一月 26, 2021

IST流量传感器在质量流量控制器中的应用

什么是热式MFC/MFM

热式MFC/MFM,也就是热式质量流量控制器,是一种用于通过测量流体的质量流量来控制流量的设备。当气体流经加热表面时,气体分子产生热传递,与加热表面产生接触的气体分子越多,热传递现象越明显。通过对加热表面热量变化的测量,即可以反应出某种气体的质量流量变化。这种测量方法不受气压与环境温度的影响,因为它所测量的本质是气体分子的数量。

一般的热式MFC常在气流旁路的外部缠绕加热器与温度传感器(图1)。当没有气流时,旁路的两侧气压相同,因此旁路中也没有气体流动。这时由旁路加热器产生的热量均匀且对称地向周围扩散,加热器两侧的温度传感器具有相同的温度输出,也就是温度测量的偏移量ΔT = 0℃。当气体流动时,旁路上下游的传感器感知到温度的偏移,通过该偏移量测算当下的流速。此时温度与质量流量成正比,与气体的热容量成反比。

                                                      图1 旁路绕线式MFC

由于核心传感元件的限制,传统MFC需要相对复杂的结构设计与制造标定流程来满足测量要求,并且由于被测气体与传感部分无法直接接触的原因,系统的响应速度与测量精度均会受到制约。

IST流量传感器在MFC中的应用

IST-AG通过特殊的薄膜工艺,将高精度加热器,温度传感器或电堆封装在单一芯片内,构成流量测量的核心传感单元(图2)。

        图2 通过薄膜工艺构造传感器芯片

IST-AG传感器的流量传感器分为三种类型:热阻式(Thermo-resistive),量热热电式(Calorimetric thermo-electric),与量热热阻式(Calorimetric thermo-resistive),以响应绝大多数流量测量场景, 薄膜技术的应用使得IST AG流量传感器具有无与伦比的结构与性能优势。

IST-AG FS7流量传感器(参数见图3),宽广的测量范围允许将传感器直接置于被测气路当中(见图4),免去复杂的旁路设计。传感器具有陶瓷基底与钝化玻璃层进行保护,具有极佳的长期稳定性。

                                                    图3 FS7流量传感器参数

                     图4 FS7 直接置于被测气路中

 

在终端应用中,质量流量控制器的可靠性是许多半导体工艺的基础。MFC 的失准或制造缺陷会导致晶圆产量下降,甚至会损坏整个晶圆。采用IST流量传感器可以为MFC产品带来如下优势。

  1. 足够宽的测量范围使得在许多场景中不必使用旁路,而进行直接测量,提高测量的准确性。
  2. 薄膜技术带来极高的响应灵敏度,在一般测量状态就可以瞬间响应压力浪涌。
  3. 小巧的体积与简单的安装方式,给气路结构优化创造更大的空间。
  4. 易于校准,简化生产过程。

 

注:图1 来源于网络Mass Flow Controller?・C.F|FCON CO., LTD. (fcon-inc.jp)