一、电磁阀的基本原理与构成
电磁阀是一种通过电磁力来控制流体（液体或气体）通断的自动化基础元件。它主要由电磁线圈、铁芯、阀芯和阀体等部分组成。
当电磁线圈通电后，会产生磁场，这个磁场会使铁芯磁化。在磁力的作用下，铁芯带动阀芯在阀体内运动。例如，在一个简单的二位二通电磁阀中，当线圈通电时，阀芯移动，使流体通道打开；当线圈断电时，阀芯在弹簧或其他复位装置的作用下回到原位，通道关闭。
阀体通常有不同的通道和接口，用于连接管道，以实现流体的输入和输出。其材质根据应用场景有所不同，常见的有金属（如不锈钢、黄铜）和工程塑料等，这些材料要能够承受相应流体的压力、温度和化学腐蚀。
二、在半导体设备中的应用
• 薄膜沉积过程
• 化学气相沉积（CVD）：在CVD设备中，电磁阀控制着各种反应气体的流量和启停。例如，在沉积氮化硅薄膜时，需要精确控制硅烷（SiH₄）和氨气（NH₃）的进气量和进气时间。电磁阀按照预设的程序和工艺参数，准确地将这些气体引入反应室，确保薄膜的化学成分、厚度和均匀性符合要求。
• 物理气相沉积（PVD）：在PVD设备中，如磁控溅射镀膜过程中，电磁阀用于控制溅射气体（通常是氩气）的流量。精确的气体流量控制可以保证溅射原子的能量和沉积速率，从而获得高质量的金属或化合物薄膜。
• 光刻工艺
• 在光刻胶涂布设备中，电磁阀控制光刻胶溶液的供给。通过精确控制光刻胶的流量和流速，可以使光刻胶在硅片表面均匀地涂布成一层薄膜。在显影过程中，电磁阀又用于控制显影液的输送，确保光刻图案的精确显影，这对于芯片的高精度图案化至关重要。
• 刻蚀工艺
• 无论是湿法刻蚀还是干法刻蚀，电磁阀都发挥着关键作用。在干法刻蚀中，如反应离子刻蚀（RIE），电磁阀控制刻蚀气体（如三氟化氯（ClF₃）、四氟化碳（CF₄）等）的进出。在湿法刻蚀中，电磁阀控制蚀刻液（如氢氟酸（HF）溶液）的流动，确保刻蚀的精度和选择性，从而准确地将不需要的半导体材料去除，形成所需的芯片结构。
三、功能种类
• 二位二通电磁阀
• 这是最基本的类型，有两个接口和两种状态。通常用于简单的流体控制，如控制某一种气体或液体的通断。例如，在半导体设备中可以用来控制清洗液的供应，当需要清洗时打开，清洗结束后关闭。
• 二位三通电磁阀
• 有三个接口和两种工作状态。它可以在两个输出口之间切换流体的流向，或者将流体从一个输入口切换到两个不同的输出口。在半导体设备的气体分配系统中很有用，例如可以将一种备用气体切换到主供应管道中。
• 三位三通电磁阀
• 这种电磁阀有三个接口和三种工作状态。除了正常的流体通断功能外，还可以实现流体的保压或泄压功能。在一些需要精确控制流体压力的半导体工艺中，如化学机械抛光（CMP）过程中的抛光液压力控制，这种电磁阀能够发挥重要作用。
• 比例电磁阀
• 比例电磁阀能够根据输入的电信号大小，精确地按比例控制流体的流量。在半导体设备中，对于那些需要精细调节反应气体或液体试剂流量的工艺，比例电磁阀是不可或缺的。例如，在精确控制掺杂气体流量以改变半导体材料电学性质的过程中，比例电磁阀能够实现高精度的流量调节。
四、注意事项
• 材料兼容性
• 半导体工艺中会用到各种腐蚀性化学品，如强酸（氢氟酸、硫酸等）、强碱和有机溶剂。因此，电磁阀的阀体、阀芯、密封件等部件的材料必须与这些化学品兼容，以防止腐蚀和化学物质泄漏。例如，对于接触氢氟酸的电磁阀，需要使用耐氟材料制作密封件，如全氟橡胶。
• 颗粒污染控制
• 半导体制造对洁净度要求极高。电磁阀在工作过程中，必须避免产生颗粒污染物，因为即使是微小的颗粒也可能会对芯片造成缺陷。这就要求电磁阀的内部结构设计要合理，尽量减少磨损和摩擦产生的颗粒。同时，在安装和维护过程中，也要注意防止外界颗粒进入电磁阀。
• 精度和重复性
• 半导体工艺的高精度要求电磁阀的动作精度高且具有良好的重复性。这意味着每次电磁阀的开启和关闭动作都要准确无误，并且在相同的条件下，其动作的一致性要好。为了保证精度和重复性，需要对电磁阀进行定期校准和维护，并且在选择电磁阀时，要考虑其制造工艺和质量标准。
• 响应时间和频率
• 在一些半导体工艺中，需要电磁阀能够快速响应并频繁地切换状态。例如，在快速热退火（RTA）过程中，气体的切换需要在极短的时间内完成。因此，电磁阀的响应时间要短，并且能够承受频繁的动作而不出现性能下降。在设计和使用电磁阀时，要考虑其电气参数和机械性能是否满足工艺要求。
• 真空兼容性
• 在半导体的真空工艺（如电子束蒸发、离子注入等）中，使用的电磁阀需要具备真空兼容性。这包括能够在真空环境下正常工作，不会出现泄漏或者因内外压力差导致的损坏。同时，电磁阀的密封性能在真空条件下也要满足要求，以确保真空系统的稳定性和工艺的顺利进行。
电磁阀（Solenoid Valve）的工作电压是一个关键参数，以下从多个角度来详细介绍：
一、常见工作电压范围
• 电磁阀常见的工作电压有多种，包括直流电（DC）和交流电（AC）。直流电压一般有12V、24V、48V等。例如，在很多小型的自动化设备、仪器仪表中，12V直流电磁阀较为常用，因为其电压与设备的小型电源模块输出电压相匹配，便于直接使用。
• 交流电压常见的有110V、220V。在一些工业大型设备、工厂的集中控制系统中，由于有统一的交流供电线路，220V交流电磁阀使用较多，这样可以直接接入市电，不需要额外的电压转换设备。
二、电压对性能的影响
• 吸力与响应速度
• 工作电压直接影响电磁线圈产生的磁场强度。当电压升高时，电磁力增大，能够使阀芯动作更迅速，从而提高电磁阀的响应速度。例如，在要求快速开启和关闭的流体控制系统中，适当提高电压可以加快电磁阀的动作，减少流体切换的时间。
• 不过，如果电压过高，可能会导致电磁力过大，使阀芯与阀体碰撞过于剧烈，增加磨损，甚至损坏阀芯和阀体。同时，过大的电磁力还可能导致线圈过热，缩短电磁阀的使用寿命。
• 流量控制精度
• 在比例电磁阀中，工作电压与流量控制精度密切相关。通常，电压与流量呈一定的线性关系，通过精确控制电压，可以实现对流体流量更精准的调节。例如，在化工实验设备中，需要精确控制试剂的流量，就需要根据电压 - 流量特性曲线来精细调节工作电压。
三、电压稳定性要求
• 电磁阀工作时，对电压稳定性有一定要求。电压波动过大会影响其性能。如果电压低于额定值，电磁力不足，可能导致阀芯无法正常开启或关闭，使流体控制出现故障。例如，在电力供应不稳定的偏远地区，使用电磁阀时可能需要配备稳压器，以确保电压在电磁阀的正常工作范围内。
• 对于一些高精度的电磁阀应用场景，如半导体制造设备，对电压稳定性的要求极高。即使是微小的电压波动，都可能导致流体流量的偏差，进而影响半导体芯片制造的质量和精度。
四、不同电压类型的特点
• 直流电（DC）
• 直流电磁阀的优点是控制精度高，其电磁力大小相对稳定，不受电源频率的影响。这使得直流电磁阀在需要精确控制流体的场合，如医疗设备中的药物注射系统、实验室的微量流体控制系统等，表现出色。
• 同时，直流电磁阀的响应速度通常比交流电磁阀快，因为其磁场建立和消失的过程相对简单。但直流电磁阀需要稳定的直流电源供应，如果没有现成的直流电源，可能需要额外的整流设备将交流电转换为直流电。
• 交流电（AC）
• 交流电磁阀的优点是可以直接使用市电供电，在一些大型工业设备和基础设施中应用方便。其电磁力是周期性变化的，在一个周期内，电磁力会有最大值和最小值。
• 交流电磁阀内部通常有特殊的结构来利用这种周期性变化的电磁力实现阀芯的稳定动作。不过，由于电磁力的周期性变化，其动作可能会有轻微的振动，在某些对稳定性要求极高的流体控制系统中可能不太适用。
以下是一些国内外知名的电磁阀制造厂商：
国内厂商
• 纽威阀门：全套工业阀门解决方案供应商，产品质量可靠，技术先进，广泛应用于各类工业领域。
• 德力西电气：在低压配电及工业自动化领域提供全面解决方案，其电磁阀产品性能稳定，市场认可度高。
• 中核苏阀：作为第三代核电关键阀门技术支持单位，其电磁阀在核电等高端领域应用广泛。
• 川耐阀门：有23年行业生产经验，其不锈钢、防爆、高压、高温等电磁阀技术国内领先，应用于石油、化工等多个行业.
• 厚浦阀门：产品种类丰富，包括超高压、蒸汽、防爆、不锈钢电磁阀等，可满足不同行业需求.
• 三花智能控制：其四通换向阀等产品市场占有率高，电磁阀在制冷空调领域应用广泛 。
• 浙江康乐达新能源：1983年成立，是国内最早开发、生产进水电磁阀、脉冲电磁阀的厂家之一，产品远销国内外。
• 浙江春晖智能控制股份有限公司：1993年成立，专业从事流体控制阀和控制系统的研究、开发和制造。
国外厂商
• 力士乐（REXROTH）：德国品牌，电磁阀产品由电磁部件和阀体部分组成，结构紧凑，有二位三通、二位四通、二位五通等类型，广泛应用于工业自动化领域.
• MAC阀门公司：1948年成立，在美国市场份额高，客户集中在包装机械、选别机械等行业，产品质量可靠，有18个月无条件质量保证政策.
• SMC公司：世界级气动元件研发、制造及销售商，电磁阀产品品种全、可靠性高、经济耐用，销售网及生产基地遍布全球.
• 费斯托（FESTO）：德国著名工业自动化企业，电磁阀产品技术和质量领先，用于汽车、电子、食品饮料等行业。
• 艾默生（Emerson）：始于1890年的美国品牌，在过程管理、工业自动化等领域提供创新解决方案，其电磁阀产品品质性能高。
• 伯克希尔（Burkert）：1946年成立，全球领先的流体控制系统和测量仪器制造商，电磁阀产品设计创新，性能卓越。
• 丹佛斯（Danfoss）：1933年成立，产品包括加热、冷却等解决方案及驱动器等，其电磁阀产品节能且可持续发展。
• 诺冠（Norgren）：1927年成立，专注于制造气动和流体控制产品，电磁阀产品质量可靠。
• 阿斯卡（ASCO Valve）：1888年成立，全球领先的流体自动化解决方案提供商，其电磁阀产品可靠性高、效率出众。
• 科恩茨-瓦格纳电气公司（Koontz-Wagner Electric Co.）：产品质量可靠，技术先进，在工业、商业等领域应用广泛.
• 博格华纳公司（BorgWarner Inc.）：在汽车领域有较高知名度，其电磁阀产品为汽车的动力系统、传动系统等提供关键控制功能.
• 电磁阀系统公司（Solenoid Systems）：专注于电磁阀的研发和生产，产品广泛应用于石油、化工、天然气等行业.
• 克拉克-库珀公司（Clark Cooper）：可提供多种类型的电磁阀产品，能满足不同用户的需求，在工业自动化领域有一定的市场份额.
• 马克斯-艾尔科技公司（Max-Air Technology）：以生产高性能的电磁阀产品著称，产品在气动、液压等系统中发挥重要作用.
• 马格纳特罗尔阀门公司（Magnatrol Valve Corporation）：1936年成立，产品严格按照质量准则进行测试，质量可靠.
• 瓦尔科尔工程公司（Valcor® Engineering Corp.）：专业的电磁阀制造商，其产品在航空航天和科研等领域应用广泛.
• Circle Valve Technologies, Inc.：致力于制造精密工程电磁阀，性能可靠，能满足客户的多样化需求.
