摘要：对标MKS、VAT和CDK本文介绍了相应的国产替代方案和产品，如公司下游排气高速节流阀系列产品。基于CVD技术方案将下游流量调节阀改为下游压力调节阀，并采用分体结构PID控制器分离，调压阀具备大口径和高速功能，电子气控驱动调压阀快速动作，PID控制器接收真空计信号和控制气控驱动阀，阀门全开时间小于0.1秒。

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一、背景介绍

沉积在各种化学气相中CVD在工艺过程中，腔室上游为各种工作气体的进气端，腔室下游设置节流阀和真空泵，在高温条件下控制工作室内的工作气压。为了达到更高的工艺质量，在CVD真空度的控制应满足以下要求：

（1）下游控制方式：因为在CVD工艺真空度不高，基本为10~500Torr在此范围内，低真空控制可以通过下游控制实现高精度和快速控制。上游控制难以达到满意的控制效果，上游控制一般适用于高真空度的低压控制。

(2)高速调节能力:CVD在工艺过程中，除了缓慢调节和控制初始阶段的真空度外，在温度突变过程中还需要快速调节和恒定真空度的能力，这需要下游调节阀的响应速度非常快，阀门从完全关闭到完全打开的时间不得超过1秒。

(3)大直径:节流阀作为下游控制模式，安装在工作室和真空泵之间，需要大直径才能满足真空的快速提取和控制。

(4)易维护:CVD在这个过程中，会有大量的微尘。虽然使用了过滤装置，但仍会污染节流阀，要求节流阀便于拆卸和清洗，不影响使用。

目前市场可以满足CVD上述工艺要求和应用较多的节流阀是MKS、VAT和CDK国外公司系列下游排气高速节流阀的全开速度为0.2~1.7秒内，口径1.270~2.蝶阀、步进电机和362英寸集成PID控制器。

目前MKS的下游节流阀在CVD该工艺应用成熟，但存在价格高、交货期长的问题。针对这一问题，本文提出了相应的替代方案，介绍了相关产品，以便在本地化方面进行尝试。

二、国产替代方案

本地化替代方案主要包括以下几个方面：

2.1 压力调节方式

目前MKS公司下游节流阀是一种流量调节阀，通过调节蝶阀的开度来调节排气流量，平衡进口流量，实现工作室内真空度的控制。我们的方案是通过调节工作室排气口的气压，直接使用压力调节阀来控制腔室的真空度。调压方法还能实现真空度的准确控制，特别是在CVD在低真空（高压）工作范围内，排气量较小，可节省工作气体的排放。

2.2 分体结构

与MKS下游节流阀的集成结构不同，我们将阀门与PID模块分离控制器。分体结构的使用主要考虑以下几个方面：

(1)采用独立的2通道PID控制器PID有24个控制器A/D和16位D/A超高精度可以保证真空度的控制精度，有40多种信号输入类型，可以用来控制真空度和温度。

（2）2通道PID控制器可连接两个不同范围的电容式真空计，并具有真空计自动切换功能，实现全范围内真空度的自动测量和控制。如果只连接一个真空计，另一个通道可以连接温度传感器进行温度控制。

（3）很多CVD设备独立，功能强大PLC控制系统用于控制电气参数，如真空度、温度和流量，并具有一定的精度PID控制功能PLC系统直接控制阀门，避免功能重复，有利于降低成本。

2.3 气控驱动压力调节阀

有别于美国MKS公司下游节流阀采用高速步进电机驱动蝶阀。我们的技术方案是电子气控先导阀驱动阀芯位移，可以驱动阀芯实现高速位移和压力调节。对于不同口径的相应规格，内部阀芯非常容易拆卸、更换和清洁。

三、国产化相关产品

3.1 大直径真空压力调节阀

新推出的国产化EVR系列（Eyoung Vacuum Regulator）真空压力调节阀及其内部结构如图1所示。

图1 国产EVR一系列真空压力调节阀及其内部结构示意图

EVR系列真空压力调节阀是一种常闭式压力调节阀，可直接高速调节气密性容器的真空压力（负压或正压）。调节方法为顶部气动控制先导阀，可手动、电子控制。

EVR系列产品可配各种手动和电子控制形式的先导阀，可形成开环和闭环控制回路。通过外接真空计和真空压力控制器相结合，可构成闭环形式快速高精度可编程真空控制回路。

EVR如表1所示，系列真空压力调节阀的技术参数。

表1 EVR真空压力调节阀系列技术参数表

3.2 高精度多功能两通道24PID控制器

标杆英国欧洲控制器，国内控制器VPC-2021系列PID多通道控制器，24位A/D和16位D/A、一般可编程类型PID如图2所示，控制器。VPC-2021系列PID控制器可以精确控制各种参数，如真空度、温度、流量和速度强大，性价比高。

图2 VPC-2021系列高精度PID程序控制器

VPC-2021系列控制器的主要性能指标如下：

(1)精度:24位A/D，16位D/A。

(2)最高采样速度:50ms。

(3)多种输入参数:47种输入信号(热电偶、热电阻、直流电压)，可连接各种温度和真空度传感器进行测量、显示和控制。

(4)多种输出形式:16位模拟信号 、2A (250 VAC）继电器 、22V/20mA 固态继电器 、 3A/250VAC可控硅。

(5)多通道:独立1或2通道输出。2通道可同时测量和控制温度和真空，报警输出通道可用于控制旋转电机。

(6)多功能:正反、正反双向控制、加热/制冷控制。

（7）PID程序控制：改进型PID算法，支持PV先控制微分和微分。可存储20组分组PID，支持20条程序曲线(每条50段)。

(8)通信:两线制RS485标准MODBUSRTU 通讯协议。

（9）显示方式：数码馆和IPS TFT真彩液晶。

（10）软件：通过软件计算机可实现对控制器的操作和数据采集存储。

（11）外形尺寸：96×96×87mm(开孔尺寸92×92mm)。

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