本发明专利技术涉及一种半导体设备气体混合控制器，采用以下技术方案：包括输入部分、控制处理部分、输出部分、RS485通讯端口和电源。输入部分包括模拟信号采集模块、氢氧比例输入模块和SIH4压力输入模块，输出部分包括模拟通道输出模块、控制通道输出模块、氢氧比例保护输出模块和SIH4超压输出模块，一个RS485通讯端与数字质量流量计相连，另一个RS485通讯端口与上位机相连。电源采用隔离DC-DC模块，电源经过隔离DC-DC模块转换为5个回路：气体质量流量计、模拟通道芯片、单片机系统、主通讯口和从通讯口所需电源。本发明专利技术控制器可根据上位机下达各气体的控制规则和程序来监控不同的质量流量计的气体流量，同时进行互锁和保护，可适用于气体模拟质量流量计或数字质量流量计，可与8个质量流量计相连，特别适用于半导体具有气体控制的设备，智能化高、功能强、成本低、精度高、安全可靠。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于控制器领域，具体涉及一种气体混合控制器。
技术介绍
在半导体器件和集成电路制造中，将某种或某些杂质掺入半导体材料内，以使材料具有所需要的导电类型和一定的电阻率，用来制造PN结，电阻，埋层等。掺杂工艺所用的气体掺杂源被称为掺杂气体。通常将掺杂源与运载气体在源柜中混合，混合后气流连续流入扩散炉内环绕晶片四周，在晶片表面沉积上化合物掺杂剂，进而与硅反应生成掺杂金属。这就需要有一种对几种气体流量进行集中控制的管理器。根据半导体或工艺要求不同，需要气体种类、数量和混合比例也不同，因此就需要一种把各类气体流量进行检测控制的控 制器。我国的半导体设备在近几年发展很快，其控制系统也在不断完善，但是总体上说对气体的检测和控制没做独立的开发研制，多数是根据实际需要，用分散的仪器和控制器来组建整个控制系统，或者采用简洁但不是很规范方式来组建控制系统。目前，国内半导体设备行业，主要用工业控制机的模板或可编程控制器的模拟模板等来实现气体混合监控，对数字气体流量计直接用上位机来监控。这些方案都存在集散仪器多，编程复杂，成本高等缺点。现在国内实现气体控制的方案基本有三种。如图4、图5、图6所示。图4是用PLC或其他控制机做控制器，对几种流量进行比例混合监控，这种方案是针对模拟式流量计，在扩散炉控制系统中电气控制柜和气体控制柜有几米远的距离，控制机放在电气控制柜里，质量流量计放在气体控制柜中，这样模拟信号传送要经过几米的距离，虽然加RC网路能消除一些干扰，但气体信号还是有干扰和衰减的，势必影响采集和控制精度；再，模拟信号输入输出需要配置相应数量的A/D、D/A模块，若路数多，则需要几个模块，且这些模块都是PLC或者工业控制机模拟通道模块，硬件成本很高。图5是针对数字式气体流量计，近几年的气体流量计设计上都带有数字通讯功能，将几个质量流量计并联后与其所需的控制器如PLC通讯，用RS485总线实现，电路就简单多了。但是，用PLC实现通讯存在不好解决的问题一、PLC—般具有一个与上位机连接的RS232 口，一个与下位机相连的RS485接口，一般用此RS485接口与温度控制仪表相连，而控制仪表的通讯协议与有些质量流量计的协议不同，如日本理化FB400温度仪表的通讯协议中数据位是8，而日本的HORIBA的SEC质量流量计的通讯协议数据位是7，如果用此RS485 口，则在每次通讯时，针对不同仪器进行不同协议的初始化处理，这样容易造成数据混乱，通讯时间长，效率降低。如果用两个RS485，则需要增加扩展模块，增加硬件和软件成本；二、质量流量计的通讯协议中上传数据是随着信号大小而变化的，用PLC实现难度较大，增加编程人员的难度；三、PLC既要和上位机通讯，又要和下位机控制仪表通讯，还要和质量流量计通讯，同时还要对扩散炉载片舟的行程和许多I/O进行采集管理，这样，PLC负担太大，运行效率低，难以保证系统精度和故障安全处理。所以这样方案再实际运行中都很少米用。图6是为了弥补上述的缺陷，在工业控制机上增加一个RS485通讯口，直接和几个数字式气体流量计通讯，用上位机对质量流量计进行监控。因为工业控制机可以进行面向对象的高级编程，所以在编程方面较PLC简单多。技术人员都喜欢采用此方法。但此方案缺点是一旦控制计算机系统出死机等故障，气体的监控就失败，实验就受损失。采用此方案组建控制系统不是规范的现场总线控制系统，也不是规范的监督控制系统，这样就保证不了系统的安全可靠性。
技术实现思路
为了满足新设备设计与旧设备的改造，实现模拟数字式通用，减轻PLC负担，实现现场总线控制系统，提高控制系统可靠性，本专利技术提出一种新型半导体设备气体混合控制 器。本专利技术采用以下技术方案半导体设备气体混合控制器，包括输入部分、控制处理部分、输出部分、RS485通讯端口和电源， 输入部分包括模拟信号米集模块、氢氧比例输入模块和SIH4压力输入模块， 模拟信号采集模块采用芯片TLC2543，一端与气体质量流量计相连，采集质量流量计的模拟流量信号，完成A/D转换，包括11个模拟输入通道8路质量流量计模拟输入通道，I路零点校准电路，I路满量程校准电路，I路SIH4压力信号检测电路；另一端与控制处理部分连接； 控制部分采用STM8S单片机做主机，STM8S单片机通过从通讯口与上位机相连， 输出部分包括模拟通道输出模块、控制通道输出模块、氢氧比例保护输出模块和SIH4超压输出模块， 模拟通道输出模块采用芯片AD5668，控制通道输出模块采用三极管MJD122G， RS485通讯端口包括主通讯口和从通讯口，主通讯口与数字质量流量计相连，采集数字质量流量计的流量信号，从通讯口与上位机相连， 所述电源采用隔离DC-DC模块，电源经过隔离DC-DC模块转换为5个回路气体质量流量计、模拟通道芯片、单片机系统、主通讯口和从通讯口所需电源。控制器有两路RS485通讯端口，可分为主通讯口和从通讯口，与数字质量流量计通讯的是主通讯口，与上位机通讯的是从通讯口，为防止相互干扰，均采用光电隔离。该控制器存放了几大厂家的协议程序，用户使用时通过上位机选择即可。模拟信号采集模块选用TLC2543，该芯片是12位串行模拟转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程，有11个模拟输入通道，转换时间为10us，速度和精度都满足要求，与单片机实现光电隔离。11路是这样分配的8路用于质量流量计的采集，I路用来零点校准，I路用满量程校准，在每有个周期内都进行自动零点和满量程校准，充分保证信号的精确度。剩下I路用在对外界信号检测上，在有些半导体设备中需要用到四氢化硅(SIH4)气体，如果SIH4泄放压力大，泄漏的SIH4如没自燃会非常危险，所以要实时检测，对故障做相应的处理。SIH4压力信号的检测电路中选择适当的稳压管可有效得提高抗干扰能力，以防误动作。该信号的输入可采用电压和电流两种方式。SIH4信号的门限值大约在2.5左右。主通讯口与数字质量流量计的串行口相连，采集数字质量流量计的流量信号。该控制器不仅适用于气体模拟质量流量计，而且适用于数字质量流量计，可与8个质量流量计相连，实现了模拟、数字通用，不仅满足了新设备设计和旧设备的改造，而且极大地节省了费用。该控制器核心采用ST系列的STM8S工业单片机做主机。该单片机抗干扰能力强，I/o接口具有多功能，多串行口，多中断口，是该控制器的最佳选择。单片机引脚上接面板的校准开关，开关合上，系统即进行a/d，d/a的自校准。单片机和外界信号都实行光电隔离。输出部分采用AD5668，输出部分通过主通讯口与气体质量流量计相连，包括模拟通道输出、控制通道输出和氢氧比例保护输出； 模拟通道输出输出电路采用选用8通的16位的AD5668芯片，该芯片功能完善，准确度高。该芯片有内部有基准，为了更加可靠我们用REF02芯片作为外部基础。输出形式按 进口质量流量计的输出标准0-5V设计，同时增加了 4-20mA的输出，以备和具体电流输入信号的质量流量计相连。控制通道输出控制通道为8路，单片机通过光电隔离来控制三极管MJD122G的开关，MJD122G是互补硅功率达林顿晶体管，耐压100V，输出电流8A，可接DC100V以内的气体电磁阀。为了实现自锁对氢气、氧气、氮本文档来自技高网...
【技术保护点】
半导体设备气体混合控制器，其特征在于：包括输入部分、控制处理部分、输出部分、RS485通讯端口和电源，输入部分包括模拟信号采集模块、氢氧比例输入模块和SIH4压力输入模块，模拟信号采集模块采用芯片TLC2543，一端与气体质量流量计相连，采集质量流量计的模拟流量信号，完成A/D转换，包括11个模拟输入通道：8路质量流量计模拟输入通道，1路零点校准电路，1路满量程校准电路，1路SIH4压力信号检测电路；另一端与控制处理部分连接；控制部分采用STM8S单片机做主机，STM8S单片机通过从通讯口与上位机相连，输出部分包括模拟通道输出模块、控制通道输出模块、氢氧比例保护输出模块和SIH4超压输出模块，？模拟通道输出模块采用芯片AD5668，控制通道输出模块采用三极管MJD122G，RS485通讯端口包括主通讯口和从通讯口，主通讯口与数字质量流量计相连，采集数字质量流量计的流量信号，从通讯口与上位机相连，所述电源采用隔离DC？DC模块，电源经过隔离DC？DC模块转换为5个回路：气体质量流量计、模拟通道芯片、单片机系统、主通讯口和从通讯口所需电源。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，李春梅，张瑞芳，黄明建，代后兆，张亚宁，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
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