本發明專利技術涉及一種半導體設備氣體混合控制器，采用以下技術方案：包括輸入部分、控制處理部分、輸出部分、RS485通訊端口和電源。輸入部分包括模擬信號采集模塊、氫氧比例輸入模塊和SIH4壓力輸入模塊，輸出部分包括模擬通道輸出模塊、控制通道輸出模塊、氫氧比例保護輸出模塊和SIH4超壓輸出模塊，一個RS485通訊端與數字質量流量計相連，另一個RS485通訊端口與上位機相連。電源采用隔離DC-DC模塊，電源經過隔離DC-DC模塊轉換為5個回路：氣體質量流量計、模擬通道芯片、單片機系統、主通訊口和從通訊口所需電源。本發明專利技術控制器可根據上位機下達各氣體的控制規則和程序來監控不同的質量流量計的氣體流量，同時進行互鎖和保護，可適用于氣體模擬質量流量計或數字質量流量計，可與8個質量流量計相連，特別適用于半導體具有氣體控制的設備，智能化高、功能強、成本低、精度高、安全可靠。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于控制器領域，具體涉及一種氣體混合控制器。
技術介紹
在半導體器件和集成電路制造中，將某種或某些雜質摻入半導體材料內，以使材料具有所需要的導電類型和一定的電阻率，用來制造PN結，電阻，埋層等。摻雜工藝所用的氣體摻雜源被稱為摻雜氣體。通常將摻雜源與運載氣體在源柜中混合，混合后氣流連續流入擴散爐內環繞晶片四周，在晶片表面沉積上化合物摻雜劑，進而與硅反應生成摻雜金屬。這就需要有一種對幾種氣體流量進行集中控制的管理器。根據半導體或工藝要求不同，需要氣體種類、數量和混合比例也不同，因此就需要一種把各類氣體流量進行檢測控制的控 制器。我國的半導體設備在近幾年發展很快，其控制系統也在不斷完善，但是總體上說對氣體的檢測和控制沒做獨立的開發研制，多數是根據實際需要，用分散的儀器和控制器來組建整個控制系統，或者采用簡潔但不是很規范方式來組建控制系統。目前，國內半導體設備行業，主要用工業控制機的模板或可編程控制器的模擬模板等來實現氣體混合監控，對數字氣體流量計直接用上位機來監控。這些方案都存在集散儀器多，編程復雜，成本高等缺點。現在國內實現氣體控制的方案基本有三種。如圖4、圖5、圖6所示。圖4是用PLC或其他控制機做控制器，對幾種流量進行比例混合監控，這種方案是針對模擬式流量計，在擴散爐控制系統中電氣控制柜和氣體控制柜有幾米遠的距離，控制機放在電氣控制柜里，質量流量計放在氣體控制柜中，這樣模擬信號傳送要經過幾米的距離，雖然加RC網路能消除一些干擾，但氣體信號還是有干擾和衰減的，勢必影響采集和控制精度；再，模擬信號輸入輸出需要配置相應數量的A/D、D/A模塊，若路數多，則需要幾個模塊，且這些模塊都是PLC或者工業控制機模擬通道模塊，硬件成本很高。圖5是針對數字式氣體流量計，近幾年的氣體流量計設計上都帶有數字通訊功能，將幾個質量流量計并聯后與其所需的控制器如PLC通訊，用RS485總線實現，電路就簡單多了。但是，用PLC實現通訊存在不好解決的問題一、PLC—般具有一個與上位機連接的RS232 口，一個與下位機相連的RS485接口，一般用此RS485接口與溫度控制儀表相連，而控制儀表的通訊協議與有些質量流量計的協議不同，如日本理化FB400溫度儀表的通訊協議中數據位是8，而日本的HORIBA的SEC質量流量計的通訊協議數據位是7，如果用此RS485 口，則在每次通訊時，針對不同儀器進行不同協議的初始化處理，這樣容易造成數據混亂，通訊時間長，效率降低。如果用兩個RS485，則需要增加擴展模塊，增加硬件和軟件成本；二、質量流量計的通訊協議中上傳數據是隨著信號大小而變化的，用PLC實現難度較大，增加編程人員的難度；三、PLC既要和上位機通訊，又要和下位機控制儀表通訊，還要和質量流量計通訊，同時還要對擴散爐載片舟的行程和許多I/O進行采集管理，這樣，PLC負擔太大，運行效率低，難以保證系統精度和故障安全處理。所以這樣方案再實際運行中都很少米用。圖6是為了彌補上述的缺陷，在工業控制機上增加一個RS485通訊口，直接和幾個數字式氣體流量計通訊，用上位機對質量流量計進行監控。因為工業控制機可以進行面向對象的高級編程，所以在編程方面較PLC簡單多。技術人員都喜歡采用此方法。但此方案缺點是一旦控制計算機系統出死機等故障，氣體的監控就失敗，實驗就受損失。采用此方案組建控制系統不是規范的現場總線控制系統，也不是規范的監督控制系統，這樣就保證不了系統的安全可靠性。
技術實現思路
為了滿足新設備設計與舊設備的改造，實現模擬數字式通用，減輕PLC負擔，實現現場總線控制系統，提高控制系統可靠性，本專利技術提出一種新型半導體設備氣體混合控制 器。本專利技術采用以下技術方案半導體設備氣體混合控制器，包括輸入部分、控制處理部分、輸出部分、RS485通訊端口和電源， 輸入部分包括模擬信號米集模塊、氫氧比例輸入模塊和SIH4壓力輸入模塊， 模擬信號采集模塊采用芯片TLC2543，一端與氣體質量流量計相連，采集質量流量計的模擬流量信號，完成A/D轉換，包括11個模擬輸入通道8路質量流量計模擬輸入通道，I路零點校準電路，I路滿量程校準電路，I路SIH4壓力信號檢測電路；另一端與控制處理部分連接； 控制部分采用STM8S單片機做主機，STM8S單片機通過從通訊口與上位機相連， 輸出部分包括模擬通道輸出模塊、控制通道輸出模塊、氫氧比例保護輸出模塊和SIH4超壓輸出模塊， 模擬通道輸出模塊采用芯片AD5668，控制通道輸出模塊采用三極管MJD122G， RS485通訊端口包括主通訊口和從通訊口，主通訊口與數字質量流量計相連，采集數字質量流量計的流量信號，從通訊口與上位機相連， 所述電源采用隔離DC-DC模塊，電源經過隔離DC-DC模塊轉換為5個回路氣體質量流量計、模擬通道芯片、單片機系統、主通訊口和從通訊口所需電源。控制器有兩路RS485通訊端口，可分為主通訊口和從通訊口，與數字質量流量計通訊的是主通訊口，與上位機通訊的是從通訊口，為防止相互干擾，均采用光電隔離。該控制器存放了幾大廠家的協議程序，用戶使用時通過上位機選擇即可。模擬信號采集模塊選用TLC2543，該芯片是12位串行模擬轉換器，使用開關電容逐次逼近技術完成A/D轉換過程，有11個模擬輸入通道，轉換時間為10us，速度和精度都滿足要求，與單片機實現光電隔離。11路是這樣分配的8路用于質量流量計的采集，I路用來零點校準，I路用滿量程校準，在每有個周期內都進行自動零點和滿量程校準，充分保證信號的精確度。剩下I路用在對外界信號檢測上，在有些半導體設備中需要用到四氫化硅(SIH4)氣體，如果SIH4泄放壓力大，泄漏的SIH4如沒自燃會非常危險，所以要實時檢測，對故障做相應的處理。SIH4壓力信號的檢測電路中選擇適當的穩壓管可有效得提高抗干擾能力，以防誤動作。該信號的輸入可采用電壓和電流兩種方式。SIH4信號的門限值大約在2.5左右。主通訊口與數字質量流量計的串行口相連，采集數字質量流量計的流量信號。該控制器不僅適用于氣體模擬質量流量計，而且適用于數字質量流量計，可與8個質量流量計相連，實現了模擬、數字通用，不僅滿足了新設備設計和舊設備的改造，而且極大地節省了費用。該控制器核心采用ST系列的STM8S工業單片機做主機。該單片機抗干擾能力強，I/o接口具有多功能，多串行口，多中斷口，是該控制器的最佳選擇。單片機引腳上接面板的校準開關，開關合上，系統即進行a/d，d/a的自校準。單片機和外界信號都實行光電隔離。輸出部分采用AD5668，輸出部分通過主通訊口與氣體質量流量計相連，包括模擬通道輸出、控制通道輸出和氫氧比例保護輸出； 模擬通道輸出輸出電路采用選用8通的16位的AD5668芯片，該芯片功能完善，準確度高。該芯片有內部有基準，為了更加可靠我們用REF02芯片作為外部基礎。輸出形式按 進口質量流量計的輸出標準0-5V設計，同時增加了 4-20mA的輸出，以備和具體電流輸入信號的質量流量計相連。控制通道輸出控制通道為8路，單片機通過光電隔離來控制三極管MJD122G的開關，MJD122G是互補硅功率達林頓晶體管，耐壓100V，輸出電流8A，可接DC100V以內的氣體電磁閥。為了實現自鎖對氫氣、氧氣、氮本文檔來自技高網...
【技術保護點】
半導體設備氣體混合控制器，其特征在于：包括輸入部分、控制處理部分、輸出部分、RS485通訊端口和電源，輸入部分包括模擬信號采集模塊、氫氧比例輸入模塊和SIH4壓力輸入模塊，模擬信號采集模塊采用芯片TLC2543，一端與氣體質量流量計相連，采集質量流量計的模擬流量信號，完成A/D轉換，包括11個模擬輸入通道：8路質量流量計模擬輸入通道，1路零點校準電路，1路滿量程校準電路，1路SIH4壓力信號檢測電路；另一端與控制處理部分連接；控制部分采用STM8S單片機做主機，STM8S單片機通過從通訊口與上位機相連，輸出部分包括模擬通道輸出模塊、控制通道輸出模塊、氫氧比例保護輸出模塊和SIH4超壓輸出模塊，？模擬通道輸出模塊采用芯片AD5668，控制通道輸出模塊采用三極管MJD122G，RS485通訊端口包括主通訊口和從通訊口，主通訊口與數字質量流量計相連，采集數字質量流量計的流量信號，從通訊口與上位機相連，所述電源采用隔離DC？DC模塊，電源經過隔離DC？DC模塊轉換為5個回路：氣體質量流量計、模擬通道芯片、單片機系統、主通訊口和從通訊口所需電源。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李聰，李春梅，張瑞芳，黃明建，代后兆，張亞寧，
申請(專利權)人：濟南大學，
類型：發明
國別省市：
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