CN101042195A - 电磁阀 - Google Patents

Abstract

一种电磁阀，包括：一非磁性阀座位于电磁阀整体的最下面，其上面的中心形成有一气室，自该气室至外壁有导阀口和主阀口；一阀体的断面为倒T型，且为中空，该阀体用螺丝与非磁性阀座连接，其最上部分有螺纹；一磁性阀芯为一柱体，在其端部的中心开有一圆孔，其位于阀体的中空部，在该磁性阀芯与阀体之间的下部有一弹簧，该弹簧套在磁性阀芯的外壁上；一氟胶条，其大小与磁性阀芯的圆孔大小一致，放在磁性阀芯的圆孔内；一电磁线圈缠绕在阀体的外壁上；一外壳套置在阀体的外面，其上面有一圆口，大小与磁性阀芯的最上部分相同，两个之间由螺母固定。

Description

电磁阀

技术领域

本发明涉及半导体设备制造领域，特别是涉及金属有机化学气相沉积设备、氢化物气相外延设备等半导体制造设备气路中的电磁阀。

背景技术

对于金属有机化学气相沉积设备、氢化物气相外延设备或其他半导体制造设备，阀门是实现流体通断的关键。传统的气动阀利用压缩气体为动力源，需要配管、压缩气体、电磁先导阀门等辅助装置才能工作，安装成本高。另外气动阀需要隔膜、波纹管等传递动力，而隔膜或波纹管是由一种很薄(0.1毫米左右)的金属制成，容易破碎；而电磁阀门直接用电力驱动，具备装配容易、故障率低，以及符合自动化需求。另外，电磁阀采用非接触的电磁力驱动，不需要易破碎的隔膜或波纹管传递动力。对于多路气体源系统，需要用管道将单个阀门连接起来，需要许多焊接口合连接点，增加了设备系统的漏率可能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种半导体设备中应用的电磁阀。全不锈钢电磁阀在接受电控信号能自动开启或关闭，实现对管道中的流体的通断控制。该电磁阀可广泛地应用于腐蚀性腐蚀气体，超净气等气体介质控制。该阀门具有启闭迅速，可靠性高等优点。

本发明提出如下设计方案以达到上述的目的。

本发明一种电磁阀，其特征在于，包括：

一非磁性阀座，该非磁性阀座位于电磁阀整体的最下面，该非磁性阀座上面的中心形成有一气室，自该气室至外壁有导阀口和主阀口；

一阀体，该阀体的断面为倒T型，且为中空，该阀体用螺丝与非磁性阀座连接，该阀体的最上部分有螺纹；

一磁性阀芯，该磁性阀芯为一柱体，在其端部的中心开有一圆孔，该磁性阀芯位于阀体的中空部，在该磁性阀芯与阀体之间的下部有一弹簧，该弹簧套在磁性阀芯的外壁上；

一氟胶条，该氟胶条的大小与磁性阀芯的圆孔大小一致，该氟胶条放在磁性阀芯的圆孔内；

一电磁线圈，该电磁线圈缠绕在阀体的外壁上；

一外壳，该外壳套置在阀体的外面，该外壳上面有一圆口，大小与磁性阀芯的最上部分相同，该外壳与磁性阀芯之间由螺母固定。

其中磁性钢阀体的上半部分和下半部分是具有磁性的不锈钢材料，中间部分则是非磁性不锈钢材料，三者焊接在一起。

其中非磁性阀座与阀体之间有一密封圈。

其中密封圈的材料是橡胶密封圈、金属密封圈。

其中非磁性阀座、阀体、磁性阀芯均为不锈钢的材料。

本发明一种组合式电磁阀，其特征在于，其是由多个如权利要求1所述的电磁阀组合在一起，该电磁阀的阀座制成一体，阀体相互独立，该多个电磁阀的导阀口连接在一起，形成一进多出的结构。

本发明一种组合式电磁阀，其特征在于，其是由多个如权利要求1所述的电磁阀组合在一起，该电磁阀的阀座制成一体，阀体相互独立，该多个电磁阀的主阀口连接在一起，形成多进一出的结构。

其中该组合式电磁阀还可以作成多进多出式结构。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的具体结构和应用作进一步说明，其中：

图1a为本发明的结构示意图，显示阀门开启状态，也是第一实施例；

图1b为本发明的结构示意图，显示阀门关闭状态；

图2是阀体的结构剖面图；

图3a是单个电磁阀的阀座示意图；

图3b是图3a的剖面图；

图4a为本发明一进多出电磁阀阀座的示意图(以一进四出为例)，为本发明第二实施例；

图4b为图4a的剖面图；

图5a为本发明多进一出电磁阀阀座的示意图(以三进一出为例)，为本发明第三实施例。

图5b为图5a的剖面图；

图6a为本发明五进四出组合电磁阀示意图，为本发明第四实施例；

图6b为图6a的剖面图；

图7a为本发明四进四出组合电磁阀示意图，为本发明第五实施例。

图7b为图7a的剖面图；

图8a为本发明二进二出转换电磁阀示意图，为本发明第六实施例；

图8b为图8a的剖面图。

具体实施方式

请参阅图1a、图1b、图2、图3a、图3b所示，本发明一种电磁阀，其特征在于，其特征在于，包括：

一非磁性阀座1，该非磁性阀座1位于电磁阀整体的最下面，该非磁性阀座1上面的中心形成有一气室14，自该气室14至外壁有导阀口11和主阀口12；

一阀体5，该阀体5的断面为倒T型，且为中空，该阀体5用螺丝与非磁性阀座1连接，该阀体5的最上部分有螺纹，该磁性阀体5的上半部分5a和下半部分5c是具有磁性的不锈钢材料，中间部分5b则是非磁性不锈钢材料，三者焊接在一起(参阅图2)；其中非磁性阀座1与阀体5之间有一密封圈10，该密封圈10的材料是橡胶密封圈、金属密封圈；

一磁性阀芯3，该磁性阀芯3为一柱体，在其端部的中心开有一圆孔31，该磁性阀芯3位于阀体5的中空部，在该磁性阀芯3与阀体5之间的下部有一弹簧7，该弹簧7套在磁性阀芯3的外壁上；

一氟胶条6，该氟胶条6的大小与磁性阀芯3的圆孔31大小一致，该氟胶条6放在磁性阀芯3的圆孔31内；

一电磁线圈4，该电磁线圈4缠绕在阀体5的外壁上；

一外壳8，该外壳8套置在阀体5的外面，该外壳8上面有一圆口，大小与磁性阀芯5的最上部分相同，该外壳8与磁性阀芯5之间由螺母9固定。

其中非磁性阀座1、阀体5、磁性阀芯3均为不锈钢的材料。

请参阅图4a、图4b所示，为本发明的第二实施例，本发明一种组合式电磁阀，其是由多个(本实施例中为四个)图1a、图1b所示的电磁阀组合在一起，该电磁阀的阀座1制成一体结构，阀体5相互独立，该多个电磁阀的导阀口11连接在一起，形成一进多出的结构，其他结构均与第一实施例相同。

请参阅图5a、图5b所示，为本发明的第三实施例，本发明一种组合式电磁阀，其是由多个(本实施例中为三个)图1a、图1b所示的电磁阀组合在一起，该电磁阀的阀座1制成一体结构，阀体5相互独立，该多个电磁阀的主阀口12连接在一起，形成多进一出的结构，其他结构均与第一实施例相同。

其中该组合式电磁阀还可以为多进多出式结构，如五进四出结构，如图6a、图6b所示，为本发明的第四实施例；或如图7a、图7b所示，为本发明的第五实施例，该多进多出式结构的原理与前述实施例相同，具体结构不详细描述。

图8a、图8b为本发明的第六实施例，为二进二出式结构，该二进二出式结构的原理与前述实施例相同，具体结构不详细描述。

实施例

本发明的电磁阀主要包括磁性阀门外壳8、非磁性不锈钢阀座1、不锈钢阀体5、磁性不锈钢阀芯3、电磁线圈4、弹簧7以及氟胶条6等，其结构如图1a和图1b所示，其中图1a是阀门开启状态，图1b为阀门关闭状态。不锈钢阀体5与非磁性不锈钢阀座1之间用不锈钢螺丝2连接，用密封圈10密封。不锈钢阀体5的上半部分5a和下半部分5c都是具有磁性的不锈钢材料，中间部分5b则是非磁性不锈钢材料，不锈钢阀体5的最上部分呈螺纹型，与外壳8之间用不锈钢螺母9拧紧，这样在通电时，能更好的形成磁通路，不锈钢阀体5的中心有一空洞5d，空洞5d大小与磁性不锈钢阀芯3大小一致，在空洞内有一小台阶，如图2所示。磁性不锈钢阀芯3的中心有一圆孔31，大小与柔性密封材料氟胶条6一样，氟胶条6强行塞入磁性不锈钢阀芯3的圆孔31里，在阀门工作时，与阀座上的导阀口接触，这样保证了阀门的关闭密封性。在磁性不锈钢阀芯3的外面套一尺寸稍大的弹簧7，弹簧7与阀芯3一起插入不锈钢阀体5的空洞5d里，阀芯3可以在不锈钢阀体5的空洞5d里自由活动，在台阶处，弹簧7被挡住。在不锈钢阀体5的外围套一尺寸稍大的电磁线圈4，用来产生磁场。非磁性不锈钢阀座1的中心有一圆孔，为导阀口11，该导阀口11与进气口连通。主阀口12与出气口连通。阀门的进气和出气口接口都在非磁性不锈钢阀座1上，可以是VCR接口也可以是其他接口。整个阀门外面装一外壳8。

电磁阀的工作原理为：当电磁线圈4通电时，由磁性不锈钢阀芯3、不锈钢阀体5的上半部分5a、外壳8、阀体5的下半部分5c构成一个磁通路，由于阀芯3与阀体5的上半部分之间有一定的间隙，这样两者之间的磁阻最大，所以电磁线圈4通电后，固定的阀体5的5a部分就会向上吸住可活动的阀芯3，此时弹簧7在台阶处被挡住，处于压缩状态。由于阀芯3向上被吸住，主阀腔内的介质自导阀口11外泄，主阀口开启，阀门呈通路状态；当电磁线圈4断电后，磁力消失，阀芯3在被压缩弹簧7的弹力下，离开阀体5的5a部分复位，于是氟胶条重新封闭导阀口11，导阀和主阀腔内压力平衡，阀门呈关闭状态。整个阀门的漏气率为3×10-10Pa.M3/s-1。

组合阀的工作原理与单个电磁阀的工作原理一样，只是在工作时，需要同时开启或是关闭多个电磁阀。

以下再参照附图对本发明的实施例的电磁阀进行说明。

图1是本发明单个电磁阀的剖面图，其中1为非磁性不锈钢阀座，是整个阀门的底座，阀门的进出口和内部的通道都在阀座上，不同的通道形成不同的阀门结构，是整个阀门的关键部件；2为不锈钢螺丝，用来连接不锈钢阀体5和阀座1；中间用O型橡胶垫圈10密封；3为磁性不锈钢阀芯，4为电磁线圈，5为不锈钢阀体，6为氟胶条，7为弹簧，8为外壳，9为不锈钢螺母，11为导阀口，12为主阀口，箭头方向是气体流动方向。为了阀门有足够的开启动力，电磁阀开启时供给线圈的电压为直流60V，延时0.1秒钟后线圈电压降低至直流12V维持。当关闭电磁阀时，只要关闭电磁阀线圈的电流即可。

图2是不锈钢阀体5的基本结构。该阀体5的上半部分5a和下半部分5c都是具有磁性的不锈钢材料，中间部分5b则必须是非磁性不锈钢材料，三部分焊接在一起。

图3为单个电磁阀非磁性不锈钢阀座1的示意图，其中12为阀门的主阀口，13为阀座1上与螺丝2匹配的螺孔，用来连接阀座1和阀体5的底座。箭头方向为气体流动方向。当电磁线圈4通电时，阀芯3向上被吸住，气体通过导阀口11进入空间14，再经过主阀口12流出来。阀门断电后，阀芯3在弹簧7的弹力下，重新封住导阀口，切断通路。

在用MOCVD、HVPE等设备生长半导体材料时，经常需要多路气路结构相同的原料(MO源和/或气体源)。传统上选用多个单独的电磁阀，用许多接头连接起来或是焊接起来，这样不仅占用空间大，安装困难，而且增加了漏点。本发明的以下几个实施例都是由多个电磁阀组成的各种组合阀，即将多个电磁阀的阀座制成一体，电磁阀的其他部件都是相互独立，组合方式不同其功能就不同。组合阀的进气和出气可以相互独立也可以合并为一。这样既简化安装，节省空间，又大大减少了气路的可能漏点。

图4是本发明的第二实施例，用本发明的电磁阀形成的一进多出电磁阀(以一进四出为例)，即一路气体可以多路汇流的结构。他们的进口合并为一，出口相互独立。即将多个阀门的进气口打通，统一进气，如图中11a所指，出气口各自独立，这样可以根据需要随心的控制每个阀门的开关。每个阀门的工作原理与第一实施例相同，就不再详细描述。

图5为本发明的第三实施例，用本发明的电磁阀形成的多进一出电磁阀(以三进一出为例)，即多路气体可以进入同一管道。其组合原理与本发明第二实施例相同，只是将阀门的进气口相互独立，出口合并为一。

图6为本发明的第四实施例，用本发明电磁阀组合成的五进四出组合电磁阀，在用MOCVD和HVPE设备生长半导体材料时，需要进行原料和N2(或H2)之间的切换，本实施例可以很简单的达到上述要求。假如设备上需要n路原料通道，我们的组合方式就为n+1进n出，n+1进表示n路原料和一路N2(或H2)，n出表示n路原料。本实施例以四路原料为例，采用五进四出的组合方式。图中箭头代表气体的流动方向，第一阀门61、第三阀门63、第五阀门65、第七阀门67的进气口分别为不同的原料的进气方向，第二阀门62、第四阀门64、第六阀门66、第八阀门68的进气口合并为一，为H2(或N2)的进气。当需要原料时，将偶数阀门关闭，切断H2(或N2)的通路，再将奇数阀门开启，这样原料就流出；不需要原料时，将奇数阀门关闭，切断原料通路，再将偶数阀门开启，这样H2(或N2)的通路就开启了。

图7为本发明的第五实施例，用本发明电磁阀组合成的六进二出组合电磁阀，在MOCVD和HVPE设备上生长半导体材料时，为了尽可能的精确控制薄膜厚度和较好的薄膜质量，设备上都需要Vent线和Run线两路，即所谓的快门结构。在进行材料生长之前，需要提前将原料瓶打开，原料经过Vent线，进入尾气处理装置。开始生长材料时，将Vent线关闭，打开Run线，这样原料就通过Run线，进入反应室参与反应。一般都需要多路原料同时反应，本实施例可以很简单的实现上述功能。假如设备上有n路原料，则我们的组合方式为n+2进二出，n进表示n路原料独立进入，另外2路分别为Run和Vent的携带气体输入。输出为两路，为Run线和Vent线。在Run线和Vent线中，因为原料之间不会发生反应，所以原料可以混合进入反应室。本实施例以四路原料为例，采用六进二出的组合方式，图中箭头方向表示原料的流向，第一阀门71和第二阀门72具有同一进气口假如为Ga源，第三阀门73和第四阀门74具有同一进气口假如为Al源，第五阀门75和第六阀门76具有同一进气口假如为In源，第七阀门77和第八阀门78具有同一进气口假如为Mg源，奇数阀门的出气口合并为一，在同一携带气体汇流输出，设为Run线；偶数阀门的出气口也合并为一，同样在同一携带气体汇流输出，设为Vent线。当反应室中需要原料假如Ga源时，先将第二阀门72关闭，切断Ga源Ven线的通路，再开启第一阀门71，这样就打开了Ga源与Run线通路，Ga源进入反应室；当生长完毕，不需要Ga源时，就需要先将第一阀门71关闭，切断Ga源与Run线的通路，再开启第二阀门72，Ga源与Vent线通路开启，Ga源就进入尾气处理装置。

图8为本发明第六实施例，用本发明电磁阀组合成的二进二出转换阀。在进行GaN、AlN等生长时，由于MO源Ga、Al等与NH3有预反应，预反应不仅会污染管道，也会影响材料的性能和质量，为了避免这种预反应，MO源和NH3两种原料要以两个独立的管道进入反应室，这样这两根管道就有一个摆放顺序问题，顺序不同生长的材料性能就不同，本实施例可以根据需要调换MO源和NH3的顺序。第一阀门81和第二阀门82的进气口合并为一，是第二进气口822；第三阀门83和第四阀门84的进气口合并为一，为进第一气口821；而第一阀门81和第三阀门83的出气口合并为一，为第一出气口811，第二阀门82和第四阀门84的出气口也合并为一，为出第二气口812，为了保证MO源和NH3这两种原料独立进气和独立管道进入反应室，这四个阀门的开启方式是关键，实现顺序调换的原理为：假如第一进气口821为MO源的进气管道，第二进气口822为NH3的进气管道，关闭第一阀门81和第四阀门84，开启第二阀门82和第三阀门83，这样，MO源就经过第三阀门83到达第一出气口811，NH3经过第二阀门82到达第二出气口812；需要调换顺序时，保持原料进气口不变，即MO源从第一进气口821进入，NH3从第二进气口822进入，只需将第二阀门82和第三阀门83关闭，开启第一阀门81和第四阀门84，这样，MO源就经过第四阀门84进入第二出气口812，NH3经过第一阀门81进入第一出气口811。利用本实施例，只需简单的改变一下阀门的开启方式，就可以很简单的实现原料进入反应室的顺序调换。

Claims (8)

1、一种电磁阀，其特征在于，包括：

一非磁性阀座，该非磁性阀座位于电磁阀整体的最下面，该非磁性阀座上面的中心形成有一气室，自该气室至外壁有导阀口和主阀口；

一阀体，该阀体的断面为倒T型，且为中空，该阀体用螺丝与非磁性阀座连接，该阀体的最上部分有螺纹；

一磁性阀芯，该磁性阀芯为一柱体，在其端部的中心开有一圆孔，该磁性阀芯位于阀体的中空部，在该磁性阀芯与阀体之间的下部有一弹簧，该弹簧套在磁性阀芯的外壁上；

一氟胶条，该氟胶条的大小与磁性阀芯的圆孔大小一致，该氟胶条放在磁性阀芯的圆孔内；

一电磁线圈，该电磁线圈缠绕在阀体的外壁上；

一外壳，该外壳套置在阀体的外面，该外壳上面有一圆口，大小与磁性阀芯的最上部分相同，该外壳与磁性阀芯之间由螺母固定。

2、根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，其中磁性钢阀体的上半部分和下半部分是具有磁性的不锈钢材料，中间部分则是非磁性不锈钢材料，三者焊接在一起。

3、根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，其中非磁性阀座与阀体之间有一密封圈。

4、根据权利要求3所述的电磁阀，其特征在于，其中密封圈的材料是橡胶密封圈、金属密封圈。

5、根据权利要求1所述的电磁阀，其特征在于，其中非磁性阀座、阀体、磁性阀芯均为不锈钢的材料。

6、一种组合式电磁阀，其特征在于，其是由多个如权利要求1所述的电磁阀组合在一起，该电磁阀的阀座制成一体，阀体相互独立，该多个电磁阀的导阀口连接在一起，形成一进多出的结构。

7、一种组合式电磁阀，其特征在于，其是由多个如权利要求1所述的电磁阀组合在一起，该电磁阀的阀座制成一体，阀体相互独立，该多个电磁阀的主阀口连接在一起，形成多进一出的结构。

8、根据权利要求6或7所述的组合式电磁阀，其特征在于，其中该组合式电磁阀还可以作成多进多出式结构。

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