HORIBA公司D500型气体质量流量控制器MFC拆解鉴赏
虎哥2020/07/08原创 拆机鉴赏仪器仪表 IP:四川

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。

20200707_233250.jpg

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

20200707_191402.jpg

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

20200707_191412.jpg

面板

20200707_191500.jpg

侧面

20200707_191810.jpg

不知干嘛用的,本来有个膜遮住的,被我撕开了

20200707_191819.jpg

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。

20200707_191622.jpg

开盖

20200707_191848.jpg

20200707_191853.jpg

20200707_191901.jpg

拔掉插头,分离控制电路,剩下传感器和执行器

20200707_192130.jpg

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

20200707_192158.jpg

这些是压强传感器

20200707_192151.jpg

20200707_192205.jpg

20200707_192320.jpg

20200707_192328.jpg

这是控制和接口电路板

20200707_192351.jpg

20200707_192401.jpg

20200707_192510.jpg

20200707_192547.jpg

20200707_192612.jpg

20200707_192659.jpg

20200707_192705.jpg

嗯,怪不得有青烟冒出

20200707_192820.jpg

20200707_192631.jpg

20200707_192623.jpg

现在来拆传感器和执行器。压差计的毛细管在底部。

20200707_193019.jpg

拆掉四颗大螺丝后所见

20200707_193153.jpg

20200707_193205.jpg

金属密封,有明显压痕

20200707_193212.jpg

20200707_193221.jpg

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。

20200707_193237.jpg

去掉通气板之后

20200707_193237-1.jpg

20200707_193325.jpg

20200707_193308.jpg

我不是搞流体的,不清楚这东西是啥原理

20200707_193330.jpg

内部

20200707_193338.jpg

20200707_193423.jpg

20200707_193430.jpg

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。

20200707_193438.jpg

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?

20200707_194115.jpg

执行用的电磁铁?(7楼网友指出该设备采用压电陶瓷)

20200707_194140.jpg

弹簧的正面

20200707_194340.jpg

弹簧的背面

20200707_194323.jpg

上图中心的凸起,从下图中心的孔插入

20200707_194846.jpg

刚好插到下图中心的圆饼上

20200707_194900.jpg

圆饼下面是平面弹簧

20200707_194909.jpg

去掉弹簧后有一个可以取下的底座

20200707_194918.jpg

去掉该底座,露出过滤芯

20200707_195008.jpg 3

20200707_194434.jpg

20200707_194449.jpg

流量阀里面的所有东西

20200707_194356.jpg

20200707_194409.jpg

想把“电磁铁”(压电陶瓷)拆开

20200707_195428.jpg

只能拆掉上面的盖子。

20200707_195555.jpg

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。

20200707_201125.jpg

里面的“电磁铁”(压电陶瓷)是波纹管焊接密封的,无法取出。

20200707_200935.mp4  点击下载

最后,拆一个压强计看看

20200707_193743.jpg

有个通气孔

20200707_193708.jpg

用烙铁把驱动板分离,右侧就是传感器了。

20200707_200857.jpg

20200707_200452.jpg

20200707_200448.jpg

都是这种5个腿的传感器

20200707_200428.jpg

20200707_200440.jpg

可以看到焊缝,传感器的外壳是焊在底座上的。

20200707_200600.jpg

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:

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/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

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/cn/semiconductor/products/new-product-lines/mass-flow-control/details/pressure-insensitive-mass-flow-module-criterion-d500-23167/ 

全文完。

[修改于 2年1个月前 - 2022/12/02 14:12:23]

来自:仪器与装备 / 拆机鉴赏仪器与装备 / 仪器仪表
12
5
已屏蔽 原因:{{ notice.reason }}已屏蔽
{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
虎哥 作者
4年6个月前 IP:四川
882922

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。

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
超密度氢
4年6个月前 IP:内蒙古
882935
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


引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
nkh0472
4年6个月前 IP:江苏
883010

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?

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
小德喵喵
3年10个月前 IP:广东
891065

“右侧电路板KC设计的”,请问KC是什么意思?

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
虎哥作者
3年10个月前 IP:四川
891072
引用小德喵喵发表于4楼的内容
“右侧电路板KC设计的”,请问KC是什么意思?

科创。

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
工控咸鱼
2年8个月前 IP:广东
903680

如果没有加截止阀的情况下,MFC确定是没有打开的,还会泄漏吗?

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
13331077502
2年1个月前 IP:北京
910878

驱动比例阀的是压电陶瓷,不是电磁铁

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
13331077502
2年1个月前 IP:北京
911408
引用工控咸鱼发表于6楼的内容
如果没有加截止阀的情况下,MFC确定是没有打开的,还会泄漏吗?

很可能会的,金属顶金属的密封,很难封的很好

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
13331077502
2年0个月前 IP:北京
913046

带硬弹簧的哪个东西的作用应该是稳定中间细杆的作用。压电陶瓷提供的力很大,压在细杆上可能导致细杆失稳。用力压细杆会导致细杆下面变形而影响阀门的开度,从而调整流量

引用
评论
2
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
13331077502
2年0个月前 IP:北京
913047
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。

拆了之后,检查一下密封面质量,用四氟之类的软密封应该还是可以封住的,Horiba的东西加工质量很好,不过可能得提前设计一下厚度

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
xdy5211314
7个月25天前 IP:四川
931659

这个是压差式质量流量控制器,貌似要求进气比出气高一个大气压才能稳定工作。还有量热式流量控制器,貌似压差可以小一些。。我才买了三个D500系列的,。用着不错,可以电位器手动控制,也能485远程。。质量流量控制器挺贵的,底部那些气路板也不便宜啊。

引用
评论
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论
飘飘飘
4个月28天前 IP:广东
934591
引用13331077502发表于7楼的内容
驱动比例阀的是压电陶瓷,不是电磁铁

我拆了一个确认是个电磁铁 5.jpg 1.jpg 2.jpg 3.jpg 4.jpg

引用
评论
2
加载评论中,请稍候...
200字以内,仅用于支线交流,主线讨论请采用回复功能。
折叠评论

想参与大家的讨论?现在就 登录 或者 注册

所属专业
上级专业
同级专业
虎哥
专家 进士 学者 机友 笔友
文章
1556
回复
13441
学术分
39
2005/08/24注册,59分9秒前活动

刘 虎

创新工程局主席

主体类型:个人
所属领域:无
认证方式:身份证号
IP归属地:未同步
插入公式
评论控制
加载中...
文号:{{pid}}
投诉或举报
加载中...
{{tip}}
请选择违规类型:
{{reason.type}}

空空如也

加载中...
详情
详情
推送到专栏从专栏移除
设为匿名取消匿名
查看作者
回复
只看作者
加入收藏取消收藏
收藏
取消收藏
折叠回复
置顶取消置顶
评学术分
鼓励
设为精选取消精选
管理提醒
编辑
通过审核
评论控制
退修或删除
历史版本
违规记录
投诉或举报
加入黑名单移除黑名单
查看IP
{{format('YYYY/MM/DD HH:mm:ss', toc)}}