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层流压差式质量流量控制器在特气柜中的应用实例分析

时间:2025-04-23      点击次数:140

层流压差式质量流量控制器(Laminar Differential Pressure Mass Flow Controller,简称层流压差式MFC)凭借其高精度、快速响应、耐腐蚀等特性,已成为特种气体输送与控制系统中的核心组件。尤其在特气柜(特种气体控制柜)中,其应用场景覆盖半导体、光伏、环保监测等多个领域,通过精准的流量控制确保气体供应的安全性与工艺稳定性。


一、半导体制造:高纯特气输送与工艺优化 

在半导体晶圆制造中,特气柜需安全存储并输送高纯度、高腐蚀性气体(如SiH₄、Cl₂、HF等),而层流压差式MFC通过以下应用显著提升工艺可靠性:

光刻工艺中的气体控制
某头部芯片厂在光刻机特气柜中集成层流压差式MFC,用于控制氮气与氟化氢(HF)的混合比例。通过其±0.5%的读数精度和毫秒级响应速度,确保曝光过程中气体浓度的稳定性,将晶圆良率提升15%。

刻蚀工艺的动态配比
在刻蚀工艺中,氧气与氩气的比例直接影响刻蚀速率。某代工厂采用层流压差式MFC动态调节气体流量,将刻蚀速率波动从±5%降至±0.5%,有效减少晶圆边缘损伤。

特气泄漏安全防控
针对氢气等高危气体,MFC通过超低泄漏率设计(<10¹¹ Pa·m³/s)实时监测流量异常,结合特气柜的自动切断功能,杜绝爆燃风险。

二、光伏行业:多组分气体同步配比与耐腐蚀设计 

光伏制造中,特气柜需处理硅烷(SiH₄)、氨气(NH₃)等易燃易爆气体,且工艺对气体配比精度要求很高:

薄膜沉积工艺的流量控制
在化学气相沉积(CVD)设备中,层流压差式MFC通过哈氏合金流道设计,耐受HF等腐蚀性气体,同时以±0.5%的精度控制气体流量,确保纳米级薄膜的均匀性,提升电池转换效率。

多通道动态配比技术
在TOPCon、HJT等高效电池技术中,特气柜集成多通道层流压差式MFC(如8通道联控),实现氢气与VOCs废气的动态配比,误差控制在±0.3%以内,优化燃烧效率并减少氮氧化物生成。

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三、环保监测:痕量气体采样与长期稳定性 


环保领域的特气柜多用于大气监测站或工业废气处理系统,需长期稳定运行于复杂环境:

VOCs在线监测系统
某汽车工厂在NMHC-CEMS系统中采用层流压差式MFC,通过内置温度补偿算法(-20℃~60℃)和压力传感器,实现24小时流量漂移<0.1%。其耐腐蚀流道(316L不锈钢)可长期处理含酸性气体的采样气体,避免传感器失效。

工业废气处理动态配气
在沸石转轮+RTO工艺中,MFC实时调节氧气与废气的混合比例,通过直接质量流量测量功能(无需预设气体参数),适应混合气体组分变化,提升燃烧效率15%。


四、国产化突破:某科技企业特气柜的集成创新 

某科技企业通过自主研发,将层流压差式MFC与特气柜深度融合,推动国产替代进程:

全自动特气柜的智能化控制

4瓶全自动特气柜以PLC为核心,集成层流压差式MFC实现气体自动切换与远程监控。通过触摸屏操作和网络信号输出,满足半导体厂对高纯度气体连续供给的需求,年维护成本降低30%。

耐高压与安全联锁设计
在碳化硅衬底制造中,国产MFC通过耐高压设计(最高承压3 MPa)和防泄漏联锁功能,将外延片厚度波动压制在0.5μm内,反向出口至欧美市场。


五、技术发展趋势:智能化与超低流量控制 

未来层流压差式MFC在特气柜中的应用将进一步升级:

层流压差式质量流量控制器在特气柜中的应用,不仅解决了高腐蚀性、高危气体的精准控制难题,还通过国产化创新推动了半导体、光伏等核心产业的自主可控。随着智能化与超精密技术的融合,其在高科技制造领域的战略价值将进一步凸显。