基于濕法清洗設備自動供液系統(tǒng)的研究

張 潤，張 峰，王 玉，郭帝江

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

基于濕法清洗設備自動供液系統(tǒng)的研究

張 潤，張 峰，王 玉，郭帝江

(中國電子科技集團公司第二研究所，山西 太原 030024)

濕法清洗設備是半導體清洗行業(yè)中最普遍的設備，其電氣控制方式受環(huán)境因素影響有其特殊性和專業(yè)性，清洗設備中的電氣控制需要配合其清洗的特殊工藝而實現(xiàn)。同時清洗工藝過程具有強腐蝕性，也應該考慮電氣設備的安全耐腐蝕防護。

自動供液；計量泵；流量計

1 概述

常見的濕法清洗設備中用到的化學試劑大多為：99%的濃硫酸、H3PO4、HF、KOH、HCl等強腐蝕性溶液。以往清洗設備中所需的化學溶液均采用人工手動添加的方式，人工手動添加對設備操作人員存在一定的安全隱患，另外受人為因素影響，每次溶液的配置精度均不相同。故目前很多RCA清洗設備采用計量泵自動供液的方式來添加溶液[1]，既解決了之前存在的一些問題，同時也大大的提高了清洗設備對自動化程度的要求。

2 自動供液系統(tǒng)

隨著清洗工藝要求的不斷提高，對計量泵的計量精度、自動化程度等都提出了較高的要求，頻率調節(jié)是計量泵控制器計量的重要方式。本文要介紹的自動供液方式是基于計量泵來實現(xiàn)的，該系統(tǒng)增加了自循環(huán)和除泡的功能，大大的提高了系統(tǒng)的供液精度。

2.1 傳統(tǒng)自動供酸系統(tǒng)組成

傳統(tǒng)供酸系統(tǒng)由供液柜、供液源、傳輸系統(tǒng)，流量控制系統(tǒng)等組成[2]。供酸原理如圖1所示。

圖1 強酸化學供液系統(tǒng)原理圖

2.2 改進后自動供液系統(tǒng)組成

計量泵作為流體精密計量的理想設備，在化學工藝過程中承擔著強毒害性、腐蝕性、高壓介質和高粘性的計量添加任務。并且廣泛應用于制藥行業(yè)、食品飲料以及石油化工行業(yè)在內(nèi)的眾多領域之中。

計量泵的過流端材質是根據(jù)添加溶液的化學性質來選型的，常見的清洗設備中計量泵的材質是PVDF的泵頭和膜片。

本文介紹的自動供液系統(tǒng)在傳統(tǒng)的供液系統(tǒng)基礎上增加了自循環(huán)和除泡裝置?，F(xiàn)供液系統(tǒng)包含：供液源、供液泵、過濾器、自循環(huán)、除泡器、供液管道等。圖2為自動供液示意圖。

圖2 自動供液示意圖

2.3 自動供液系統(tǒng)流程

本系統(tǒng)使用一種化學溶液，配備2只供液桶(1#和2#供液桶)一備一用，可以實現(xiàn)不間斷供液。假設1#桶為主供液桶，2#桶為備用供液桶。自循環(huán)流程為：1#桶→1#閥→2#閥→計量泵→3#閥→4#閥→1#桶；除泡流程為：1#桶→2#閥→計量泵→3#閥→除泡器→10#閥→5#閥→1#桶；自動添加流程為：1#桶→2#閥→計量泵→3#閥→除泡器→9#閥→11#閥→BOE實驗槽。當1#桶內(nèi)無溶液時，可以按圖2中切換按鈕，手動切換到2#桶繼續(xù)供液。

8月28日，湖北省發(fā)改委已正式同意“東風汽車集團股份有限公司在武漢市建設乘用車擴建項目”，據(jù)了解，該項目將用于提升東風日產(chǎn)的在華產(chǎn)能，但是具體運營模式仍處在內(nèi)部探討階段。新工廠位于武漢經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)鳳凰工業(yè)園，分兩期建設，年產(chǎn)能30萬輛，能夠生產(chǎn)包括乘用車（含傳統(tǒng)燃油車和純電動車型）及其他類乘用車（含傳統(tǒng)燃油車和混合動力車型），建設期為2019年1月至2022年12月。該項目總投資為98.51億元，其中東風公司持有66.86%的股份。

每個供液桶都配有液位傳感器，傳感器可檢測到桶內(nèi)液位情況，由計量泵自動進行供液，空桶時系統(tǒng)會在上位機中提示報警，提醒操作人員及時補液。原液在添加時桶內(nèi)充一定壓力的氮氣，經(jīng)過氣動隔膜泵傳輸，泵和氣動隔膜閥的切換，最終經(jīng)過流量開關進入混合配液槽。供液管路在隔膜泵下側均設有流量傳感器，當運行時，流量傳感器未檢測到液體流過將自動關閉，并發(fā)出報警信號。

3 計量泵的控制

計量泵流量計量的控制主要通過沖程長度和頻率兩個因素來實現(xiàn)，而目前計量泵流量控制的主要方式是頻率調節(jié)。濕法清洗設備的自動供液系統(tǒng)對于計量泵的計量精度有較高的要求，所以采用合理的控制方式來精確的衡量計量泵的吐出量與沖程長度和頻率的關系，是自動供液系統(tǒng)的主要工作。

當計量泵的控制器接收到單片機或PLC輸出的脈沖信號時，計量泵的控制器通過計數(shù)控制的方法，按照乘法運算法則響應外部脈沖信號，即輸入一個外部脈沖信號，計量泵動作n次。一般計量泵的脈沖控制存儲器有脈沖的最大存儲數(shù)，所以在設定響應外部脈沖信號的泵動作時，需要考慮最大添加量[3]。

圖3 外部脈沖信號控制泵的動作

采用計數(shù)控制方法時，計量泵的沖程頻率默認為最大，那么決定計量泵的添加量的因素是輸出脈沖數(shù)以及沖程長度。首先需要計算出單位脈沖計量泵的添加量。通過多次添加的方式，用標準筒來測量添加量，計量泵每次添加的總量等于單位添加量的整數(shù)倍，通過輸出脈沖到計量泵對溶液進行添加。

為使系統(tǒng)添加精度更加準確，供液系統(tǒng)應該增加一個中間緩沖罐，同時配有液位傳感器，當液位過低時，控制系統(tǒng)發(fā)出報警提示不能添加溶液，并及時進行補液。

計量泵的計量精度除了受沖程和頻率兩個因素影響之外，出液口的壓力也是一個不可忽略的因素，故為了更加精確的衡量計量精度，一般在出液口的管道處安裝背壓閥和止回閥。

4 計量泵實際流量的測定

計量泵的計量精度在溶液添加過程中存在一定的誤差，其中實際添加的流量可以通過以下方法進行測定：

1) 定容法：定容法是將計量泵泵出的溶液注入到已知容積的容器中，同時監(jiān)測計量泵的轉數(shù)，計量泵的流量可以通過以下公式計算得出：

式中：Q為計量泵流暈，cm3/r；V為容器的容積，cm3；n為計量泵的轉數(shù)，r。

2) 直接法：

式中：Q為計量泵流量，cm3/r；q為流量傳感器測得的流量，cm3/min；w為計量泵的轉速，r/min。

5 自動供液精度對比

增加了自循環(huán)和除泡功能的自動供液系統(tǒng)相比較于單純通過管道直接添加溶液的系統(tǒng)，供液精度有了很大的提高。見表1所示。

表1 供液精度對比

添加相同容積液體情況下，增加了自循環(huán)和除泡功能系統(tǒng)的供液精度比傳統(tǒng)自動供液系統(tǒng)的供液精度提高了近10%。

6 總結

以計量泵為基礎，增加了自循環(huán)和除泡功能的自動供液系統(tǒng)，具備較高的自動化程度，在實際應用中能實現(xiàn)溶液的自動定量添加，計量誤差較小，并且可以避免由于人為誤操作或疏忽而導致的安全事故發(fā)生。

[1] 傅鵬，廖富迎.過氧乙酸自動添加系統(tǒng)的設計與應用[J].研制與開發(fā),2011,17(6):32-24.

[2] 祝福生.LED濕法清洗設備CDS設計[J].電子工業(yè)專用設備,2013(6):43-45.

[3] 鄧鴻英，張生昌，牟介剛，等.基于單片機的計量泵流量控制器[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,2009(3):51-53.

Automatic Chemical Acid Supply System Based on Meter Pump

Zhang Run, Zhang Feng, Wang Yu, Guo Dijiang

(The2ndResearchInstituteofCETC,TaiyuanShanxi030024,China)

Water wet cleaning equipment is the most common and necessary equipment in the semiconductor industry. Its electrical control parts have its particularity and specialization because of the influence of environmental factors. The electrical control in the cleaning equipment needs to be matched with the special process of cleaning. At the same time, for it has strong corrosivity in cleaning, the durability corrosion protection should also be considered for the safety of the electrical equipment.

automatic liquid replenishment; metering pump; flowmeter

2016-10-12

張 潤(1987- )，女，山西懷仁人，助理工程師，碩士研究生，主要從事半導體清洗設備的研發(fā)。

1674- 4578(2016)06- 0080- 02

TP29

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