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。
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
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
面板
侧面
不知干嘛用的,本来有个膜遮住的,被我撕开了
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。
开盖
拔掉插头,分离控制电路,剩下传感器和执行器
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
这些是压强传感器
嗯,怪不得有青烟冒出
现在来拆传感器和执行器。压差计的毛细管在底部。
拆掉四颗大螺丝后所见
金属密封,有明显压痕
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。
去掉通气板之后
我不是搞流体的,不清楚这东西是啥原理
内部
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。
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?
执行用的电磁铁?(7楼网友指出该设备采用压电陶瓷)
弹簧的正面
弹簧的背面
上图中心的凸起,从下图中心的孔插入
刚好插到下图中心的圆饼上
圆饼下面是平面弹簧
去掉弹簧后有一个可以取下的底座
去掉该底座,露出过滤芯
流量阀里面的所有东西
想把“电磁铁”(压电陶瓷)拆开
只能拆掉上面的盖子。
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。
里面的“电磁铁”(压电陶瓷)是波纹管焊接密封的,无法取出。
最后,拆一个压强计看看
有个通气孔
用烙铁把驱动板分离,右侧就是传感器了。
都是这种5个腿的传感器
可以看到焊缝,传感器的外壳是焊在底座上的。
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。