负压供气钢瓶[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910718187.1
(22)申请日 2019.08.05
(71)申请人 古丰愿
地址 中国台湾新竹县新丰乡员山村建兴路
一段202-5号
申请人 张敏广
(72)发明人 古丰愿　张敏广　
(74)专利代理机构 深圳尚业知识产权代理事务
所(普通合伙) 44503
代理人 文蓉
(51)Int.Cl.
F17C 1/00(2006.01)
F17C 13/04(2006.01)
(54)发明名称
负压供气钢瓶
(57)摘要
一种负压供气钢瓶其用于在负压或真空环
境下供应气体，包括钢瓶本体、钢瓶阀件、管路结
构、第一止回阀、正压式调压阀与第二止回阀。

钢
瓶本体具有用于安全储存及安全运输气体的容
置空间并具有开口。

钢瓶阀件用于封闭开口。

管
路结构包括彼此相连的第一与第二管路。

第一止
回阀是设置于第一管路的单向阀，并对应输出气
体的流动方向具有开启压力。

正压式调压阀设置
于第一管路且具有与输出气体的流动方向同向
的出口压力。

第二止回阀设置于第二管路，且是
与输入与储存气体的流动方向同向的单向阀。

权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 112325146 A 2021.02.05
C N 112325146
A
1.一种负压供气钢瓶，用于在负压环境下释放一气体，其特征在于，包括：
一钢瓶本体，具有用于储存该气体的一容置空间以及位于该容置空间的一端的一开口；
一钢瓶阀件，用于封闭该钢瓶本体的该开口，且具有一输出/入口以及一通道其两端分别连通于该输出/入口与该钢瓶本体的该容置空间；
一管路结构，包括一第一管路与一第二管路，该第一管路具有连接于该通道的一第一端以及往该容置空间内延伸的一第二端，该第二管路则连接于该第一管路，当自该容置空间释放该气体时，储存于该容置空间中的该气体是经由该第一管路的该第二端往该第一端流动，当对该负压供气钢瓶储存与输入该气体时，该气体是经由该第一管路的该第一端往该第二管路流动；
一第一止回阀，其是设置于该第一管路的一单向阀，且该第二管路与该第一管路的连接处位于该第一端与该第一止回阀之间，该第一止回阀针对自该第二端往该第一端的气体流动方向具有一开启压力；
一正压调压阀，设置于该第一管路且相较第一止回阀接近该第一管路的该第二端，该调压阀具有与自该第二端往该第一端的气体流动方向同向，可将该容置空间内的该气体由高压调整到低压，并设定在一预定的一出口压力；以及
一第二止回阀，其设置于该第二管路且与该第二管路中输入与储存该气体的气体流动方向同向的一单向阀。

2.如权利要求1所述的负压供气钢瓶，其特征在于，该第一止回阀的该开启压力大于该正压调节阀的该出口压力。

3.如权利要求1所述的负压供气钢瓶，其特征在于，将该调压阀的该出口压力表示为P1，将该第一止回阀的该开启压力表示为P2，当P1<P2时，该气体储存在该容置空间内，而当要将该气体引出该容置空间时，可将该输出/入口连接于一负压真空装置，以提供一真空度，将该真空度相对该容置空间的一负压表示为P3，当P1+P3＞P2时，该气体可自该容置空间中释放。

4.如权利要求3所述的负压供气钢瓶，其特征在于，0psi＜P1+P3－P2＜14.7psi。

5.如权利要求1所述的负压供气钢瓶，其特征在于，该负压供气钢瓶更包括一第一过滤器，设置于该第一管路的该第二端。

6.如权利要求5所述的负压供气钢瓶，其特征在于，该负压供气钢瓶更包括一第二过滤器，设置于该第一止回阀与该第二管路和该第一管路连接处之间。

7.如权利要求1所述的负压供气钢瓶，其特征在于，该气体包括砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)、三氟化硼(BF3)、四氟化硅(SiF4)、一氧化碳(CO)或四氟化锗(GeF4)等特殊气体，或包括上述特殊气体的混合气体。

8.如权利要求1所述的负压供气钢瓶，其特征在于，该第二阀件设置在该第二管路的末端。

9.如权利要求1所述的负压供气钢瓶，其特征在于，该钢瓶阀件包括彼此相连的一阀件主体与一瓶塞部，该输出/入口设置于该阀件主体，而该瓶塞部封闭该钢瓶本体的该开口，且该通道自该瓶塞部延伸到该输出/入口。

权　利　要　求　书1/1页CN 112325146 A
负压供气钢瓶
技术领域
[0001]本发明涉及一种负压供气钢瓶，尤其涉及一种只能在负压或真空环境下释放气体的负压供气钢瓶。

背景技术
[0002]在半导体掺杂的制程中，离子植入与扩散植入是常见的两种程序。

相较扩散植入程序，离子植入程序具有可在低温与真空下操作、杂质掺杂的浓度可精准控制、良好的杂质均一性、可穿透薄膜的能力以及没有固体溶解度极限等优点。

[0003]离子植入程序是以电浆化的离子束植入半导体中，而离子束中的离子是解离于含有此离子的气体其通常储存于高压钢瓶中。

因此离子植入机通常会连接多个高压钢瓶，每一高压钢瓶内填充有气体，通过离子植入机的真空设备将高压钢瓶内的气体吸引出来，再经解离与电浆化而形成离子束，整个制程都在真空负压环境下操作。

[0004]为了配合离子植入设备的真空环境，及避免气体从高压钢瓶泄露，通常会设计精密的阀件来封闭高压钢瓶，然而越精密的阀件也增加了高压钢瓶的设置成本，或在高压钢瓶的阀件连接上离子植入机后，必须以多道的操作，才能将气体引出高压钢瓶。

[0005]配合离子植入设备的气体钢瓶，早期大都采用高压气体钢瓶，因考量安全因素，现在用在离子植入设备的气体钢瓶，大部分已改用负压供气钢瓶(Vacuum Supply Gas cylinder,VSG)。

[0006]目前负压钢瓶有两种型式，一种是采用吸附材料吸附气体的气体钢瓶，另一种则是采用负压调压阀，将钢瓶内的气体压力调整到负压以下来供气，这种负压钢瓶通常采用两个阀口，一个是输入端的阀口，另一个是输出端的阀口，因而具有较为复杂的阀件设计。

发明内容
[0007]本发明提供一种负压供气钢瓶，使用正压式调压阀,搭配适当的止回阀,就可形成负压供气效果,输入和供输出只用一个阀口，具有简单的结构以降低成本之外，方便操作，安全度提升，并降低引出气体所需的操作复杂度。

[0008]本发明所提供的负压供气钢瓶是用于在负压或真空环境下供应气体，负压供气钢瓶包括钢瓶本体、钢瓶阀件、管路结构、第一止回阀、正压式调压阀与第二止回阀。

钢瓶本体具有用于安全储存及安全运输气体的容置空间并具有开口。

钢瓶阀件用于封闭开口，且具有输出/入口以及通道其两端分别连通于输出/入口与钢瓶本体的开口。

管路结构包括第一管路与第二管路，第一管路具有连接于通道的第一端以及往容置空间内延伸的第二端，第二管路则连接于第一管路。

当自容置空间释放气体时，储存于容置空间中的气体是经由第一管路的第二端往第一端流动，当对负压供气钢瓶储存与输入气体时，气体是经由第一管路的第一端往第二管路流动。

第一止回阀是设置于第一管路的单向阀，并对应输出气体的流动方向具有一定的开启压力。

正压式调压阀设置于第一管路且具有与输出气体的流动方向同向，可将钢瓶内的高压气体调整到低压的气体,并设定在一定的出口压力。

第二止回阀
设置于第二管路且是与输入与储存气体的流动方向同向的单向阀。

[0009]在本发明的一实施例中，第一止回阀的开启压力大于正压调压阀的出口压力。

[0010]在本发明的一实施例中，将调压阀的出口压力表示为P1，将第一止回阀的开启压力表示为P2，当P1<P2时，气体储存在容置空间内，而当要将气体引出容置空间时，可将输出/入口连接于负压真空装置，以提供一真空度，将真空度相对容置空间的负压表示为P3，当P1+P3＞P2时，气体可自容置空间中释放。

[0011]在本发明的一实施例中，0psi＜P1+P3-P2＜14.7psi。

[0012]在本发明的一实施例中，负压供气钢瓶可更包括设置于第一管路的第二端的第一过滤器。

[0013]在本发明的一实施例中，负压供气钢瓶可更包括设置于第一止回阀与第二管路和第一管路连接处之间的第二过滤器。

[0014]在本发明的一实施例中，气体包括砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)、三氟化硼(BF3)、四氟化硅(SiF4)、一氧化碳(CO)、四氟化锗(GeF4)等特殊气体，或包括上述特殊气体的混合气体。

[0015]在本发明的一实施例中，第二止回阀是设置在第二管路的末端。

[0016]在本发明的一实施例中，钢瓶阀件包括彼此相连的阀件主体与瓶塞部，输出/入口设置于阀件主体，而瓶塞部封闭钢瓶本体的开口，且通道自瓶塞部延伸到输出/入口。

[0017]本发明的实施例的负压供气钢瓶，将用于调控储存与释放气体的第一止回阀、第二止回阀以及调压阀等连同管路结构设置在钢瓶本体中，使得钢瓶阀件仅需要设置一个输出/入口，因此可大为降低钢瓶阀件的结构复杂度，提供操作的便利性与安全性，进而降低成本。

另外，在一般开放的大气环境下打开钢瓶阀件时，不会有气体流出，操作相当安全。

另外，由于本发明的实施例的负压供气钢瓶只要以输出/入口接上储气来源或负压真空装置，当达到预设的压力条件时，即可马上储气或将气体引出，因此操作也相当便利。

[0018]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明
[0019]图1为本发明一实施例的负压供气钢瓶的透视示意图。

[0020]图2为本发明另一实施例的负压供气钢瓶的透视示意图。

具体实施方式
[0021]图1为本发明一实施例的负压供气钢瓶的透视示意图。

请参照图1，本实施例的负压供气钢瓶100，可于负压或真空环境下供应气体，包括钢瓶本体110、钢瓶阀件120、管路结构130、第一止回阀140、调压阀150以及第二止回阀160。

[0022]钢瓶本体110具有用于安全储存与安全运输气体的容置空间S，且于容置空间S的一端具有开口111。

钢瓶阀件120用于封闭钢瓶本体110的开口111，且具有输出/入口121以及两端分别连通于输出/入口121与钢瓶本体110的容置空间S的通道122。

钢瓶阀件120并可具有调整输出/入口121的口径的限流结构(未绘示)，以调整气体输出/输钢瓶100的流速。

[0023]管路结构130包括第一管路131与第二管路132，第一管路131具有连接于通道122的第一端1311以及往容置空间S内延伸的第二端1312，第二管路132则连接于第一管路131。

当自容置空间S释放气体时，储存于容置空间S中的气体是经由第一管路131的第二端1312往第一端1311流动，然而，当对负压供气钢瓶100充填气体时，气体是经由第一管路131的第一端1311往第二管路132流动。

[0024]第一止回阀140与第二止回阀160属于单向阀，即仅允许单向的流向，而针对所允许的气体流动方向，也需感测到预设的开启压力时，才能让气体通过。

[0025]第一止回阀140设置于第一管路131，所允许的气体流动方向为自第二端1312往第一端1311的方向，即输出气体的流动方向。

第二管路132与第一管路131的连接处133位于第一端1311与第一止回阀140之间。

第一止回阀140对应输出气体的流动方向具有开启压力，即当第一止回阀140感测到第二端1312往第一端1311流动的气体的气体压力大于开启压力时，第一止回阀140开启让气体通过，以自容置空间S中释放。

[0026]正压式调压阀150设置于第一管路131且相较第一止回阀140接近第一管路131的第二端1312，正压式调压阀150具有与自第二端1312往第一端1311的流动方向即输出气体的流动方向同向的出口压力，以降低储存于容置空间S中的气体的气体压力。

[0027]将正压式调压阀150的出口压力表示为P1，第一止回阀140的开启压力表示为P2，而出口压力P1与第一止回阀140的开启压力P2的关系为：P1＜P2。

由于P1<P2，当在大气环境下打开钢瓶阀件120时，气体仍然无法由钢瓶100流出，气体可安全的保留在钢瓶100内，具有高度安全性。

要开始供气时，钢瓶阀件120的输出/入口可连接至一个负压真空装置(未绘示)，以使通道122具有真空度，现将此真空度对于容置空间S的负压表示为P3，若要引出储存于钢瓶本体110内的气体，出口压力P1、第一止回阀140的开启压力P2与通道122的真空度所产生的负压P3须满足关系式：P1+P3＞P2。

为了有效率的引出储存于钢瓶本体110内的气体，出口压力P1加上通道122的真空度所产生的负压P3与第一止回阀140的开启压力P2的差值可依关系式：0psi＜P1+P3－P2＜14.7psi。

但并不仅限于此，只要P1+P3－P2大于0psi，即可将气体由负压供气钢瓶100中引出。

[0028]第二止回阀160设置于第二管路132，且是与输入与储存气体的流动方向同向的单向阀，即第一止回阀140与第二止回阀160所允许的气体流动方向彼此相反，第二止回阀160只允许气体自外部储存与输入至钢瓶100中。

第二止回阀160可设置于第二管路132的末端，且所具的开启压力可大致相同于第一止回阀140的开启压力P2。

由于第二管路132并无设置有调压阀150，因此即使钢瓶阀件120的输出/入口121连接至一个负压真空装置，并开始自容置空间S引出气体时，气体只能由第一管路131的第二端1312流出，而不会从第二管路132流出。

此外，由于第二管路132仅需设置第二止回阀160，因此第二管路132的长度也可较第一管路131来得短一些。

[0029]在本实施例中，气体可包括砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)、三氟化硼(BF3)、四氟化硅(SiF4)、一氧化碳(CO)或四氟化锗(GeF4)等特殊气体，或包括上述特殊气体的混合气体。

但并不仅限于此。

[0030]在本实施例中，钢瓶阀件120包括彼此相连的阀件主体123与瓶塞部124，输出/入口121设置于阀件主体123，而瓶塞部124封闭钢瓶本体110的开口111，且通道122自瓶塞部124延伸到输出/入口121。

瓶塞部124与钢瓶本体110的开口111可通过彼此配合的螺牙结构
而结合。

但并不仅限于此，瓶塞部124与钢瓶本体110的开口111间也可具有其他不同的结合结构。

[0031]本实施例的负压供气钢瓶100的钢瓶阀件120可更包括阀件手轮125其包括一操作部126与连接于操作部126并伸入钢瓶阀件120内的阻隔部(未绘示)。

例如操作部126可螺接于阀件主体123的顶部，而阻隔部可随着操作部126的转动升降以封闭或开启通道122。

由前述可知，通过本实施例的管路结构130搭配第一止回阀140、调压阀150与第二止回阀160，在没有对通道122施加足够的负压之前，气体并不会从钢瓶本体110的容置空间S中泄漏，而可安全的储存在容置空间S中。

钢瓶阀件120的设置规格可类似于现行一般阀件，而无须过于复杂且昂贵的结构。

[0032]本实施例的负压供气钢瓶100，将用于调控储存与释放气体的第一止回阀140、第二止回阀160以及调压阀150等连同管路结构130设置在钢瓶本体110中，因此可大为降低钢瓶阀件120的结构复杂度，进而降低成本。

另外，本实施例的负压供气钢瓶100在一般开放的大气环境下打开钢瓶阀件120时，不会有气体流出，操作相当安全。

另外，只要以输出/入口接上储气来源或负压真空装置，当达到预设的压力条件时，即可马上储气或将气体引出，操作相当便利。

[0033]图2为本发明一实施例的负压供气钢瓶的透视示意图。

请参照图2，本实施例的负压供气钢瓶100a与图1的负压供气钢瓶100大致相同，不同处仅在于负压供气钢瓶100a可更包括设置于第一管路131的第二端1312的第一过滤器170。

此外，负压供气钢瓶100a也可更包括设置于第一止回阀140与第二管路132和第一管路131的连接处133之间的第二过滤器180。

[0034]由于负压供气钢瓶100a是储存待解离的气体，因此负压供气钢瓶100a中难以避免地会有气体与钢瓶壁面反应所形成的沉积物或杂质，为了避免这些沉积物或杂质透过管路结构130进入离子植入机(未绘示)的离子源(未绘示)中，而对离子植入系统的设备造成损害，因此可在第一管路131设置第一过滤器170与第二过滤器180。

[0035]本发明的实施例的负压供气钢瓶，将用于调控储存与释放气体的第一止回阀、第二止回阀以及调压阀等连同管路结构设置在钢瓶本体中，使得钢瓶阀件仅需要设置一个输出/入口，因此可大为降低钢瓶阀件的结构复杂度，提供操作的便利性与安全性，进而降低成本。

另外，在一般开放的大气环境下打开钢瓶阀件时，不会有气体流出，操作相当安全。

另外，由于本发明的实施例的负压供气钢瓶只要以输出/入口接上储气来源或负压真空装置，当达到预设的压力条件时，即可马上储气或将气体引出，因此操作也相当便利。

[0036]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

图1
图2。