CKD喜開(kāi)理小型流量控制器FCM系列的應(yīng)用案例

更新時(shí)間：2025-12-29

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FCM系列作為CKD喜開(kāi)理核心小型流量控制器，憑借“多氣體適配、高精度控制、快速響應(yīng)、寬工況兼容"的核心優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、新能源、醫(yī)療設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室分析、食品包裝等領(lǐng)域。其覆蓋0.5~100L/min（空氣/氮?dú)獾龋┘?~20L/min（氫氣/氦氣）流量范圍，支持±3%F.S.以?xún)?nèi)控制精度、0.5sec快速響應(yīng)，搭配樹(shù)脂/不銹鋼閥體、多信號(hào)輸出方式，可精準(zhǔn)匹配不同場(chǎng)景的氣體流量控制需求。以下為各行業(yè)詳細(xì)應(yīng)用案例：

一、半導(dǎo)體制造：薄膜沉積工藝的高精度氣體控制

1. 應(yīng)用場(chǎng)景

在半導(dǎo)體芯片的化學(xué)氣相沉積（CVD）工藝中，需向反應(yīng)腔室精準(zhǔn)輸送氬氣（載氣）、氮?dú)猓ù祾邭猓┑葰怏w，流量穩(wěn)定性直接影響薄膜的厚度均勻性、純度及附著力。工藝要求氣體流量控制精度≤±3%，響應(yīng)速度快（避免腔室壓力波動(dòng)），且需滿(mǎn)足潔凈無(wú)油、低泄漏需求（防止污染晶圓）。

2. 核心需求

- 適配高純度氬氣（AR）、氮?dú)猓ˋI），無(wú)油污染（符合半導(dǎo)體潔凈標(biāo)準(zhǔn)）；

- 流量范圍0~10L/min，控制精度±3%F.S.以?xún)?nèi)，確保薄膜沉積一致性；

- 響應(yīng)速度快（≤0.5sec），搭配模擬輸出（4-20mA），實(shí)時(shí)反饋流量數(shù)據(jù)至PLC系統(tǒng)；

- 閥體材質(zhì)耐腐蝕、易清潔，避免氣體殘留污染。

3. FCM系列選型與實(shí)施

選型型號(hào)：FCM-0010AR-8A2AP（氬氣適配、不銹鋼閥體Rc1/4接口、4-20mA輸入/1-5V模擬輸出、PNP錯(cuò)誤輸出）

實(shí)施細(xì)節(jié)：

- 采用不銹鋼閥體（8A規(guī)格）搭配氟橡膠密封件，符合半導(dǎo)體潔凈無(wú)油要求，避免樹(shù)脂材質(zhì)可能產(chǎn)生的微粒污染；

- 流量設(shè)定通過(guò)PLC輸出4-20mA信號(hào)傳輸至FCM控制器，實(shí)時(shí)流量通過(guò)1-5V模擬信號(hào)反饋，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；

- 前端搭配CKD M系列精密過(guò)濾器（油份濃度≤0.1mg/m3），確保進(jìn)入FCM的氣體潔凈度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；

- 利用FCM±0.2%F.S./℃的溫度特性，抵消腔室周邊溫度波動(dòng)對(duì)流量控制的影響。

4. 應(yīng)用效果

- 薄膜厚度偏差從±8%縮小至±2.5%，晶圓合格率提升12%；

- 響應(yīng)速度快，腔室壓力波動(dòng)控制在±5kPa以?xún)?nèi)，減少工藝中斷風(fēng)險(xiǎn)；

- 設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間超8000小時(shí)，維護(hù)頻率降低60%（相較于傳統(tǒng)流量控制器）。

二、新能源：燃料電池氫氣/氦氣測(cè)試系統(tǒng)

1. 應(yīng)用場(chǎng)景

在燃料電池電堆性能測(cè)試中，需精準(zhǔn)控制氫氣（燃料氣）、氦氣（檢漏氣）的流量，模擬不同工況下的電堆輸出特性。測(cè)試要求氫氣流量控制精度高（避免燃料浪費(fèi)及測(cè)試數(shù)據(jù)偏差），氦氣泄漏率低（確保檢漏準(zhǔn)確性），且需兼容高壓工況（使用壓力≤150kPa）。

2. 核心需求

- 適配氫氣（H2）、氦氣（HE），氫氣流量范圍0~2L/min，氦氣流量范圍0~5L/min；

- 氦氣泄漏率≤1×10^-6 Pa·m3/s，氫氣控制精度±3%F.S.以?xún)?nèi)；

- 支持并行10bit輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多工況流量快速切換；

- 耐高壓（耐壓980kPa），符合燃料電池測(cè)試的安全規(guī)范。

3. FCM系列選型與實(shí)施

選型型號(hào)：氫氣控制用FCM-0002H2-4S2P（0~2L/min、1/4″雙卡套接頭、4-20mA輸入、并行10bit輸出）；氦氣檢漏用FCM-0005HE-UF2AP（0~5L/min、9/16-18UNF接口、模擬輸出）

實(shí)施細(xì)節(jié)：

- 采用專(zhuān)用氫氣/氦氣適配機(jī)型，氣體接觸部選用不銹鋼+氟橡膠材質(zhì)，耐氣體腐蝕，避免氫脆風(fēng)險(xiǎn)；

- 氫氣回路搭配殘壓排出閥，測(cè)試結(jié)束后快速排出管路殘留氫氣，提升操作安全；

- 并行10bit輸入信號(hào)支持1024級(jí)流量設(shè)定，可快速切換怠速、額定功率等不同測(cè)試工況；

- 氦氣回路利用FCM低泄漏特性，配合真空檢漏儀，實(shí)現(xiàn)電堆微小泄漏精準(zhǔn)檢測(cè)。

4. 應(yīng)用效果

- 氫氣流量控制誤差≤±2%，測(cè)試數(shù)據(jù)重復(fù)性提升15%，降低測(cè)試成本；

- 氦氣泄漏檢測(cè)精度達(dá)10^-7 Pa·m3/s級(jí)別，可識(shí)別0.1mm以下微小泄漏；

- 多工況切換響應(yīng)時(shí)間≤0.5sec，測(cè)試效率提升30%，滿(mǎn)足批量電堆測(cè)試需求。

三、實(shí)驗(yàn)室分析：氣相色譜儀載氣精準(zhǔn)控制

1. 應(yīng)用場(chǎng)景

氣相色譜儀（GC）中，載氣（氮?dú)?氦氣）的流量穩(wěn)定性直接影響色譜峰的分離度、保留時(shí)間重復(fù)性及檢測(cè)靈敏度。實(shí)驗(yàn)室需求載氣流量范圍0~0.5L/min，控制精度±3%F.S.以?xún)?nèi)，且需適配不同檢測(cè)器（如FID、TCD）的流量需求，支持手動(dòng)與自動(dòng)控制切換。

2. 核心需求

- 適配氮?dú)猓ˋI）、氦氣（HE），小流量精準(zhǔn)控制（0~0.5L/min）；

- 顯示分辨率0.01L/min，便于手動(dòng)微調(diào)流量；

- 支持0-5VDC模擬輸入，可與色譜儀工作站聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；

- 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，0~50℃工況下流量穩(wěn)定性不受影響。

3. FCM系列選型與實(shí)施

選型型號(hào)：FCM-9500AI-UF1AN（0~0.5L/min、9/16-18UNF接口、0-5VDC輸入、1-5V輸出）

實(shí)施細(xì)節(jié)：

- 選用小流量標(biāo)準(zhǔn)型（9500系列），顯示分辨率達(dá)0.01L/min，滿(mǎn)足手動(dòng)微調(diào)需求；

- 前端連接CKD F系列空氣過(guò)濾器+干燥劑式干燥機(jī)，確保載氣露點(diǎn)≤-20℃，避免水分影響檢測(cè)結(jié)果；

- 通過(guò)色譜儀工作站輸出0-5VDC信號(hào)控制FCM流量，實(shí)時(shí)流量通過(guò)1-5V信號(hào)反饋至工作站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄；

- 利用FCM±0.2%F.S./℃的溫度特性，抵消實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度波動(dòng)（10~30℃）對(duì)流量的影響。

4. 應(yīng)用效果

- 色譜峰保留時(shí)間重復(fù)性偏差從±0.05min縮小至±0.01min，檢測(cè)精度提升40%；

- 小流量控制穩(wěn)定，可控流量0.05L/min，適配TCD檢測(cè)器低流量需求；

- 支持自動(dòng)控制，減少實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)操作誤差，數(shù)據(jù)追溯性更強(qiáng)。

四、食品包裝：薯片充氮保鮮惰性氣體控制

1. 應(yīng)用場(chǎng)景

薯片等膨化食品包裝中，需向包裝袋內(nèi)填充氮?dú)猓ǘ栊詺怏w）以排出空氣，延緩氧化變質(zhì)，同時(shí)控制填充流量避免包裝袋過(guò)脹或欠充。生產(chǎn)線需求流量范圍0~20L/min，響應(yīng)速度快（適配高速包裝線，每分鐘60袋），且設(shè)備需易清潔、耐腐蝕（適應(yīng)車(chē)間潮濕環(huán)境）。