锋利,应该是对外形准确度有严格要求。

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开盖

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拔掉插头,分离控制电路,剩下传感器和执行器

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右侧传感器测量进气压强,左侧两个传感器分别测量毛细管前后压强,构成压差计

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这些是压强传感器

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这是控制和接口电路板

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嗯,怪不得有青烟冒出

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现在来拆传感器和执行器。压差计的毛细管在底部。

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拆掉四颗大螺丝后所见

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金属密封,有明显压痕

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这就是一个多层通气板(我也不知道叫啥名字),大概用途是气体通过它的时候能够产生压强差。

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去掉通气板之后

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我不是搞流体的,不清楚这东西是啥原理

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内部

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气体从中心小洞流进,从左侧大洞流出。中心小洞和左侧大洞的对面分别接有一个绝对值压强计。

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接下来拆执行器,这个带弹簧的东西看起来非常坚硬,不知道是啥,悬臂梁?

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执行用的电磁铁?

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弹簧的正面

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弹簧的背面

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上图中心的凸起,从下图中心的孔插入

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刚好插到下图中心的圆饼上

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圆饼下面是平面弹簧

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去掉弹簧后有一个可以取下的底座

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去掉该底座,露出过滤芯

20200707_195008.jpg 3

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流量阀里面的所有东西

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想把“电磁铁”拆开

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只能拆掉上面的盖子。

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盖子的旋紧深度是可以调整的,应该是用来调试到合适位置。

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里面的“电磁铁”是波纹管焊接密封的,无法取出。

最后,拆一个压强计看看

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有个通气孔

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用烙铁把驱动板分离,右侧就是传感器了。

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都是这种5个腿的传感器

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可以看到焊缝,传感器的外壳是焊在底座上的。

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关于压强传感器,在以前的拆解中,遇到过类似的MEMS真空规,不过有8个腿:

https://www.kechuang.org/t/83937 

最近国产芯片的事比较热门,而MFC只是芯片工业成千上万个重要零件中的一员。上图上这些高精度机械加工产品,MEMS传感器等电子元器件以及与之配套的软件,仅仅是冰山一角。这样庞大的产业,靠一个国家是很难吃下的,抄都抄不完,更别谈“自主原创”,它需要全世界几十年的积累。

[参考]制造商信息

https://www.horiba.com/cn/semiconductor/products/new-product-lines/mass-flow-control/details/pressure-insensitive-mass-flow-module-criterion-d500-23167/ 

全文完。

[修改于 1 个月前 - 2020-07-08 01:33:15]

来自:科创生活广场 / 拆机鉴赏晶体培育 / 等离子体气相沉积
2
2020-7-9 19:18:54
虎哥(作者)
1楼

预先解答一下疑问:这些金属密封是一次性的,拆了以后肯定是不能再用了。

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2020-7-9 22:16:51
2楼
引用虎哥发表于1楼的内容
预先解答一下疑问:这些金属密封是一次性的,拆了以后肯定是不能再用了。

IGS气路 C seal 密封圈和VCR一样都是一次性的


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2020-07-11 10:15:48
2020-7-11 10:15:48
3楼

测量质量流量的机构本质上是一个孔板流量计,通过伯努利方程和连续性方程求解压降可以得到流量,那个奇奇怪怪形状的节流板设计大概是这玩意的核心技术之一,或许是为了保持在小流量下具有较高的线性性?或者大流量下减小压降?

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