CN103775822B - 一种超纯气体全自动高精度充装系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种超纯气体全自动高精度充装系统，采用6N超纯气体全自动、高精度（质量精度优于0.5%）充装系统，包括超纯气源、超纯气体储罐、真空充装室、管路抽真空装置、真空室抽真空装置、废气回收处理装置、截止阀、加热带、制冷机、冷板、加热笼、科氏流量计、压力传感器、温度传感器、操作控制台。该系统所有管路、容器内壁均可加热除气和反复置换清洗，充装产品置于真空环境下充装以避免外部杂质气体反向渗透，保证了气体的超高纯度；通过加热控温装置及制冷装置准确控制充装系统各部分温度，保证充装管路各处压力及工质流量维持恒定，结合高测量精度的科氏流量计及全自动的充装流程最终实现了气体的高充装质量精度。

Description

一种超纯气体全自动高精度充装系统

技术领域

本发明属于工业制造领域，涉及一种气体充装技术，可以满足6N超纯气体的高质量精度（优于0.5％）充装。

背景技术

近年来，超纯气体在微电子、传热学等领域的需求不断增加。在集成电路行业，从制备多品硅到最终的退火工艺，IC制作的整个过程中均使用超纯气体，如果气体中含有百万分之几的碳氧化合物或氧的杂质，就在品片上造成凹坑，影响后道工序的质量。在传热学中的热管技术领域，内部工质纯度要求非常高，若存在杂质不凝气体，将会直接影响其传热性能及使用寿命。另外热管内部工质充装过多或过少均会影响其传热量，甚至无法启动，因此对其工质充装质量精度要求特别高，以航天用微、小型铝氨槽道热管为例，其绝对充装质量量级为克级，充装精度一般要求不低于±0.5g。

因此在超纯气体使用过程中，气体的充装是最关键的工序，充装系统或充装工艺流程的设计若不合理，就会导致气体纯度或充装质量精度极大的降低。目前业内的气体充装系统或注重于充装纯度、或注重于充装质量精度，且充装过程多为人工操作，缺乏超纯气体全自动、高精度充装技术。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种超纯气体全自动高精度充装系统，实现气体的全自动充装，能有效保证6N超纯气体的充装纯度，同时能使气体充装质量精度达到0.5%。

本发明的技术方案是：一种超纯气体全自动高精度充装系统，包括超纯气源、超纯气体储罐、真空充装室、管路抽真空装置、真空室抽真空装置、废气回收处理装置、加热带、制冷机、压力传感器、温度传感器；超纯气源通过补气管路与超纯气体储罐连接，并向超纯气体储罐内补充气体；超纯气体储罐通过充气管路与真空充装室连接，为真空充装室内的待充灌产品充气；管路抽真空装置的一端通过抽气管路分别连接至补气管路、超纯气体储罐、充气管路，管路抽真空装置的另一端连接至废气回收处理装置，将抽出的气体送至废气回收处理装置，并通过废气回收处理装置进行无毒化处理；真空室抽真空装置、制冷机均与真空充装室连接，为真空充装室进行抽真空处理以及控制真空充装室内温度；补气管路、超纯气体储罐、充气管路以及抽气管路均通过复压管路与废气回收处理装置连接，对各管路或容器进行置换清洗；超纯气体储罐还通过过压保护管路连接至废气回收处理装置，用于系统的超压卸载；各管路外部布置加热带和温度传感器，用于对管路进行加热除气；超纯气体储罐以及各管路上配备有用于监测状态的压力传感器；所述的复压管路中配有复压阀，所述的补气管路、抽气管路以及充气管路中配有截止阀，所述的过压保护管路中配有安全阀。

所述的充气管路包括第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀、第三压力表、第四压力表、第五压力表以及科氏流量计；超纯气体储罐输出的气体依次经过第五截止阀、科氏流量计、第六截止阀、第七截止阀后到达真空充装室，第五截止阀和科氏流量计间装有第三压力表，科氏流量计和第六截止阀间装有第四压力表，第六截止阀和第七截止阀间装有第五压力表；通过科氏流量计以及第三压力表、第四压力表、第五压力表的值监测并控制超纯气体储罐向真空充装室内待充装产品输出的气体的压力及流量。

所述的真空充装室内顶部安装有用于对待充装产品进行加热除气的加热笼；真空充装室底部安装有冷板，冷板连接至外部制冷机，并为真空充装室降温，进而对置于冷板上面的待充装产品进行冷却；真空充装室内部还安装有温度传感器，温度传感器探头粘帖在待充装产品上，实时检测待充装产品温度。

所述的截止阀、复压阀均为气动电磁阀。

还包括操作控制台；所述的科氏流量计、压力传感器、温度传感器、各截至阀、管路抽真空装置、真空室抽真空装置均通过操作控制台实时显示测量值或控制开关、起停。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

（1）本发明的补气管路、超纯气体储罐、充气管路、抽气管路及待充装产品均有加热除气功能，且均可反复置换清洗，实现了超纯气体的高纯度充装。

（2）本发明的充装产品置于真空充装室内进行充装，避免了外部杂质气体向产品内部扩散的现象，进一步保证了超纯气体的高纯度充装。

（3）本发明所用的质量控制装置为进口科氏流量计，质量流量可调，总流量统计精度高，实现了气体高精度充装功能。

（4）本发明的整个充装过程通过操作控制装置全自动控制，避免了人工操作引入的偏差，进一步保证了气体的高精度充装。

（5）本发明的加热控温装置及制冷装置可准确控制充装系统各部分温度，使充装管路各处压力及工质流量维持恒定，进一步保证了气体的高精度充装。

（6）本发明的补气管路、超纯气体储罐、充气管路、补气管路、待充装产品的清洗置换过程均可设计为全自动工艺流程，节约了人力成本。

（7）本发明真空充装室可以对充装产品进行冷却，有利于超纯气体的降压甚至液化，增大充装压差，保证了气体充装总质量。

（8）本发明在设计选材时充分考虑了材料、仪表设备的耐腐蚀性，因此可以充装包括氨气等腐蚀性超纯气体。

附图说明

图1为本发明超纯气体全自动高精度充装系统组成示意图。

具体实施方式

如图1所示本发明一种超纯气体全自动高精度充装系统的组成图，包括超纯气源、超纯气体储罐、真空充装室、管路抽真空装置、真空室抽真空装置、废气回收处理装置、加热带、制冷机、压力传感器、温度传感器；超纯气源通过补气管路与超纯气体储罐连接，并向超纯气体储罐内补充气体；超纯气体储罐通过充气管路与真空充装室连接，为真空充装室内的待充灌产品充气；管路抽真空装置的一端通过抽气管路分别连接至补气管路、超纯气体储罐、充气管路，管路抽真空装置的另一端连接至废气回收处理装置，将抽出的气体送至废气回收处理装置，并通过废气回收处理装置进行无毒化处理；真空室抽真空装置、制冷机均与真空充装室连接，为真空充装室进行抽真空处理以及控制真空充装室内温度；补气管路、超纯气体储罐、充气管路以及抽气管路均通过复压管路与废气回收处理装置连接，对各管路或容器进行置换清洗；超纯气体储罐还通过过压保护管路连接至废气回收处理装置，用于系统的超压卸载；各管路外部布置加热带和温度传感器，用于对管路进行加热除气；超纯气体储罐以及各管路上配备有用于监测状态的压力传感器；所述的复压管路中配有复压阀，所述的补气管路、抽气管路以及充气管路中配有截止阀，所述的过压保护管路中配有安全阀；所述的充气管路包括第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀、第三压力表、第四压力表、第五压力表以及科氏流量计；超纯气体储罐输出的气体依次经过第五截止阀、科氏流量计、第六截止阀、第七截止阀后到达真空充装室，第五截止阀和科氏流量计间装有第三压力表，科氏流量计和第六截止阀间装有第四压力表，第六截止阀和第七截止阀间装有第五压力表；通过科氏流量计以及第三压力表、第四压力表、第五压力表的值监测并控制超纯气体储罐向真空充装室内待充装产品输出的气体的压力及流量；所述的真空充装室内顶部安装有用于对待充装产品进行加热除气的加热笼；真空充装室底部安装有冷板，冷板连接至外部制冷机，并为真空充装室降温，进而对置于冷板上面的待充装产品进行冷却；真空充装室内部还安装有温度传感器，温度传感器探头粘帖在待充装产品上，实时检测待充装产品温度。所述的截止阀、复压阀均为气动电磁阀。还包括有操作控制台；所述的科氏流量计、压力传感器、温度传感器、各截至阀、管路抽真空装置、真空室抽真空装置均通过操作控制台实时显示测量值或控制开关、起停。

具体应用实施时，超纯气体源是纯度优于6N的液氨，超纯气源钢瓶容积为40L。待充装产品是容积为1.5L的316L不锈钢瓶，并带有开关球阀。超纯气体储罐容积为800L。加热控温装置可加热系统管路、容器或待充灌产品温度至120℃以上。制冷机可冷却待充装产品温度至-50℃以下。管路抽真空装置及真空室抽真空装置均可使相应管路、容器真空度达到10^-3Pa以上。超纯气体全自动、高精度充装系统操作工艺流程如下：

1、补气管路、超纯气体储罐、充气管路、抽气管路置换清洗

通过超纯气源向补气管路、超纯气体储罐、充气管路、抽气管路内冲入一定量氨气，然后依次通过复压管路对其复压、通过管路轴真空系统对其抽真空，同时通过加热带对其加热烘烤，直至真空度及温度达到设定值。重复上述过程3～5次，完成补气管路、超纯气体储罐、充气管路、抽气管路的置换清洗。

2、超纯气体储罐补气

通过超纯气源向超纯气体储罐充入一定压力的的氨气，保证超纯气体储罐内部气压保持在一定范围内。

3、充装产品置换清洗

将待充装产品与充气管路接口以卡套方式连接，待充装产品与真空充装室内的冷板导热安装，关闭罐门，通过真空室抽真空系统对真空充装室抽真空至设定值。通过超纯气体储罐向充装产品充入一定量氨气，然后通过复压管路复压、通过管路轴真空系统抽真空，同时通过加热笼对待充灌产品加热烘烤，直至真空度及温度达到设定值，重复此过程3～5次，完成待充装产品内壁的置换清洗。

4、充装产品气体充装

设定充装质量，通过制冷机对待充装产品进行制冷，通过管路抽真空系统对待充装产品抽真空，通过加热带对超纯气体储罐加热，至待充装产品真空度及温度达到设定值、超纯气体储罐温度达到设定值，通过超纯气体储罐向待充装产品内定量充装氨气。

5、充装产品卸载

真空充装室复压至常压，打开罐门，关闭充装产品球阀。通过复压管路对充气管路复压、通过管路抽真空系统对充气管路抽真空，以排空内部残留氨气。拧开待充装产品与充气管路接口卡套，卸下充装产品。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种超纯气体全自动高精度充装系统，其特征在于：包括超纯气源、超纯气体储罐、真空充装室、管路抽真空装置、真空室抽真空装置、废气回收处理装置、加热带、制冷机、压力传感器、温度传感器；超纯气源通过补气管路与超纯气体储罐连接，并向超纯气体储罐内补充气体；超纯气体储罐通过充气管路与真空充装室连接，为真空充装室内的待充灌产品充气；管路抽真空装置的一端通过抽气管路分别连接至补气管路、超纯气体储罐、充气管路，管路抽真空装置的另一端连接至废气回收处理装置，将抽出的气体送至废气回收处理装置，并通过废气回收处理装置进行无毒化处理；真空室抽真空装置、制冷机均与真空充装室连接，为真空充装室进行抽真空处理以及控制真空充装室内温度；补气管路、超纯气体储罐、充气管路以及抽气管路均通过复压管路与废气回收处理装置连接，对各管路或容器进行置换清洗；超纯气体储罐还通过过压保护管路连接至废气回收处理装置，用于系统的超压卸载；各管路外部布置加热带和温度传感器，用于对管路进行加热除气；超纯气体储罐以及各管路上配备有用于监测状态的压力传感器；所述的复压管路中配有复压阀，所述的补气管路、抽气管路以及充气管路中配有截止阀，所述的过压保护管路中配有安全阀。

2.根据权利要求1所述的一种超纯气体全自动高精度充装系统，其特征在于：所述的充气管路包括第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀、第三压力表、第四压力表、第五压力表以及科氏流量计；超纯气体储罐输出的气体依次经过第五截止阀、科氏流量计、第六截止阀、第七截止阀后到达真空充装室，第五截止阀和科氏流量计间装有第三压力表，科氏流量计和第六截止阀间装有第四压力表，第六截止阀和第七截止阀间装有第五压力表；通过科氏流量计以及第三压力表、第四压力表、第五压力表的值监测并控制超纯气体储罐向真空充装室内待充装产品输出的气体的压力及流量。

3.根据权利要求1所述的一种超纯气体全自动高精度充装系统，其特征在于：所述的真空充装室内顶部安装有用于对待充装产品进行加热除气的加热笼；真空充装室底部安装有冷板，冷板连接至外部制冷机，并为真空充装室降温，进而对置于冷板上面的待充装产品进行冷却；真空充装室内部还安装有温度传感器，温度传感器探头粘帖在待充装产品上，实时检测待充装产品温度。

4.根据权利要求1所述的一种超纯气体全自动高精度充装系统，其特征在于：所述的截止阀、复压阀均为气动电磁阀。

5.根据权利要求2所述的一种超纯气体全自动高精度充装系统，其特征在于：还包括操作控制台；所述的科氏流量计、压力传感器、温度传感器、各截至阀、管路抽真空装置、真空室抽真空装置均通过操作控制台实时显示测量值或控制开关、起停。