HORIBA公司D500型气体质量流量控制器MFC拆解鉴赏

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。

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

撕膜时,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

这是控制和接口电路板

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?

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

3

流量阀里面的所有东西

想把“电磁铁”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”是波纹管焊接密封的,无法取出。

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20200707_200935.mp4?

最后,拆一个压强机看看

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

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