一种安全可靠的超纯乙硅烷气体充装设备的制作方法

1.本发明涉及气体充装相关技术领域，尤其涉及一种安全可靠的超纯乙硅烷气体充装设备。


背景技术：

2.随着集成电路等行业的高速发展，在集成电路及半导体成品制作工艺过程中对使用气体纯度的要求越来越高，杂质要求小于1ppb。此前大部分乙硅烷气体依赖进口，目前单纯靠进口已经不能满足生产使用需求，虽然目前国内已有企业计划量产乙硅烷气体，但是对于乙硅烷充装设备的技术目前国内依然是一片空白，为此针对国产的乙硅烷气体，设计一种安全可靠又不影响产品纯度全自动充装系统很有必要。
3.1、充装的过程中不能对产品产生污染，需要保证产品纯度维持在99.9999％，各项杂质＜1ppb。
4.2、由于乙硅烷遇空气自燃的特性，充装的过程不能产生任何泄漏。
5.3、由于乙硅烷产品价值较高而且非常危险，需要精准控制装量。
6.4、由于乙硅烷非常危险，所以充装设备需要较高的自动化程度，减少人工操作。
7.有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种安全可靠的超纯乙硅烷气体充装设备，使其更具有产业上的利用价值。


技术实现要素：

8.为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种安全可靠的超纯乙硅烷气体充装设备。
9.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
10.一种安全可靠的超纯乙硅烷气体充装设备，包括集成进气柜，集成进气柜包括预冷柜和负压阀箱，预冷柜内设置有若干个充装钢瓶，充装钢瓶的瓶体设置在预冷柜内，充装钢瓶上的瓶头通过充装接头与总充装管路相连接，总充装管路分别与第一充装支路、第二充装支路、第三充装支路、第四充装支路、第五充装支路和第六充装支路相连接，且总充装管路、第一充装支路、第二充装支路、第三充装支路、第四充装支路、第五充装支路和第六充装支路均位于负压阀箱内，负压阀箱内还设置有风管系统，风管系统包括放空接口、真空接口、乙硅烷接口、排风系统、两个氦/氮接口和分析接口，第一充装支路与分析接口相连接，第二充装支路和第三充装支路分别与两个氦/氮接口相连接，第四充装支路与乙硅烷接口相连接，第五充装支路与真空接口相连接，第六充装支路与放空接口相连接，排风系统与尾气处理系统相连接。
11.作为本发明的进一步改进，充装钢瓶的瓶体设置在预冷柜内的保温箱内，保温箱内设置有电加热和预冷换热器。
12.作为本发明的进一步改进，集成进气柜还包括温控系统和控制系统，温控系统为电加热温控箱，控制系统为plc全自动控制器。
13.作为本发明的进一步改进，第五充装支路上还连接设置有第七充装支路，第七充装支路位于第五充装支路靠近总充装管路的一侧。
14.作为本发明的进一步改进，总充装管路上还设置有温度传感器、压力传感器和压力表，温度传感器位于靠近第六充装支路一侧的总充装管路上，压力传感器和压力表位于第三充装支路和第四充装支路之间的总充装管路上，压力传感器位于靠近第四充装支路一侧的总充装管路上，压力表位于靠近第三充装支路一侧的总充装管路上。
15.作为本发明的进一步改进，还包括冷水机组，冷水机组的第一侧设置有冷水出口，冷水机组的第二侧设置冷水进口，靠近冷水出口的一侧设置有来料入口，靠近冷水进口的一侧设置有来料出口。
16.作为本发明的进一步改进，第一充装支路上远离总充装管路的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和手动隔膜阀，第二充装支路上远离总充装管路的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和手动隔膜阀，第三充装支路上远离总充装管路的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和膜片式微漏阀，第四充装支路上远离总充装管路的一侧依次设置有气动隔膜阀和手动隔膜阀，第五充装支路上远离总充装管路的一侧依次设置有气动隔膜阀和手动隔膜阀，第六充装支路上远离总充装管路的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和手动隔膜阀。
17.作为本发明的进一步改进，第一充装支路和第六充装支路上的单向阀的流向为远离总充装管路一侧的方向，第二充装支路和第三充装支路上的单向阀的流向为朝向总充装管路一侧的方向。
18.作为本发明的进一步改进，充装钢瓶正下方的预冷柜内还设置有电子秤基。
19.作为本发明的进一步改进，集成进气柜内的前后两端分别设置有两组充装系统，两组充装系统分别为充装a组和充装b组；充装a组的若干个充装钢瓶设置在集成进气柜前端的预冷柜内，充装a组的总充装管路、第一充装支路、第二充装支路、第三充装支路、第四充装支路、第五充装支路和第六充装支路均位于集成进气柜前端的负压阀箱内；充装b组的若干个充装钢瓶设置在集成进气柜后端的预冷柜内，充装b组的总充装管路、第一充装支路、第二充装支路、第三充装支路、第四充装支路、第五充装支路和第六充装支路均位于集成进气柜后端的负压阀箱内。
20.借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
21.本发明通过集成进气柜和若干个充装钢瓶的结构设置，提高充装操作的功能性以及工作效率。
22.本发明用电化学抛光的管阀件加电子级的隔膜阀的组合取代了传统的酸洗钝化管加球阀的装置，具有密封性好，易吹扫置换，不会有杂质析出对介质产生二次污染的优点。
23.本发明根据“温度差”原理，采用对成品罐加热，进钢瓶前再通过盘管换热器降温，并对钢瓶进行预冷的方式进行充装，过程中取消了增压设备的投入，避免了增压环节产生介质外泄漏的可能，并减少了液体泵对介质的二次污染，迎合了目前集成电路市场对超高纯度乙硅烷的需求。
24.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1是本发明一种安全可靠的超纯乙硅烷气体充装设备的结构示意图；
27.图2是本发明冷水机组的的结构示意图；
28.图3是本发明的设备结构示意图；
29.图4是图3另一侧的结构示意图。
30.其中，图中各附图标记的含义如下。
31.1温控系统
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2风管系统
32.3充装钢瓶
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4电子称基
33.5充装接头
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6总充装管路
34.7第一充装支路
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8第二充装支路
35.9第三充装支路
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10控制系统
36.11第四充装支路
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12第五充装支路
37.13第六充装支路
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14第七充装支路
38.15放空接口
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16真空接口
39.17乙硅烷接口
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18排风系统
40.19尾气处理系统
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20氦/氮接口
41.21分析接口
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22温度传感器
42.23压力传感器
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24压力表
43.25冷水机组
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26来料入口
44.27冷水出口
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28冷水进口
45.29来料出口
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30集成进气柜
46.31预冷柜
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32负压阀箱
具体实施方式
47.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
48.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例
50.如图1～图4所示，
51.一种安全可靠的超纯乙硅烷气体充装设备，包括集成进气柜30，集成进气柜30包括预冷柜31和负压阀箱32，预冷柜31内设置有若干个充装钢瓶3，充装钢瓶3的瓶体设置在预冷柜31内，充装钢瓶3上的瓶头通过充装接头5与总充装管路6相连接，总充装管路6分别与第一充装支路7、第二充装支路8、第三充装支路9、第四充装支路11、第五充装支路12和第六充装支路13相连接，且总充装管路6、第一充装支路7、第二充装支路8、第三充装支路9、第四充装支路11、第五充装支路12和第六充装支路13均位于负压阀箱32内，负压阀箱32内还设置有风管系统2，风管系统2包括放空接口15、真空接口16、乙硅烷接口17、排风系统18、两个氦/氮接口20和分析接口21，第一充装支路7与分析接口21相连接，第二充装支路8和第三充装支路9分别与两个氦/氮接口 20相连接，第四充装支路11与乙硅烷接口17相连接，第五充装支路12与真空接口16相连接，第六充装支路13与放空接口15相连接，排风系统18与尾气处理系统19相连接。
52.优选的，充装钢瓶3的瓶体设置在预冷柜31内的保温箱内，保温箱内设置有电加热和预冷换热器。
53.优选的，集成进气柜30还包括温控系统1和控制系统10，温控系统1为电加热温控箱，控制系统10为plc全自动控制器。管路为316l、ep，全程电伴热，保证系统恒温。
54.优选的，第五充装支路12上还连接设置有第七充装支路14，第七充装支路 14位于第五充装支路12靠近总充装管路6的一侧。
55.优选的，总充装管路6上还设置有温度传感器22、压力传感器23和压力表 24，温度传感器22位于靠近第六充装支路13一侧的总充装管路6上，压力传感器23和压力表24位于第三充装支路9和第四充装支路11之间的总充装管路 6上，压力传感器23位于靠近第四充装支路11一侧的总充装管路6上，压力表 24位于靠近第三充装支路9一侧的总充装管路6上。
56.优选的，还包括冷水机组25，冷水机组20的第一侧设置有冷水出口27，冷水机组25的第二侧设置冷水进口28，靠近冷水出口27的一侧设置有来料入口26，靠近冷水进口28的一侧设置有来料出口29。
57.冷水机组25功率为3p，从储罐来的乙硅烷液体采用套管式降温从常温/40 ℃降至0℃进充装钢瓶3，充装钢瓶3预冷柜配套内置冷凝器充装前将充装钢瓶3预冷至0℃。充装钢瓶3瓶头采用硬质盘管(316l，ep)连接进充装负压阀箱，所有阀门及vcr接口等可能会泄漏的部件均处于负压环境。
58.优选的，第一充装支路7上远离总充装管路6的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和手动隔膜阀，第二充装支路8上远离总充装管路6的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和手动隔膜阀，第三充装支路9上远离总充装管路6 的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和膜片式微漏阀，第四充装支路11上远离总充装管路6的一侧依次设置有气动隔膜阀和手动隔膜阀，第五充装支路12 上远离总充装管路6的一侧依次设置有气动隔膜阀和手动隔膜阀，第六充装支路13上远离总充装管路6的一侧依次设置有气动隔膜阀、单向阀和手动隔膜阀。
59.优选的，第一充装支路7和第六充装支路13上的单向阀的流向为远离总充装管路6一侧的方向，第二充装支路8和第三充装支路9上的单向阀的流向为朝向总充装管路6一侧的方向。
60.优选的，充装钢瓶3正下方的预冷柜31内还设置有电子秤基4。
61.如图3和图4，优选的，集成进气柜30内的前后两端分别设置有两组充装系统，两组充装系统分别为充装a组和充装b组；
62.如图3，充装a组的若干个充装钢瓶3设置在集成进气柜30前端的预冷柜 31内，充装a组的总充装管路6、第一充装支路7、第二充装支路8、第三充装支路9、第四充装支路11、第五充装支路12和第六充装支路13均位于集成进气柜30前端的负压阀箱32内；
63.如图4，充装b组的若干个充装钢瓶3设置在集成进气柜30后端的预冷柜 31内，充装b组的总充装管路6、第一充装支路7、第二充装支路8、第三充装支路9、第四充装支路11、第五充装支路12和第六充装支路13均位于集成进气柜30后端的负压阀箱32内。
64.本发明的一个发明例：
65.开启操作系统；
66.输入本次操作相关数据(充装a组/b组，充装目标重量，充装钢瓶3阀手动/气动)连接钢瓶的充装接头5；
67.自动测试系统密封性；
68.测试通过后自动吹扫；
69.操作完成后蜂鸣器提醒操作人员确认充装钢瓶3阀(手动)打开，需要确认余气返回路径(回收罐/火炬)；
70.确认烘箱加热开启，系统压力小于2bar后放空阀关闭；
71.真空系统开启(注意联锁设置)；
72.到预设定时间后蜂鸣器提醒操作人员关闭加热系统，引入成品乙硅烷作为底气，开启预冷换热器及冷风风机(温度逐步下降)；
73.达到预设定温度后，蜂鸣器提醒操作人员可以开始充装；
74.电子秤基4显示净含量达到目标值后关闭进料阀；
75.蜂鸣器提醒操作人员确认充装钢瓶3阀(手动)关闭；
76.对应管道加热开启，残料返回(回收罐/火炬)，统压力小于5psi后放空阀关闭；
77.自动吹扫，完成后，蜂鸣器提醒操作人员确认充装钢瓶3拆卸。
78.本发明通过集成进气柜和若干个充装钢瓶的结构设置，提高充装操作的功能性以及工作效率。
79.本发明用电化学抛光的管阀件加电子级的隔膜阀的组合取代了传统的酸洗钝化管加球阀的装置，具有密封性好，易吹扫置换，不会有杂质析出对介质产生二次污染的优点。
80.本发明根据“温度差”原理，采用对成品罐加热，进钢瓶前再通过盘管换热器降温，并对钢瓶进行预冷的方式进行充装，过程中取消了增压设备的投入，避免了增压环节产生介质外泄漏的可能，并减少了液体泵对介质的二次污染，迎合了目前集成电路市场对超高纯度乙硅烷的需求。
81.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
82.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或竖直，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
83.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
84.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指咧所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
85.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通.对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
86.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。