Шкаф сухого хранения xdc

Шкаф сухого хранения xdc относится к, к оборудованию, обеспечивающему сохранность влагочувствительных материалов, электрорадиоэлементов, печатных плат, электронных модулей и других изделий радиоэлектронной техники, а также для предотвращения окисления в процессе хранения. Шкаф сухого хранения XDC обеспечивает в рабочем объеме ультранизкие значения относительной влажности до 1 RH% (±1%) в рабочем диапазоне 1-50 RH% и повышенную скорость влагопоглощения в режиме регенерации - 30 мин, в режиме сушки адсорбента - 20 мин, за счет использования алгоритма управления с применением программируемого логического контроллера ПЛК110-24.32.Р-М в моноблочном исполнении и осуществления гибкого программирования в части возможности создания пользовательских профилей задания и поддержания влажности во внутренней среде шкафа, за счет выполнения модуля осушения на базе влагопоглощающего материла «Цеолит NaX», а также за счет использования дополнительных функций, осуществляющихся блоком подачи сушильного агента во внутреннюю среду оборудования для снижения окисления хранимых элементов и материалов, и блоком нагрева внутреннего объема среды до +60°C, обеспечивающего прогрев хранимых элементов и материалов до заданной температуры без теплового стресса. Сушильным агентом может служить инертный газ (азот), осушенный воздух. 1 н.п. формулы, 3 фигуры чертежей.

ШКАФ СУХОГО ХРАНЕНИЯ XDC.

1. Область техники, к которой относится полезная модель.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно, к конструкции, выполненной с возможностью размещения оборудования, для обеспечения сохранности влагочувствительных материалов, электрорадиоэлементов, печатных плат, электронных модулей и других изделий радиоэлектронной техники, а также для предотвращения окисления в процессе хранения при производстве изделий полупроводниковой и электронной техники.

Конструкция предназначена для оснащения лабораторий, межоперационного хранение компонентов, печатных плат и смонтированных модулей, а также для складского хранения.

2. Уровень техники.

Известна камера климатическая (Пат. РФ-2254924, МПК 7 B01L 1/00, опубл. 27.06.2005) [устройство 1], включающая теплоизолированную емкость с дверью, увлажнитель для обеспечения заданной влажности воздуха в камере, датчик температуры и датчик влажности, причем камера снабжена штуцерами для подачи воздуха, подачи пара и отвода воздуха; компрессором с регулируемой производительностью, подсоединенным к штуцеру для подачи воздуха; регулятором кратности воздухообмена, подсоединенным к компрессору; снаружи емкости намотан нагревательный кабель для электронагрева ее корпуса и обеспечения заданных значений положительных температур воздуха в камере; датчик влажности входит в систему управления, обеспечивающую поддержание заданной влажности воздуха и включающую также регулятор влажности; датчик температуры входит в систему управления, обеспечивающую поддержание заданной температуры воздуха и включающую также регулятор температуры. Достигается осуществление кратного воздухообмена и поддержание необходимой температуры и влажности воздуха внутри замкнутого объема.

Недостатком устройства [1] является то, что камера не обеспечивает в рабочем объеме ультранизких значений относительной влажности, и ее технические решения

1

не предусматривают поддержания режимов относительной влажности в диапазоне с нижним порогом ниже относительной влажности рабочего помещения.

Известен Аппаратный шкаф наружной установки для размещения электронных устройств (Пат. РФ-2212836, МПК 7 А47В 47/02, Н05К 5/06, опубл. 27.09.2003) [устройство 2], в котором электронные устройства герметично закрыты первой внутренней конструкцией шкафа, а вторая внешняя конструкция шкафа располагается на первой таким образом, что между конструкциями шкафа образуется полое пространство, отличающийся тем, что вторая внешняя конструкция шкафа образована шинами полого профиля, которые разъемно закреплены на первой внутренней конструкции аппаратного шкафа. Стенки, дверь и крышка выполнены из отдельных шин полого профиля. Средства крепления внешней конструкции шкафа в смонтированном состоянии не доступны снаружи. Шины полого профиля выполнены в виде сдвоенных прямоугольных полых профилей. Шины полого профиля выполнены с возможностью размещения информации или сами выступают в качестве носителя информации.

К недостаткам устройства относится то, что его конструкция не предусмотрена для обеспечения определенных климатических условий размещенной в нем аппаратуры, и его технические решения не предусматривают поддержания регулируемых значений относительной влажности внутреннего рабочего объема. Кроме того, устройство [2] не приспособлено для хранения независимых от конструкции шкафа влагочувствительных материалов, электрорадиоэлементов, печатных плат, электронных модулей и других изделий радиоэлектронной техники.

Известен также, принятый заявителем за прототип, Шкаф сухого хранения SDB (Пат. РФ на полезную модель 94104, МПК Н05К 7/20 (2006.01), опубл. 10.05.2010) [устройство 3], содержащий блок осушения на базе влагопоглощающего материла «Цеолит NaA», вентилятор, нагревательный элемент, силовой электропривод и внешние заслонки, который монтируется снаружи шкафа и закрывается декоративным кожухом. Устройство оснащено черно-белым графическим LCD-индикатором для отображения сервисной информации (значение относительной влажности внутренней среды и значение температуры внутренней среды шкафа), встроенным модулем памяти на 4 Мб для хранения статистической информации, интерфейсами USB, Ethernet и RS232 для связи с персональным компьютером (ПК), а также датчиками открытых дверей, влажности, температуры и внешней сигнализацией.

2

К недостатку устройства [3] относится то, что использованный алгоритм управления оборудованием не имеет возможности обеспечения быстрого влагопоглощения, так как механизм выравнивания влажности по всему объему оборудования реализован посредством естественного воздухообмена, дискретные модули управления конструктивно расположены в непосредственной близости от исполнительного блока, что приводит к периодическим сбоям в работе оборудования. Кроме того, конструкция устройства [3] не предусматривает возможности размещения устройств для подачи сушильных агентов для снижения окисления хранимых элементов и материалов, и для обеспечения поддержания температуры внутреннего объема до+60°C.

3. Осуществление полезной модели.

Техническая задача - обеспечение сохранности влагочувствительных материалов, электрорадиоэлементов, печатных плат, электронных модулей и других изделий радиоэлектронной техники в соответствии с требованиями международных и российских стандартов, а также предотвращение окисления в процессе хранения при производстве изделий полупроводниковой и электронной техники, размещенных в единой конструкции, выполненной с возможностью установки дополнительных устройств.

Технический результат состоит в обеспечении в рабочем объеме ультранизких значений относительной влажности - до 1 RH% (±1%) в рабочем диапазоне 1-50 RH% за счет использования эффективных материалов влагопоглощения - цеолит NaX, возможности дополнительного размещения блока подачи сушильного агента во внутреннюю среду оборудования, размещения блока нагрева внутреннего объема, а также за счет использования оптимального алгоритма работы с применением программируемого логического контроллера ПЛК110-24.32.Р-М.

Для обеспечения сохранности влагочувствительных материалов, электрорадиоэлементов внешняя поверхность Шкафа сухого хранения XDC имеет антистатическое покрытие и герметизацию внутреннего объема.

4. Краткое описание чертежей и схем.

На фиг. 1 представлена структурная схема шкафа сухого хранения, где поз. 1 - панель оператора; поз. 2 - индикатор; поз. 3 - блок ввода параметров; поз. 4 - цифровые входы панели; поз. 5 - интерфейс RS-485; поз. 6 - датчики дверей; поз. 7-3 блок контроля параметров; поз. 8 - датчик влажности; поз. 9 - датчик температуры; поз. 10 - датчик кислорода; поз. 11 - интерфейс RS-485; поз. 12 - кнопка «Пуск/Стоп»; поз. 13 - программируемый логический контроллер; поз. 14 - интерфейс RS-485; поз. 15 - интерфейс RS-232; поз. 16 - интерфейс Ethernet; поз. 17 - дискретные входы; поз. 18 - центральный процессор; поз. 19 - дискретные выходы; поз. 20 - блок внешней индикации (светофор); поз. 21 - блок осушения; поз. 22 - вентилятор; поз. 23 -нагревательный элемент; поз. 24 - электромагнитный привод; 25 - влагопоглощающий материал; поз. 26 - внешние заслонки; поз. 27 - блок подачи сушильного агента; поз. 28 - блок нагрева внутреннего объема шкафа сухого хранения.

На фиг. 2 представлен общий вид шкафа сухого хранения, где позиция 29 -панель верхняя; поз. 30 - полка; поз. 31 - дверь; поз 32 - панель боковая; поз. 33 -транспортировочные колеса; поз. 34 - панель нижняя.

На фиг. 3 представлен вид шкафа сухого хранения, где позиция 35 - панель задняя; поз. 26 - внешняя заслонка блока осушения; поз. 37 - стойка.

5. Отличительные признаки

В отличие от известного решения Шкаф сухого хранения XDC содержит блок осушения на базе влагопоглощающего материла «Цеолит NaX», который обеспечивает в рабочем объеме ультранизкие значения относительной влажности - до 1 RH% (±1%) в рабочем диапазоне 1-50 RH% и повышенную скорость влагопоглощения в режиме регенерации - 30 мин, в режиме сушки адсорбента - 20 мин.

Шкаф сухого хранения XDC выполнен с возможностью размещения программируемого логического контроллера ПЛК110-24.32.Р-М в моноблочном исполнении, позволяющего осуществлять алгоритм автоматического управления и гибкое программирование в части возможности создания пользовательских профилей задания и поддержания влажности во внутренней среде шкафа.

Шкаф сухого хранения XDC выполнен с возможностью размещения блока нагрева внутреннего объема среды до+60°C, обеспечивающего прогрев хранимых элементов и материалов до заданной температуры без теплового стресса.

Шкаф сухого хранения XDC выполнен с возможностью размещения блока подачи в среду шкафа сушильного агента для снижения окисления хранимых элементов и материалов. Сушильным агентом может служить инертный газ (азот) или осушенный воздух.

4

Шкаф сухого хранения XDC выполнен герметичным и имеет антистатическое (ESD) покрытие с сопротивлением 1,0-10 МОм при напряжении 100 Вольт.

6. Описание устройства.

Конструктивное исполнение Шкафа сухого хранения XDC - моноблочная либо модульная (опционально) конструкция. Моноблочная конструкция представляет собой законченное корпусное изделие без возможности изменения рабочего объема. Модульная конструкция представляет собой базовый конструктив с возможностью наращивания рабочего объема за счет последовательного присоединения элементов конструкции, соединенных между собой металлическим профилем и крепежными элементами.

К недостаткам устройства [3] отнесено то, что механизм выравнивания влажности по всему объему оборудования реализован посредством естественного воздухообмена, поэтому в конструкции Шкафа сухого хранения XDC предусмотрена возможность размещения блока подачи сушильного агента и блока нагрева внутреннего объема; блоки размещены на боковой панели и на внутренней поверхности нижней панели шкафа соответственно. Блок подачи сушильного агента подключается в сеть подачи инертного газа через пневматический клапан; блок внутреннего нагрева соединен с программируемым логическим контроллером кабелями силовой разводки.

Блок осушения размещен снаружи задней панели шкафа, на значительном удалении от контроллера и блока внешней индикации, чтобы избежать недостатка устройства [3] размещения модулей управления в непосредственной близости от исполнительного блока, что приводит к периодическим сбоям в работе оборудования.

Блок внешней индикации размещен на верхней панели шкафа, связан с программируемым логическим контроллером по сети Modbus.

Датчики дверей размещены на каждой из дверей шкафа.

Программируемый логический контроллер размещен внутри, на верхней панели шкафа.

Панель оператора размещена в левой части верхней панели.

Класс защиты от внешних воздействий - IP55 обеспечивается за счет герметизации стыковочных швов конструкции. Герметизация внутреннего объема устройства обеспечивается сварными швами конструктива, дополнительным силиконовым уплотнением и магнитными уплотнителями в дверцах шкафа.

5

Внешняя поверхность устройства имеет антистатическое (ESD) покрытие -корпус Шкафа окрашен антистатической краской, с сопротивлением 1,0-10 МОм при напряжении 100 Вольт.

Процесс поддержания заданной влажности и температуры в рабочем объеме оборудования осуществляется в автоматическом режиме; требуемые значение рабочих режимов задаются вручную оператором на панели оператора (поз. 1).

Автоматическая система поддержания заданного уровня влажности реализована с использованием схемы управления на ПЛК (ПЛК - программируемый логический контроллер), (поз. 13), блока контроля параметров (поз. 7) в качестве обратной связи, исполнительных блоков:

- блок осушения (поз. 21), размещен на задней панели шкафа

- блок внешней индикации (поз. 20), размещен на верхней панели шкафа

- блок подачи сушильного агента (поз. 27), размещен снаружи, на боковой панели шкафа

- блок нагрева внутреннего объема (поз. 28), размещен внутри устройства, на нижней панели шкафа

Схема управления реализована с использованием ПЛК110-24.32.Р-М, при этом:

- контроллер отвечает требованиям по устойчивости к воздействию помех в соответствии с ГОСТ Р 51841 и ГОСТ Р 51522 для оборудования класса А;

- связь с панелью оператора осуществляется по сети Modbus (открытый протокол, архитектура master-slave).

- связь с датчиком влажности и температуры осуществляется по сети Modbus;

- на контроллере имеется интерфейс Ethernet 100 Base-T (поз. 16) стандарт, использующий в качестве среды передачи данных витую пару. Длина сегмента до 100 метров, для возможности организации обмена данными с системами управления верхнего уровня.

Вывод текущих параметров внутренней среды шкафа (влажность и температура), отображение сервисных режимов, а также управление и формирование исполнительных команд осуществляется на панель оператора СМИ 1-24 (поз. 1). Панель индикации данных с функциями управления, предназначенная для отображения и редактирования значений параметров, полученных по сети RS от приборов, работающих по протоколам Modbus.

6

Возможность документирования текущих значений уровня температуры и влажности, вывод данных - табличный, Exel.

Алгоритм управления позволяет осуществлять гибкое программирование в части возможности создания пользовательских профилей задания/поддержания влажности во внутренней среде шкафа, а также поддерживает дополнительные функциональные возможности:

- функции подачи сушильного агента в среду шкафа, что позволяет увеличить скорость снижения влажности до 5% в минуту, а также вытесняет кислород из рабочего объема шкафа, препятствуя окислению хранимых материалов, сушильным агентом может служить инертный газ (азот), осушенный воздух;

- функции поддержания температуры во внутренней среде до+60°C, обеспечивающей предварительную подготовку материалов и элементов для дальнейшего применения в технологическом цикле производства конечной продукции.

Алгоритм работы шкафа сухого хранения:

1. Программа ПЛК выполняется непрерывно по замкнутому циклу.

2. Если открыта дверца шкафа - загорается красный сигнал блока внешней индикации (светофора) (поз. 20) и выключаются циркуляционные вентиляторы (поз. 22). Если дверцы закрыты - загорается зеленый сигнал блока внешней индикации (светофора).

3. Если текущее значение влажности (RH%) больше заданной уставки (RH%u), тогда циркуляционные вентиляторы работают в течение 20 минут. Затем вентиляторы выключаются, и система переключается в режим ожидания, продолжающийся 5 минут.

4. По завершению действий описанных в пункте 3 - оценивается RH%. Если RH%=RH%u±l%, тогда система остается в режиме ожидания, до тех пор, пока RH% не выйдет за пределы RH%u±l%. Если RH%>RH%u±l% и изменилась больше чем на 1%, тогда повторяются действия, начиная с пункта 3. Если RH%>RH%u±l% и изменилась меньше, чем на 1% - система переводится в режим регенерации (см. пункт 5). Если RH%<RH%u±l%, тогда открываются внешние заслонки (поз 26) блока осушения и остаются открытыми, пока RH%<RH%u±l%.

5. Режим регенерации. На светофоре загорается оранжевый сигнал.

Открываются внешние заслонки (поз. 26) блока осушения. Включаются нагревательные элементы (поз. 23) и продолжают работать в течение 30 минут.

Отключаются нагревательные элементы блока осушения. Включаются

7

циркуляционные вентиляторы (поз. 22) на 10 минут для охлаждения блока осушения. Останавливаются вентиляторы. Внешние заслонки остаются открытыми на протяжении 5 минут. Закрываются внешние заслонки, и начинается выполнение действий, начиная с пункта 2.

Для выполнения функции поддержания температуры во внутренней среде шкафа до+60°C.

1. Программа контроллера выполняется непрерывно по замкнутому циклу.

2. Если текущее значение температуры (Т) меньше заданной уставки (Tu), тогда включаются нагревательные элементы (поз. 23), расположенные внутри шкафа, и работают в течение 10 минут. Затем нагревательные элементы выключаются, и система переключается в режим ожидания, продолжающийся 5 минут.

3. По завершению действий, описанных в пункте 2, - оценивается Т. Если Т=Т±1%, тогда система остается в режиме ожидания до тех пор, пока Т не выйдет за пределы Tu±1%. Если Т<Tu±1% и изменилась больше чем на 1%, тогда повторяются действия, начиная с пункта 2. Если Т>Tu±1% - система переводится в режим ожидания.

4. Если дверца открыта более, чем на 1 мин., нагревательные элементы отключаются, и после закрытия дверцы повторяются действия, начиная с пункта 2.

Для выполнения функции подачи сушильного агента в среду шкафа, шкаф подключается к магистрали с сушильным агентом через пневматический клапан. Сушильным агентом может служить инертный газ (азот) или осушенный воздух.

1. После закрытия дверцы происходит открытие на время уставки (Tu) клапана подачи в среду шкафа сушильного агента. Время уставки (Tu) открытия клапана для каждого шкафа рассчитывается, исходя из установленного расхода литров в минуту и объема шкафа.

2. В случае, если дверца открывается повторно раньше, чем закончился цикл подачи в среду шкафа сушильного агента, подача сушильного агента в шкаф останавливается. После закрытия дверцы производятся действия, изложенные в п. 1.

7. Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели

Изготовление Шкафа сухого хранения - общепромышленное, серийный выпуск по конструкторской документации разработчика, регистрационный номер комплекта КД ШСХ. 15.23.000.

8

1. Шкаф сухого хранения XDC, содержащий блок осушения на базе влагопоглощающего материла «Цеолит», с возможностью размещения вентилятора, нагревательного элемента, силового электропривода, внешних заслонок блока осушения, панели оператора, встроенного модуля памяти, интерфейсов USB, для связи с персональным компьютером, датчика открытых дверей, датчика влажности, датчика температуры и блока внешней индикации, отличающийся тем, что содержит блок осушения на базе влагопоглощающего материла «Цеолит NaX», который обеспечивает в рабочем объеме ультранизкие значения относительной влажности - до 1 RH% (±1%) в рабочем диапазоне 1-50 RH% и повышенную скорость влагопоглощения в режиме регенерации - 30 мин, в режиме сушки адсорбента - 20 мин, выполнен с возможностью размещения программируемого логического контроллера ПЛК 110-24.32.Р-М в моноблочном исполнении, позволяющего осуществлять алгоритм автоматического управления и гибкое программирование в части возможности создания пользовательских профилей задания и поддержания влажности во внутренней среде шкафа, выполнен с возможностью размещения блока нагрева внутреннего объема среды до +60°C, обеспечивающего прогрев хранимых элементов и материалов до заданной температуры без теплового стресса, выполнен с возможностью размещения блока подачи в среду шкафа сушильного агента для снижения окисления хранимых элементов и материалов, выполнен герметичным и имеет антистатическое (ESD) покрытие с сопротивлением 1,0-10 МОм при напряжении 100 В.

2. Шкаф сухого хранения XDC по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью размещения блока подачи в среду шкафа сушильного агента в виде инертного газа (азота).

3. Шкаф сухого хранения XDC по п. 1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью размещения блока подачи в среду шкафа сушильного агента в виде осушенного воздуха.