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福建 厦门
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工业级双路气体压力流量一体化控制器
一、概述
MKS 是工业场景下双路气体同步调控需求研发的压力 - 流量一体化控制设备，隶属于 PF2 系列工业级流体控制产品，核心为 “复杂工业环境下双路独立气体的压力稳定、流量调节及协同控制核心单元”。
该设备主要服务于半导体制造（晶圆刻蚀工艺中反应气与载气双路配比控制、化学气相沉积（CVD）工艺双路前驱体气体流量压力协同调节）、光伏产业（薄膜沉积双路掺杂气体配比、PECVD 工艺双路气体压力流量同步控制）、生物医药（发酵罐双路无菌气体（氧气 / 氮气）比例调节、疫苗生产双路工艺气体压力稳定供给）及特种材料合成（双路反应气体流量压力协同控制、高分子材料合成双路气体配比调控） 等对双路气体独立控制精度、同步响应速度及协同性要求极高的领域，承担 “双路气体压力实时采集与监测 - 流量计算与偏差分析 - 独立 / 协同控制指令生成 - 双路调节阀同步动作 - 异常工况报警与安全保护” 的全流程核心任务。
凭借 “双路独立控制 + 压力流量一体化调节 + 工业级抗恶劣环境设计 + 灵活协同控制策略” 的核心优势，既能满足双路气体从低压（0.1mbar）到中压（10bar）、小流量（0.1sccm）到大流量（50SLM）的全范围独立调控需求，又能实现双路气体的比例协同、差值控制等复杂逻辑，有效解决工业双路气体控制中 “两路干扰相互影响”“压力流量分步调节滞后”“复杂工况下控制精度衰减”“多系统集成兼容性差” 四大痛点。通过双路独立高精度传感模块、自适应 PID 控制算法及强化防护架构，设备实现单路压力控制精度≤±0.2% 满量程（FS）、流量控制精度≤±0.5% FS，双路同步响应时间≤50ms，保障工业生产中双路气体的稳定配比与协同供给，为工艺稳定性、产品良率提升提供核心支撑，降低因双路调控失衡导致的工艺失败损失（单次半导体晶圆批次刻蚀失败损失可达数十万元）。
二、技术参数
（一）核心控制参数（单路）
| 类别 | 具体参数 |
| 压力控制范围 | - 标准范围：0.1mbar - 10bar（支持 3 档切换：0.1mbar - 1bar、1bar - 5bar、5bar - 10bar）- 压力单位：支持 mbar、bar、psi、kPa、atm 切换，默认显示 bar |
| 压力控制精度 | - 设***精度：≤±0.2% FS（0.1mbar - 1bar 段）；≤±0.3% FS（1bar - 10bar 段）- 重复精度：≤±0.05% FS（全量程）- 线性度：≤±0.1% FS（全量程，二乘法拟合）- 压力分辨率：0.01mbar（0.1mbar - 1bar 段）；0.001bar（1bar - 10bar 段） |
| 流量控制范围 | - 标准范围：0.1sccm - 50SLM（支持 3 档切换：0.1sccm - 1SLM、1SLM - 10SLM、10SLM - 50SLM）- 流量单位：支持 sccm、SLM、L/min（标准状态）切换，标准状态定义：0℃，101.325kPa |
| 流量控制精度 | - 设***精度：≤±0.3% FS（0.1sccm - 1SLM 段）；≤±0.5% FS（1SLM - 50SLM 段）- 重复精度：≤±0.1% FS（全量程）- 线性度：≤±0.2% FS（全量程，二乘法拟合）- 流量分辨率：0.01sccm（0.1sccm - 1SLM 段）；0.01SLM（1SLM - 50SLM 段） |
| 响应性能 | - 单路响应时间：≤30ms（调节阀从全关到全开时间）- 单路调节时间：≤50ms（压力 / 流量从 10% 设定值阶跃至 90% 设定值，稳定在 ±0.5% 设定值内的时间）- 双路同步响应时间：≤50ms（双路参数同时阶跃时的调节时差）- 波动量：≤±0.1% FS（气源压力 ±10% 波动、温度 ±5℃ 变化时） |
| 气体兼容性 | - 预配置气体：50 种常见工业气体（N₂、O₂、Ar、H₂、He、CO₂、CF₄、SF₆、SiH₄ 等）- 气体温度范围：-20℃~+80℃（气体介质温度）- 气体兼容性：兼容腐蚀性、易燃易爆、高纯气体（需对应配置） |
（二）物理与环境参数
| 类别 | 具体参数 |
| 物理规格 | - 尺寸：180mm（长）×120mm（宽）×150mm（高）- 重量：约 2.2kg（含双路控制单元）- 气路接口（单路）：进气 / 出气接口为 1/4 英寸 VCR 接头（或 1/8 英寸 Swagelok 接头，可选）- 材质：气路部件 316L 不锈钢（钝化 + PTFE 涂层）；外壳铸铝（喷塑处理）- 显示屏：2.4 英寸彩色触摸屏，分辨率 320×240，支持中文 / 英文界面切换 |
| 环境适应性 | - 工作温度：-10℃~+60℃（设备工作环境温度）- 存储温度：-30℃~+85℃- 相对湿度：5%~95% RH（无冷凝，符合 IEC 60068 - 2 - 3 标准）- 防护等级：IP65（外壳）- 抗振动：10g（10Hz - 2000Hz，符合 IEC 60068 - 2 - 6，振动后单路压力控制精度偏差≤±0.1% FS）- 抗冲击：50g（1ms 脉冲，符合 IEC 60068 - 2 - 27，冲击后无硬件损坏）- 电磁兼容性：EN 55022 Class A、EN 55024；ESD 防护 ±15kV（空气放电）/±8kV（接触放电）；射频辐射抗扰 30V/m（80MHz - 1GHz） |
（三）电气与通信参数
| 类别 | 具体参数 |
| 供电参数 | - 供电电压：24V DC（±10%），输入范围 21.6 - 26.4V DC- 工作电流：≤500mA（24V DC 供电，双路阀门全开时）- 功耗：≤12W（24V DC×500mA）- 电源保护：过压保护（≥30V DC 时自动切断输入）、反接保护（内置二极管，防止正负极接反）、过流保护（≥800mA 时触发限流） |
| 通信接口 | - 数字接口：双路独立 RS - 485（每路支持 Modbus RTU 协议，波特率 9600 - 115200bps 可调）；共享 EtherNet/IP（传输速率 100Mbps，支持 TCP/IP 协议，循环周期≤1ms）、PROFINET（支持 RT 实时协议，传输速率 100Mbps）- 模拟量接口（单路）：4 - 20mA 电流输入（设定压力 / 流量信号，分辨率 16 位，输入阻抗≤250Ω）；4 - 20mA 电流输出（实际压力 / 流量信号，分辨率 16 位，负载电阻≤500Ω）- 开关量接口：4 路 NPN 输入（双路各 2 路，用于远程启停、模式切换，输入电压 24V DC）；4 路 NPN 输出（双路各 2 路，用于故障报警、参数达标信号，负载电流 100mA） |
（四）可靠性与安全参数
| 类别 | 具体参数 |
| 可靠性指标 | - 平均无故障时间（MTBF）：≥150,000 小时（Telcordia SR - 332 标准，25℃ 环境下）- 设计寿命：≥8 年- 阀门寿命（单路）：≥100 万次开关动作（额定工作条件下）- 传感器寿命（单路）：≥5 年（连续工作，精度衰减≤1% FS） |
| 安全保护 | - 超压保护（单路）：压力超过设定值 120% 时，自动关闭对应路调节阀并报警- 超流保护（单路）：流量超过设定值 120% 时，自动降低对应路阀门开度并报警- 超温保护：设备内部温度超过 70℃ 时，进入降额运行模式（控制精度变为 ±1% FS），超过 80℃ 时切断双路阀门控制并报警- 故障联锁保护：当一路发生严重故障（如传感器失效）时，可配置另一路自动切换至安全模式（维持当前参数或关闭），避免工艺崩溃 |
三、功能特点
（一）双路独立调控，兼顾协同性与独立性
- 双路全参数独立控制：设备集成 2 组完全独立的压力 - 流量控制单元（对应型号中 “DUAL” 双路设计），每路均具备完整的压力控制（0.1mbar-10bar）与流量控制（0.1sccm-50SLM）功能，且两路气路、电路、控制算法完全隔离，避免相互干扰（如一路气体压力波动对另一路流量控制精度影响≤±0.05% FS）；每路可独立设定压力、流量目标值，支持不同气体（如一路为腐蚀性 CF₄，另一路为惰性 Ar）、不同参数（如一路恒压控制，另一路恒流控制）的差异化调控，适配双路气体功能不同的工艺场景（如半导体刻蚀中反应气恒流、载气恒压）。
- 灵活协同控制策略：支持双路协同控制模式，包括比例协同（两路流量 / 压力按设定比例（0.1-100）同步调节，如 1:5 配比供给）、差值控制（两路压力 / 流量保持固定差值，如一路比另一路高 2bar 压力）、联锁控制（一路参数达到阈值时触发另一路调节，如载气流量达到 30SLM 时，反应气流量自动按比例提升）三种协同逻辑，通过软件即可配置；同时支持用户自定义协同算法（如基于工艺温度的双路流量动态配比公式），可通过配套开发工具植入，满足复杂工艺对双路气体协同性的特殊需求。
（二）压力流量一体化调节，提升控制效率与精度
- 单模块一体化调控：摒弃传统 “压力控制器 + 流量控制器” 分步调节模式，每路集成压力传感、流量计算、调节阀驱动于一体，当工艺需求同时调整压力与流量时（如半导体刻蚀中先将载气压力稳定至 2bar，再将流量调节至 20SLM），设备可通过内部联动算法同步完成参数优化，避免分步调节导致的过渡过程波动（过渡时间从传统方案的 2s 缩短至 50ms），且压力流量相互补偿（如流量变化导致压力波动时，自动微调压力设定值，确保双参数稳定）。
- 全范围高精度适配：针对不同压力与流量区间，采用分段优化控制策略 —— 低压段（0.1mbar-1bar）与小流量段（0.1sccm-1SLM）采用电容式压力传感器与精密针阀，控制精度分别达压力≤±0.2% FS、流量≤±0.3% FS；中压段（1bar-10bar）与大流量段（1SLM-50SLM）采用 piezoresistive 压力传感器与大口径调节阀，控制精度分别达压力≤±0.3% FS、流量≤±0.5% FS；同时内置 50 种常见工业气体物理参数数据库（密度、粘度、声速等），选择气体后自动匹配对应的压力 - 流量换算模型，无需手动校准，确保不同气体在全范围的控制精度。
（三）工业级稳定运行，抵御复杂工况干扰
- 强化抗腐蚀与防护：双路气路部件均采用 316L 不锈钢材质，表面经钝化 + PTFE 涂层处理，可抵御半导体工艺中的氟化物（如 CF₄、SF₆）、氯化物等强腐蚀性气体侵蚀，且兼容氧气、等易燃易爆气体（可选配防爆套件，防爆等级 Ex d IIB T4 Gb）；设备外壳采用铸铝材质，表面喷塑处理，防护等级达 IP65，可有效防尘、防水溅，适应工业车间多粉尘、潮湿环境；双路气路接口均采用 VCR 密封结构（可选 Swagelok 接头），密封等级≤1×10⁻⁹ Pa・m³/s，确保高纯气体无泄漏，满足半导体、生物医药等对气体纯度要求严苛的场景。
- 宽温与强抗干扰设计：核心元器件（双路独立传感模块、控制芯片、调节阀驱动器）采用工业级宽温型号，工作温度范围覆盖 -10℃~+60℃，在低温洁净车间（如半导体晶圆车间）与高温设备旁（如 CVD 反应炉周边），单路压力控制精度衰减≤±0.01% FS/℃，流量控制精度衰减≤±0.02% FS/℃；内部电路采用 “双路独立电源 EMI 滤波 + 信号接地 + 数字隔离” 三重抗干扰措施，电磁兼容性符合 EN 55022 Class A、EN 55024 标准，在大功率射频设备（如等离子体发生器）、变频器周边使用时，双路控制误差波动均≤±0.05% FS，保障设备稳定运行。
（四）智能运维与灵活集成，降低管理成本
- 双路可视化监控与诊断：配备 2.4 英寸彩色触摸屏（分辨率 320×240），支持分路显示（独立显示每路压力、流量、控制模式、阀门开度等参数）与合并显示（同时对比双路参数差值、比例等协同指标）；内置双路独立故障自诊断系统，可分别检测每路压力传感器故障（零点漂移、信号异常）、流量计算异常、调节阀卡滞、通信中断等 30 余种故障，通过触摸屏、指示灯（每路独立红 / 绿 / 黄三色灯）及通信接口上报故障代码与解决方案建议，双路故障时间从平均 2.5 小时缩短至 12 分钟，运维效率提升 80%。
- 多接口与系统兼容：标配双路独立 RS-485（支持 Modbus RTU 协议）、共享 EtherNet/IP 及 PROFINET 工业通信接口，可直接接入半导体 FAB 自动化系统（如应用材料生产控制系统）、PLC 系统（西门子 S7-1500、罗克韦尔 ControlLogix）及 DCS 系统（横河 CENTUM VP），实现双路参数独立远程设定、实时监控与历史数据追溯；同时支持双路独立 4-20mA 模拟量输入 / 输出（16 位分辨率），适配老旧控制系统，系统集成周期较传统双路独立设备方案缩短 45%。
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