一种半导体用密封件制备方法及密封结构与流程

1.本发明涉及一种半导体用零部件制备技术领域，特别是关于一种半导体用密封件制备方法及密封结构。


背景技术：

2.半导体行业中所使用的密封结构形式多样，需求繁杂，要求也极高。不仅要使用常规形式的平垫，还有更多带有功能性的特殊密封结构。
3.在常规半导体等行业的气体管路中，气体的纯净度是一个很受关注的指标，并且也会提出极高的要求。在得到纯净气体的同时，气体的可燃、易燃程度也随之大大提高，所以在高纯气体环境中迫切需要一款可以既能过滤杂质又能阻挡火势蔓延的产品。而作为管路的起始端或中转端的管路接头，它们在气路中有着及其重要的作用，不仅可以增加管路的有效长度，还可以调配管路流量压力等诸多功能。所以在这重要的接口处为了密封性更好，需采用密封结构产品作为密封介质。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种半导体用密封件制备方法及密封结构，其具有较好的密封性能，并能实现对半导体中高纯气体的进行过滤及阻火。
5.为实现上述目的，第一方面，本发明采取的技术方案为：一种半导体用密封件制备方法，其包括：采用金属粉末制备过滤部，将金属粉末进行烧结，然后依次进行渗碳、淬火及回火工艺进行初步成型处理；再经过机加矫形，表面处理完成成品过滤部，且过滤部的壁面布满微孔；其中，金属粉末由c、ni、si、mn、p、cu和fe元素构成，相应含量为：c：0.01%～0.03%；ni：10%～15%；si：0.8%～1%；mn：0.8%～1.5%；p：0.1～0.8%；cu：5%～8%；其余为fe元素；制备金属平垫，采用圆形薄金属垫片制成，并在其中心处开设有圆孔，沿圆孔周向间隔开设多个作为气体介质流通通道的小通气孔，然后将过滤部的焊接在金属平垫一侧；制备阻火芯，采用金属材料制成整体截面为工字型，先将其竖直部依次穿过金属平垫的圆孔和过滤部，并在竖直部两端分别焊接两个金属圆片，使阻火芯不会脱出金属平垫的圆孔和过滤部；制备弹性件，采用具有势能的弹性零件制成，其一端焊接在位于过滤部侧的阻火芯的金属圆片内侧，另一端位于过滤部内。
6.第二方面，本发明采取的技术方案为：一种基于上述半导体用密封件制备方法的密封结构，其包括：金属平垫，其中心位置处设置有圆孔，沿所述圆孔周向间隔设置有多个作为气体介质流通通道的小通气孔；过滤部，设置在所述金属平垫的一侧，位于气体进入方向，所述过滤部采用金属粉末烧结成型，且壁面布满微孔；阻火芯，其中部通过所述圆孔穿设在所述金属平垫和所述过滤部内，所述阻火芯的第一端设置在所述过滤部的第二端，所述阻火芯的第二端位于所述金属平垫的另一侧；弹性件，其一端固定设置在所述阻火芯的第一端内侧，另一端设置在所述过滤部内，通过所述弹性件与所述阻火芯配合，以进行管路阻火。
7.进一步，所述过滤部的微孔的气孔率为10%～22%。
8.进一步，所述过滤部采用圆筒型结构，其第一端固定在所述金属平垫的进气侧，且所述金属平垫上的多个小通气孔位于所述过滤部的第一端内。
9.进一步，所述过滤部内的中部设置有第一圈凹槽，用于容置所述弹性件，为所述弹性件提供蓄能空间以及初始位置的限位；在所述过滤部的第二端端部内侧设置有第二圈凹槽，用于对所述弹性件进行限位。
10.进一步，所述阻火芯的截面为工字型结构，其第一端和第二端都为圆片型结构，且第一端与第二端之间通过中心圆柱连接成一体；所述弹性件的一端固定设置在所述阻火芯的第一端内侧。
11.进一步，所述阻火芯的第一端为平面金属片，第二端为带有密封性能的凸起金属片，且所述平面金属片的直径与所述过滤部的直径相同，所述凸起金属片的直径大于所述金属平垫上多个小通气孔所在圆的直径。
12.进一步，所述弹性件采用五爪弹片；所述五爪弹片的固定端连接在所述阻火芯第一端与中心圆柱连接处；活动端在正常使用时位于所述过滤部的第一圈凹槽内，在管路内环境压力陡然激增或管路发生温度骤升时，活动端位于所述过滤部的第二圈凹槽内。
13.进一步，所述弹性件采用四杆弹片，每个弹片都采用近似v字形结构；所述四杆弹片的第一端设置在所述阻火芯第一端内侧周向，第二端紧贴所述阻火芯的中心圆柱，且v字形凸起部在正常使用时位于所述过滤部的第一圈凹槽内，在管路内环境压力陡然激增或管路发生温度骤升时，v字形凸起部位于所述过滤部的第二圈凹槽内。
14.进一步，所述弹性件采用压缩弹簧；所述压缩弹簧穿设在所述阻火芯的中心圆柱上，且所述压缩弹簧的第一端固定在所述阻火芯的第一端内侧，第二端固定在所述金属平垫的一侧；正常使用时，所述压缩弹簧处于蓄能状态，所述阻火芯的中心圆柱与所述金属平垫的圆孔之间采用易熔合金焊接固定，将所述压缩弹簧压缩在所述过滤器与所述阻火芯的第一端之间。
15.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明应用于管路的接头与接头连接处，可以取代原有平垫。接头与接头之间由金属平垫进行硬密封，根据硬度差异使金属平垫变形，紧密贴合接头造型，保证介质气体不能外溢泄露。
16.2、本发明在气体管路环境中，当环境稳定时，介质气体稳步经过金属粉末制成的过滤部进行气体净化提纯，再经过金属平垫上的多个小通气孔流出到另一管路中。本发明的半导体用密封结构不仅考虑了过滤的多种精度要求的适用性问题，更考虑了客户流量的需求与压差的控制。
17.3、当气体管路环境压力陡然激增，或管路发生温度骤升，触发弹性件释放，或达到合金融化的温度时，激发压缩弹簧释放，急速关闭气体通道，避免过多的气体污染，也有效的阻止了火势或热浪的蔓延，从而保证管路安全，具有较好的阻火性能。
附图说明
18.图1是本发明实施例中弹性件采用五爪弹片的密封结构整体结构示意图；图2是本发明实施例中弹性件采用五爪弹片正常使用时的侧视图；
图3是本发明实施例中弹性件采用五爪弹片正常使用时的密封结构剖视图；图4是本发明实施例中弹性件采用五爪弹片且阻火芯关闭时的密封结构剖视图；图5是本发明实施例中弹性件采用四杆弹片的密封结构整体结构示意图；图6是本发明实施例中弹性件采用四杆弹片正常使用时的密封结构剖视图；图7是本发明实施例中弹性件采用四杆弹片阻火芯关闭时的密封结构剖视图；图8是本发明实施例中弹性件采用压缩弹簧正常使用时的密封结构剖视图；图9是本发明实施例中弹性件采用压缩弹簧阻火芯关闭时的密封结构剖视图；图10是本发明实施例中密封结构使用时的结构示意图；附图标记：1-金属平垫，2-圆孔，3-小通气孔，4-过滤部，5-阻火芯，6-弹性件，7-管路，8-第一圈凹槽，9-第二圈凹槽，10-中心圆柱，11-平面金属片，12-凸起金属片，13-安装槽，14-锁紧机构。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
21.为提高半导体领域中管路之间密封性能、气体纯净度以及避免管路中有火情的发生而导致整个管路的蔓延，本发明提供一种半导体用密封件制备方法及密封结构，其包括：采用金属粉末制备过滤部，将金属粉末进行烧结，再进行渗碳、淬火及回火工艺进行初步成型处理；再经过机加矫形，表面处理完成成品，且壁面布满微孔；制备金属平垫，采用圆形薄金属垫片制成，在其中心处开设有圆孔，沿圆孔周向间隔开设多个小通气孔，然后将过滤部的焊接在金属平垫一侧；制备阻火芯，采用金属材料制成整体截面为工字型，先将其竖直部依次穿过金属平垫的圆孔和过滤部，并在竖直部两端分别焊接两个金属圆片，使阻火芯不会脱出金属平垫的圆孔和过滤部；制备弹性件，采用具有势能的弹性零件制成，其一端焊接在位于过滤部侧的阻火芯的金属圆片内侧，另一端位于过滤部内。。由于半导体用密封结构在气路中接头的出现极其频繁，使得本发明的半导体用密封结构具有较好的效果展示环境：不仅具有较好的密封性能，还能有效实现对半导体中高纯气体的进行过滤及阻火。
22.在本发明的一个实施例中，提供一种半导体用密封件制备方法。本实施例中，该制备方法包括以下步骤：1）采用金属粉末制备过滤部，将金属粉末进行烧结，然后依次进行渗碳、淬火及回火工艺进行初步成型处理；再经过机加矫形，表面处理完成成品过滤部，且过滤部的壁面布满微孔；其中，金属粉末由c、ni、si、mn、p、cu和fe元素构成，相应含量为：c：0.01%～0.03%；ni：10%～15%；si：0.8%～1%；mn：0.8%～1.5%；p：0.1～0.8%；cu：5%～8%；其余为fe元素；
2）制备金属平垫，采用圆形薄金属垫片制成，并在其中心处开设有圆孔，沿圆孔周向间隔开设多个作为气体介质流通通道的小通气孔，然后将过滤部的焊接在金属平垫一侧；3）制备阻火芯，采用金属材料制成整体截面为工字型，先将其竖直部依次穿过金属平垫的圆孔和过滤部，并在竖直部两端分别焊接两个金属圆片，使阻火芯不会脱出金属平垫的圆孔和过滤部；4）制备弹性件，采用具有势能的弹性零件制成，其一端焊接在位于过滤部侧的阻火芯的金属圆片内侧，另一端位于过滤部内。
23.使用时，通过本发明制备成的半导体用密封件不仅具有较好的密封性能，还能有效实现对半导体中高纯气体的进行过滤及阻火。
24.在本发明的一个实施例中，提供一种密封结构，该密封结构基于上述实施例中的半导体用密封件制备方法制成。本实施例中，如图1、图5所示，该密封结构包括：金属平垫1，其中心位置处设置有圆孔2，作为阻火芯5通过且运动的通道；沿圆孔2周向间隔设置有多个小通气孔3，多个小通气孔3作为气体介质流通的通道；过滤部4，设置在金属平垫1的一侧，位于气体进入方向，过滤部4采用金属粉末烧结成型，且壁面布满微孔，通过微孔实现对管路7内气体的过滤；该金属粉末由c、ni、si、mn、p、cu和fe元素构成，相应含量为：c：0.01%～0.03%；ni：10%～15%；si：0.8%～1%；mn：0.8%～1.5%；p：0.1～0.8%；cu：5%～8%；其余为fe元素。
25.阻火芯5，其中部通过圆孔2穿设在金属平垫1和过滤部4内，阻火芯5的第一端设置在过滤部4的第二端，阻火芯5的第二端位于金属平垫1的另一侧；弹性件6，其一端固定设置在阻火芯5的第一端内侧，另一端设置在过滤部4内，通过弹性件6与阻火芯5配合，以进行管路7阻火。
26.使用时，如图10所示，金属平垫1安装在对接的两个管路7接头处，通过硬密封使金属平垫1在接头连接处变形，紧密贴合接头的造型，以保证气体介质不会外溢泄露。管路7内的气体经过滤部4上的微孔过滤后进入过滤部4内，由金属平垫1上多个小通气孔3流出进入下一段管路7内；当管路7内发生高温现象，即具有火情时，由阻火芯5将金属平垫1上多个小通气孔3密封，并由弹性件6将阻火芯5限位固定，急速关闭气体管路7通道，避免过多的气体污染，同时有效的阻止了火势或热浪的蔓延。
27.在一个可行的实施方式中，金属平垫1采用圆形金属垫片，可根据使用场景更换不同材质的垫片，以满足相应工况的要求。
28.在一个可行的实施方式中，过滤部4采用圆筒型结构，其第一端固定在金属平垫1的进气侧，且金属平垫1上的多个小通气孔3位于过滤部4的第一端内，通过金属粉末烧结成型且布满微孔的过滤部4柱壁壁面实现过滤，由微孔作为气体过滤杂质的主要媒介，能有效提升气体的纯净程度。
29.在本实施例中，金属粉末烧结成型的过滤部4，首先经控温将金属粉末进行烧结，然后依次进行渗碳、淬火及回火等工艺进行初步成型处理；再经过机加矫形，表面处理等完善成品品质，从而达到使用性能。
30.在本实施例中，过滤部4的微孔的气孔率决定着对气体流量和管道压力，优选的，本实施例中采用的气孔率为10%～22%，以达到最为适合各个工况环境的要求。过滤精度从
0.2μm到200μm都可制成。经过滤部4处理后能有效保证管路7内的气体保持为高纯度气体，并避免了额外增设过滤设备。
31.可选的，在过滤部4内的中部设置有第一圈凹槽8，用于容置弹性件6，为弹性件6提供蓄能空间以及初始位置的限位。在过滤部4的第二端端部内侧设置有第二圈凹槽9，用于对弹性件6进行限位。
32.在一个可行的实施方式中，阻火芯5的截面为工字型结构，其第一端和第二端都为圆片型结构，且第一端与第二端之间通过中心圆柱10连接成一体。弹性件6的一端固定设置在阻火芯5的第一端内侧，可选的，弹性件6的一端固定在阻火芯5第一端与中心圆柱10连接处。
33.其中，阻火芯5的第一端为平面金属片11，第二端为带有密封性能的凸起金属片12，且平面金属片11的直径与过滤部4的直径相同，凸起金属片12的直径大于金属平垫1上多个小通气孔3所在圆的直径；使用时，通过该凸起金属片12将金属平垫1上的多个小通气孔3进行密封，实现阻火。
34.凸起金属片12的内侧周向具有一圈密封用的凸起结构，以便将金属平垫1上的小通气孔3进行有效密封。
35.在一个可行的实施方式中，弹性件6为具有势能的弹性零件。其根据不同的使用环境可以采用不同的结构。具体的：（1）在需要反应迅速，且不能回弹的使用环境中，如图1至图4所示，弹性件6采用五爪弹片，每个弹片都具有向外扩张的能力。五爪弹片的固定端连接在阻火芯5第一端与中心圆柱10连接处；活动端在正常使用时位于第一圈凹槽8内，在管路7内环境压力陡然激增或管路7发生温度骤升时，活动端位于第二圈凹槽9内，即五爪弹片在阻火芯5的带动下被释放，在到达过滤部4的第二端时向外展开，由第二圈凹槽9将五爪弹片紧紧卡设在过滤部4的顶部，防止阻火芯5回摆。
36.其中，五爪弹片中的五个弹片在周向上均匀布置，能有效避免其中某个弹片失效而造成金属平垫1密封失效的问题，有效的进行了预防保护措施。
37.（2）在需要迅速反应，且需要回弹缓冲的使用环境中，如图5至图7所示，弹性件6采用四杆弹片，每个弹片都具有向外扩张的能力，且每个弹片都采用近似v字形结构。四杆弹片的第一端设置在阻火芯5第一端内侧周向，第二端紧贴阻火芯5的中心圆柱10，且v字形结构弹片的v字形凸起部在正常使用时位于第一圈凹槽8内，在管路7内环境压力陡然激增或管路7发生温度骤升时，v字形凸起部位于第二圈凹槽9内，即四杆弹片在阻火芯5的带动下被释放，在到达过滤部4的第二端时向外展开，由第二圈凹槽9将四杆弹片的v字形凸起部紧紧卡设在过滤部4的顶部，防止阻火芯5回摆。
38.其中，阻火芯5第一端内侧周向设置有用于安装四杆弹片的第一端的安装槽13，四杆弹片沿周向均匀分布设置，即使单根单片失效，其余弹片也能完全完成相应的功能需求。
39.（3）在需要反应极其迅速（速度远超前述环境（1）中的速度），且不能回弹的使用环境中，如图8和图9所示，弹性件6采用压缩弹簧。压缩弹簧穿设在阻火芯5的中心圆柱10上，且压缩弹簧的第一端固定在阻火芯5的第一端内侧，第二端固定在金属平垫1的一侧。正常使用时，压缩弹簧处于蓄能状态，阻火芯5的中心圆柱10与金属平垫1的圆孔2之间采用易熔合金焊接固定，将压缩弹簧压缩在过滤器与阻火芯5的第一端之间；在管路7内环境发生温
度骤升时，阻火芯5的中心圆柱10与金属平垫1的圆孔2之间的易熔合金焊在高温下断开，阻火芯5处于活动状态，压缩弹簧被释放带动阻火芯5的第二端将金属平垫1上的小通气孔3密封，并由压缩弹簧将阻火芯5限位避免其回摆。
40.综上，本发明使用时，如图10所示，金属平垫1设置在相邻管路7的接头处，过滤部4和阻火芯5均位于管路7内，且过滤部4位于气体进入方向，阻火芯5的第二端位于气体流出的方向。位于接头处的外侧设置有锁紧机构14，通过锁紧机构14将相邻管路7的接头处进一步连接固定。正常使用时，气体经左侧管路7进入后经过滤部4过滤后保证其高纯度，由金属平垫1上的小通气孔3进入右侧的管路7。当右侧的管路7内发生高压或高温情况时，使得阻火芯5向左侧移动，进而将金属平垫1上的小通气孔3密封，并由弹性件6将阻火芯5进行限位避免其回摆，有效保障了管路7安全。
41.由于整个气路管道由多段管路7连接构成，故具有多个接头，每个接头处都设置有本发明的半导体用密封结构，通过多个半导体用密封结构将接头进行有效密封，并在发生高压或高温等情况时由多个半导体用密封结构依次进行阻火，有效阻止了火势或热浪的蔓延，从而保证管路7安全，具有较好的阻火性能。
42.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种半导体用密封件制备方法，其特征在于，包括：采用金属粉末制备过滤部，将金属粉末进行烧结，然后依次进行渗碳、淬火及回火工艺进行初步成型处理；再经过机加矫形，表面处理完成成品过滤部，且过滤部的壁面布满微孔；其中，金属粉末由c、ni、si、mn、p、cu和fe元素构成，相应含量为：c：0.01%～0.03%；ni：10%～15%；si：0.8%～1%；mn：0.8%～1.5%；p：0.1～0.8%；cu：5%～8%；其余为fe元素；制备金属平垫，采用圆形薄金属垫片制成，并在其中心处开设有圆孔，沿圆孔周向间隔开设多个作为气体介质流通通道的小通气孔，然后将过滤部的焊接在金属平垫一侧；制备阻火芯，采用金属材料制成整体截面为工字型，先将其竖直部依次穿过金属平垫的圆孔和过滤部，并在竖直部两端分别焊接两个金属圆片，使阻火芯不会脱出金属平垫的圆孔和过滤部；制备弹性件，采用具有势能的弹性零件制成，其一端焊接在位于过滤部侧的阻火芯的金属圆片内侧，另一端位于过滤部内。2.一种基于如权利要求1所述半导体用密封件制备方法的密封结构，其特征在于，包括：金属平垫，其中心位置处设置有圆孔，沿所述圆孔周向间隔设置有多个作为气体介质流通通道的小通气孔；过滤部，设置在所述金属平垫的一侧，位于气体进入方向，所述过滤部采用金属粉末烧结成型，且壁面布满微孔；阻火芯，其中部通过所述圆孔穿设在所述金属平垫和所述过滤部内，所述阻火芯的第一端设置在所述过滤部的第二端，所述阻火芯的第二端位于所述金属平垫的另一侧；弹性件，其一端固定设置在所述阻火芯的第一端内侧，另一端设置在所述过滤部内，通过所述弹性件与所述阻火芯配合，以进行管路阻火。3.如权利要求2所述密封结构，其特征在于，所述过滤部的微孔的气孔率为10%～22%。4.如权利要求2所述密封结构，其特征在于，所述过滤部采用圆筒型结构，其第一端固定在所述金属平垫的进气侧，且所述金属平垫上的多个小通气孔位于所述过滤部的第一端内。5.如权利要求4所述密封结构，其特征在于，所述过滤部内的中部设置有第一圈凹槽，用于容置所述弹性件，为所述弹性件提供蓄能空间以及初始位置的限位；在所述过滤部的第二端端部内侧设置有第二圈凹槽，用于对所述弹性件进行限位。6.如权利要求2所述密封结构，其特征在于，所述阻火芯的截面为工字型结构，其第一端和第二端都为圆片型结构，且第一端与第二端之间通过中心圆柱连接成一体；所述弹性件的一端固定设置在所述阻火芯的第一端内侧。7.如权利要求6所述密封结构，其特征在于，所述阻火芯的第一端为平面金属片，第二端为带有密封性能的凸起金属片，且所述平面金属片的直径与所述过滤部的直径相同，所述凸起金属片的直径大于所述金属平垫上多个小通气孔所在圆的直径。8.如权利要求2所述密封结构，其特征在于，所述弹性件采用五爪弹片；所述五爪弹片的固定端连接在所述阻火芯第一端与中心圆柱连接处；活动端在正常使用时位于所述过滤部的第一圈凹槽内，在管路内环境压力陡然激增或管路发生温度骤升时，活动端位于所述过滤部的第二圈凹槽内。
9.如权利要求2所述密封结构，其特征在于，所述弹性件采用四杆弹片，每个弹片都采用近似v字形结构；所述四杆弹片的第一端设置在所述阻火芯第一端内侧周向，第二端紧贴所述阻火芯的中心圆柱，且v字形凸起部在正常使用时位于所述过滤部的第一圈凹槽内，在管路内环境压力陡然激增或管路发生温度骤升时，v字形凸起部位于所述过滤部的第二圈凹槽内。10.如权利要求2所述密封结构，其特征在于，所述弹性件采用压缩弹簧；所述压缩弹簧穿设在所述阻火芯的中心圆柱上，且所述压缩弹簧的第一端固定在所述阻火芯的第一端内侧，第二端固定在所述金属平垫的一侧；正常使用时，所述压缩弹簧处于蓄能状态，所述阻火芯的中心圆柱与所述金属平垫的圆孔之间采用易熔合金焊接固定，将所述压缩弹簧压缩在所述过滤器与所述阻火芯的第一端之间。

技术总结
本发明涉及一种半导体用密封件制备方法及密封结构，其包括：采用金属粉末制备过滤部，将金属粉末进行烧结，再进行渗碳、淬火及回火工艺进行初步成型处理；再经过机加矫形，表面处理完成成品，且壁面布满微孔；制备金属平垫，采用圆形薄金属垫片制成，在其中心处开设有圆孔，沿圆孔周向间隔开设多个小通气孔，然后将过滤部的焊接在金属平垫一侧；制备阻火芯，采用金属材料制成整体截面为工字型，先将其竖直部依次穿过金属平垫的圆孔和过滤部，并在竖直部两端分别焊接两个金属圆片，使阻火芯不会脱出金属平垫的圆孔和过滤部；制备弹性件，采用具有势能的弹性零件制成，其一端焊接在位于过滤部侧的阻火芯的金属圆片内侧，另一端位于过滤部内。滤部内。滤部内。


技术研发人员：徐荣辉 宋冉冉 耿德占
受保护的技术使用者：中科艾尔（北京）科技有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/25