一种氮气柜、智能氮气柜以及智能氮气柜的管理方法

技术领域

本发明涉及电子元器件的存储技术，尤其涉及一种氮气柜、智能氮气柜以及智能氮气柜的管理方法。

背景技术

目前公开的大部分高精度氮气柜都是样品独立储存，设置多个氮气仓，每一氮气仓单独配置有传感器和氮气循环装置，这些氮气柜虽然能够将每个氮气仓的环境温度精准控制，但是制造工艺复杂，例如氮气管路布局复杂，容易产生故障；氮气柜独立空间过多，需要打造独立的密封空间、或者抽屉结构，其耗材量大，打造费事，进而导致制造成本高。

目前，对于氮气柜的控制和管理不够自动化，均为手动开关，且对于氮气柜内的产品的拿取和存放管理不够智能，人工操作经常出错，且缺少对于操作人员的管理技术。

发明内容

本发明上述至少一种现有技术中的缺点，提供了一种氮气柜。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种氮气柜，包括以下结构：

氮气柜壳体，壳体包括顶板、底板、背板和侧板；

氮气柜中间设有从上至下的中空腔，所述中空腔顶部或底部设有氮气导入口，氮气导入口连接电磁阀；

中空腔的两侧各设有若干纵向布置的存储空间，存储空间与中空腔之间通过第一孔板隔断；纵向布置的存储空间之间通过密封板隔断；

中空腔靠近柜门和背板侧均为封闭结构，导致中空腔两侧的存储空间通过第一孔板与中间腔导通，纵向布置的存储空间之间没有直接的导通通路；通过调整第二孔板的通孔布置，调整存储空间与中空腔内的流动气体的导通速率；

每一存储空间设置一独立的柜门，存储空间外侧边缘设置有密封条；每个存储空间内部下侧的侧板安装有湿度传感器，每个存储空间至少包括两个放置槽；氮气柜壳体设置至少一个气压计和出气孔；

还包括主控器，主控器接收所述湿度传感器的湿度数据，根据所述湿度数据向连接氮气输入口的电磁阀发送开/关指令。

优选的，氮气导入口连接氮气管路，氮气管路从氮气导入口延伸至底部最后一层存储空间；

氮气管路包括氮气主管路和分流管路，主管路与所述分流管路流量导通，分管路数量与存储空间的数量相匹配，分管路的氮气输出口连通至存储空间内。

优选的，氮气输入口设有温度传感器，用于监控输入中空腔的氮气温度。

优选的，氮气柜还包括射频读卡器，用于识别放入产品是否携带电子标签。

优选的，所述主控器接收所有湿度传感器的数据，综合分析存储柜整体湿度数据；根据存储柜整体湿度数据，向连接氮气输入口的电磁阀发送开/关指令。

有益效果：通过设置中间腔作为缓冲模块，解决了氮气柜制造成本问题，又实现了较高的湿度控制需求。

提供一种智能氮气柜，包括若干组合的上述提出的氮气柜，以及智能操作台，所述智能操作台安装有显示器以及显示器连接的主机；其中所述氮气导入口设置于所述中空腔底部；若干组合的氮气柜下方设置有氮气发生器，氮气发生器的输出管路分别连接每一个氮气柜的氮气导入口；

所述氮气柜的柜门通过电磁锁开启和关闭，所述电磁锁与所述主控器通信连接；

主机与氮气柜的主控器通信连接，主机接收主控器传输的数据并在显示器上显示；

其中，显示器显示每一存储空间的温湿度、每一存储空间存储的产品编号，以及每一存储空间的存储状态；

主机将开门和关门的指令通过所述主控器下发给对应柜门的电磁锁。

有益效果：通过二级控制的方案，实现大型的氮气柜的统一控制，基于边缘控制的思路，减轻主机的数据处理压力。

优选的，还包括工卡识别系统，包括射频读卡器，用于读取工作人员携带的工卡编号，主机根据识别的工卡编号开启存取权限。

提出一种智能氮气柜的管理方法，采用上述携带工卡识别系统的智能氮气柜，包括以下步骤：

根据识别的工卡编号，确定当前操作对象的存取权限；

响应于存或取的外部指令触发，接收外部输入的存或取的产品编号，根据产品编号寻找对应存储空间，并下发开门指令给对应柜门的电磁锁；

若接收的存或取的产品编号不匹配当前操作对象的存取权限，则发出告警信息；

根据存或取的外部指令、外部输入的存或取的产品编号，以及对应存储空间，更新对应存储空间的存储状态。

若干组合的氮气柜中，同一个氮气柜存储的产品的湿度等级要求相同。

有益效果：通过配置工卡识别系统，配置不同的管理权限，并对存取操作进行记录，实时更新每个存储空间的存储状态，实现智能化管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种氮气柜外部结构的示意图；

图2是一种氮气柜内部结构的示意图；

图3是另一种氮气柜内部结构的示意图；

图4是智能氮气柜的结构图示意图；

图5是智能氮气柜的管理方法流程图；

图6是实施例3公开的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

一种氮气柜，如图1、图2和图3，包括以下结构：

氮气柜壳体，壳体包括顶板、底板、背板和侧板；

氮气柜中间设有从上至下的中空腔10，所述中空腔顶部设有氮气导入口11；

中空腔10的两侧各设有若干纵向布置的存储空间20，存储空间20与中空腔10之间通过第一孔板21隔断；纵向布置的存储空间20之间通过密封板22隔断；

中空腔靠近柜门和背板侧均为封闭结构，导致中空腔两侧的存储空间通过第一孔板与中间腔导通，纵向布置的存储空间之间没有直接的导通通路；通过调整第二孔板的通孔布置，调整存储空间与中空腔内的流动气体的导通速率；

每一存储空间设置一独立的柜门12，存储空间外侧边缘设置有密封条13，柜门关闭后存储空间与氮气柜外部隔绝空气；

每个存储空间内部下侧的侧板安装有湿度传感器14；氮气柜壳体设置至少一个气压计和出气孔。

本方案中，以中间腔作为氮气导入腔，氮气经由中间腔-与中间腔导通的第一孔板进入中间腔两侧的存储空间，完成了氮气除湿的基本需求；通过层与层之间采用密封板隔断，以及每一存储空间外侧面设置有密封条，与柜门相适配，柜门关闭后存储空间与氮气柜外部隔绝空气，当其中一柜门打开，以中间腔作为缓冲单元，对其他存储空间内的空气对流产生缓冲现象，减少外部空气进入其他未打开柜门的存储空间。相对于现有的每个存储空间独立的氮气柜来说，节约了生产成本；相对于现有的所有的空间均导通，且只有两扇柜门的氮气柜来说，极大解决了氮气柜内部的湿度值精准控制问题以及节能问题。

所述主控器接收所有湿度传感器的数据，综合分析存储柜整体湿度数据；根据存储柜整体湿度数据，向连接氮气输入口的电磁阀发送开/关指令。

本方案中，每个存储空间内部下侧的侧板安装有湿度传感器14，当其中一湿度传感器的数据超过阈值，则启动氮气输入，氮气从中空腔顶部氮气导入口输入。

综合分析存储柜整体温度和湿度数据的方法还包括：采集的所有存储空间数据中，最大湿度数据和最小湿度数据均大于预设值的标准湿度，则立即启动氮气输入；若不符合标准的湿度数据小于n个，n优选为1，且其他数据均小于预设值的标准湿度；则延时启动氮气输入，若在延时的x秒时间内，所有数据已经达到标准，则中断延时启动命令。

对于该类型的产品，经过测验，氮气循环次数大大降低。将本申请提出的氮气柜放置于所有空间均导通的氮气柜相同的实验室环境；产品1是本申请提出的产品，产品2是常见的双开门氮气柜，打开柜门后产品2的存储空间基本都导通于外部空间(配置有传感器)。

1)设定湿度值30％RH，氮气流量设定在5L/Min；

2)一天当中共开门6次(两产品开门时间、开门次数设置相同)，由于开门，湿度上升，导致氮气输送设备启动，往柜体内充氮气。

3月14日00:00-23:59数据如下：

产品2累计共有159分钟的时间，该氮气柜由于湿度上升在充氮气，加之，有湿度有可能轻微波动，氮气输送设备会瞬间短时启动，估计3月14日24h，该氮气柜最多有180分钟在冲氮气，其余时间均由于未开门，氮气量可维持柜体湿度要求，而停止充气。

则当天的该台氮气柜的氮气的耗费量为：

Q2＝5升/分钟*60分钟*3小时＝900升/台

同理，产品1累计共有47分钟的时间，该氮气柜由于湿度上升在充氮气，加上预估的瞬时启动时间，估计3月14日24h该氮气柜最多有60-70分钟在冲氮气；且通过实验可以看到，在6次开门次数内，对于产品1，有两次开柜门并未导致湿度上升超过阈值。同时，可以看出虽然启动次数并未比产品2少很多，但是单次充氮持续时间更短。

Q1＝5升/分钟*60分钟*1小时＝300升/台。

注：以上数值为根据实际记录的启动时间的估算值，并非精准能量计算。

作为一种优选方案，如图3，氮气导入口连接氮气管路，氮气管路从氮气导入口延伸至底部最后一层存储空间；氮气导入口设置有便捷装配口，如螺纹装配口，将配套的氮气管路直接安装即可。

氮气管路包括主管路23和分流管路24，主管路23与所述分流管路24流量导通，分流管路24数量与存储空间20的数量相匹配，分流管路24的氮气输出口连通至存储空间20内。

该方案进一步优化了氮气输入方案，由于中间腔作为一种缓冲模块，当其中一存储空间被打开操作后，其他存储空间的湿度值并不一定会超过阈值，如果采用一中间腔整体作为氮气输入空间，循环效率不高。设置了分流管路后，可以更为精准地定点控制。每一分流管路单独配置电磁阀。电磁阀均与主控器通信连接。

若监测到其中存储空间的湿度值超过阈值或者呈持续上升的趋势大于预设速率，则单独开启对应的分流管路电磁阀。此方案中，中间腔同样起到一个缓冲作用，只是该方案在湿度控制上更加快速。在结构上无需改变原有出厂的配置，直接将管路拧上去，在主控器系统烧录对应的电磁阀协议即可。

作为一种优选方案，氮气输入口设有温度传感器，用于监控输入中空腔的氮气温度。

作为一种优选方案，每个存储空间包括纵向布置的子空间，子空间通过第二孔板15隔断。

作为一种优选方案，每一个存储空间的第二孔板15两侧边为凹字形，凹字形的凸起部分为安装部，用于搁置或安装在氮气柜的侧壁和第一孔板21上。凹字形的凹进部分作为通气部，有利于氮气循环。

作为一种优选方案，每一柜门外侧面设置有器件存放标签，存放标签展示内容包括：器件类型、湿度要求和温度要求。

实施例2：

如图4，提供一种智能氮气柜，包括若干组合的上述提出的氮气柜，以及智能操作台30，所述智能操作台30安装有显示器以及显示器连接的主机(一般为采购的一体机)；其中所述氮气导入口设置于所述中空腔底部31；若干组合的氮气柜下方设置有氮气发生器，氮气发生器的输出管路分别连接每一个氮气柜的氮气导入口。大型存储柜，至少包括两个实施例1提出的氮气柜。

所述氮气柜的柜门通过电磁锁开启和关闭，所述电磁锁与所述主控器通信连接；

主机与氮气柜的主控器通信连接，主机接收主控器传输的数据并在显示器上显示；

其中，显示器显示每一存储空间的温湿度、每一存储空间存储的产品编号，以及每一存储空间的存储状态；

主机将开门和关门的指令通过所述主控器下发给对应柜门的电磁锁。

通过二级控制的方案，实现大型的氮气柜的统一控制，基于边缘控制的思路，减轻主机的数据处理压力。

优选的，还包括工卡识别系统，包括射频读卡器，用于读取工作人员携带的工卡编号，主机根据识别的工卡编号开启存取权限。

提出一种智能氮气柜的管理方法，采用上述携带工卡识别系统的智能氮气柜，如图5，包括以下步骤：

根据识别的工卡编号，确定当前操作对象的存取权限；

响应于存或取的外部指令触发，接收外部输入的存或取的产品编号，根据产品编号寻找对应存储空间，并下发开门指令给对应柜门的电磁锁；

若接收的存或取的产品编号不匹配当前操作对象的存取权限，则发出告警信息；

根据存或取的外部指令、外部输入的存或取的产品编号，以及对应存储空间，更新对应存储空间的存储状态。

若干组合的氮气柜中，同一个氮气柜存储的产品的湿度等级要求相同。

该方案中，每个存储空间内的存储状态不需要通过其他硬件实现，只要操作人员逻辑输入正确的产品编号，且在对应的存储空间正确存放，仅依靠软件控制就能实现智能管理。

实施例3：

基于实施例1公开的内容，进一步公开一种氮气柜，用于存储空间内的空间状态管理。

每一存储空间至少设置一个放置槽16放置槽16的表面设置有第一标签，第一标签上方设置有屏蔽层，屏蔽层在没有外压状态下远离第一标签，在施加外压的状态下，贴近第一标签，第一标签的信号被屏蔽；

氮气柜顶板一侧设置有读卡器和主控器，读卡器连接主控器，主控器远程连接中控台；

其中，读卡器用于识别所述第一标签信号，通过是否接收到第一标签信号来判断放置槽是否放置有物品，根据读卡器接收第一标签信号和不能接收第一标签信号的时间，获得放置槽内的产品的放入和取出时间，传输给主控器进行记录和管理。

其中，第一标签信息包括：存储空间编号，放置槽编号，和电子元器件类型编号。

还包括显示器，显示器展示存储空间编号，以及对应存储空间内是否放置有产品(储物状态)，例如：

YJ01—空；YJ02—满。

对于一个存储空间包括纵向布置的子空间，子空间通过第二孔板隔断的此类结构，可以修改编号形式，例如：YJ01-L—空；YJ01-R—满。

该主控器携带远程传输模块，实现与远程中控台的连接，将第一标签信号和时间信息，以及对应的存储空间的储物状态展示在中控台的显示器上。工作人员在现场操作时可以根据氮气柜上的显示器，直接判别对应存储空间内是否还有空的放置槽。相对于未设置窥探窗口的氮气柜来说，减少无效打开柜门查看储物空间的动作。同时，相对于设置如玻璃窥探窗口的氮气柜来说，普通柜门的制作成本更低，工艺更成熟。

作为一种优选方案，读卡器，还用于识别放入产品是否携带电子标签，产品携带的电子标签为第二标签。

其中，所述读卡器还用于识别放置槽上放置的物品携带的第二标签，第二标签发射第二标签信号；

所述第二标签为易撕标签，设置在物品包装袋拆封口处，拆封后，易撕标签被撕毁，则读卡器读取不到第二标签信号。

以上，“标签信号”理解为读卡器可接收的信号；“标签信息”为标签信号携带的数据，如存储空间编号，放置槽编号，电子元器件类型编号等等。

拆封后的潮湿敏感元件在放回存储柜之前通常为保持持续的存储时间，需要经过烘干，但是烘焙技术比较复杂。烘焙温度可能造成引脚氧化或引起过多的金属间增生从而降低引脚的可焊接性。

所以基于常温干燥的手法，对于潮湿敏感水平为2-4级的防湿包装拆开后的SMD，如暴露在小于或等于30℃/60％ RH环境下，将其放入湿度为10％RH的常温干燥箱中，经过暴露时间5倍以上的除湿保管时间，可以恢复原来的车间寿命。

对于潮湿敏感水平为5-5a级的防湿包装拆开后的SMD，如暴露在小于或等于30℃/60％RH环境下，将其放入湿度为10％RH的常温干燥箱中，经过暴露时间10倍以上的除湿保管时间，可以恢复原来的车间寿命。

以上的要求来自于IPC-M-109与电子工业潮湿敏感元件的防护文件。基于该文件指示，本申请结合实施例1提出的氮气柜以及易撕电子标签。公开一种电子元器件存放与管理方法，如图6所示包括以下步骤：

根据柜门配置的存放标签，放置或取出电子元器件；

响应于从有到无的器件放置状态后，触发主控器的计时单元计时，得到时间戳A；

同一放置槽位置，响应于从无到有的器件放置状态：

若识别到第二标签信号，且当前放置槽存在时间戳A，则停止计时，清除缓存，并记录当前第二标签信息；

若未识别到第二标签信号，且当前放置槽存在时间戳A，判断当前接收的湿度数据是否符合要求，1)若符合要求，则根据时间戳A到当前时间长度获取第一时间数据，根据第一时间数据计算第二时间数据，并开始计时，得到时间戳B，根据第二时间数据和时间戳B，计算允许打开柜门的时间数据；

2)若不符合要求，给存储柜充氮气，直至湿度数据符合要求，湿度数据符合要求之后根据1)步骤计算允许打开柜门的时间数据。

此为先将未拆封的产品取出，随后将已经拆封的该产品放回的软件运行逻辑，如发生已被拆封的产品

其中，所述第一时间数据为电子元器件的第一暴露时间，所述第一时间数据大于电子元器件暴露于不符合湿度值环境的第二暴露时间；

所述第二时间数据为所述第一暴露时间的n倍，n的取值根据电子元器件放回氮气柜在符合湿度值环境中干燥达到恢复车间寿命的要求计算。

放置槽为空的状态为：读卡器能根据心跳读取对应编号的第一标签信号；

放置槽为满的状态为：读卡器在预设时间内无法读取到对应编号的第一标签信号；

响应于未拆封产品被取出，读卡器接收到原被遮盖的第一标签信号，读卡器接收不到第二标签信号；该状态为从有到无的器件放置状态。

响应于未拆封产品被放入，读卡器对于接收第一标签信号的状态为从有到无，即被屏蔽；读卡器对于接收第二标签信号从无到有；该状态为从无到有的器件放置状态。

已拆封产品被放入，读卡器对于接收第一标签信号的状态为从有到无，即被屏蔽；同时读卡器未接收到第二标签信号。

已拆封产品被取出，读卡器对于接收第一标签信号的状态为从无到有；同时读卡器未接收到第二标签信号。如下表1：

表1

第一标签信号标识放置槽是否有物品，第二标签信号标识放置产品是否拆封，以及产品编号等信息。

还包括管理展示模块，管理展示模块记录对应存储空间中当前存放物品或上一次取走物品，若当前存储空间中的某放置槽为空，则展示放置槽编号为空的标志，同时展示上一次取走物品的时间，以及上一次取走物品的产品编号(电子元器件类型编号)等。

管理展示模块的展示方法如下：

例如：以编号为XP00001的产品为例，以三层氮气柜为例，每层两个存储空间，每个存储空间两个子空间，每个子空间设置一个放置槽的氮气柜为例；放置槽编号：UL01，UL02；UR01，UR02；ML01，ML02；M R01，M R02；BL01，BL02；BR01，BR02；

氮气柜表面配置显示屏，作为一种优选，主机在记录数据后，显示对应放置槽上一次的存取活动时间，例如“UL01：XP00001：2023.06.13.12.00：empty”；就代表UL01存储箱中，存储有XP00001编号产品，2023.06.13.12.00操作后，放置槽为空。

“UL01：XP00001：2023.06.13.16.00：full”就代表UL01存储箱中，经过2023.06.13.16.00操作后，放置槽为满，存储有XP00001编号产品。

对于已拆封产品，氮气柜无法直接识别产品编号(如电子元器件类型编号)，需要工作人员在放置时，找到原放置位置，并重新录入产品编号。

作为一种优选的方案，响应于外部输入的产品编号，调用上一次取出该产品的数据记录，找到对应的存储空间。

只要拆封后的产品编号被记录在当前氮气柜管理系统中，处理器就能调取对应的产品取出事件，根据取出时间和当前放入时间，先计算是否超过标准要求的暴露时间，如超过标准要求暴露时间，则发出告警信息。作为一种优选，为节约处理器的处理负担，当电子元器件被取走之后，计时单元计时时间达到第一预设时间，清除计时数据并标记被取走的电子元器件编号，所述第一预设时间大于电子元器件的最大暴露时间。

如未超过标准要求的暴露时间，则允许放入并调用计时单元得到时间戳A，当放入时间超过暴露时间5倍时，停止计时，并存储时间数据。则第一时间数据为重新放入存储柜的已经拆封的产品在合适的湿度环境中的存放时间；第二时间数据是暴露时间*n倍得到的数据；例如某产品9:00被放入，调取上一次被取出时间为6:00，暴露时间不超过3h，则计算第二时间数据为3h*5倍，则时间戳A为xx年03月01日9:00；时间戳B为xx年03月02日00:00。则允许打开柜门的时间数据为xx年03月02日00:00之后。

在未完成计时前，当前存储空间不允许被打开，可在显示屏对应位置标记为红色示警。

当工作人员操作失误，存入原本不属于本氮气柜的拆封产品时，在工作人员输入产品编号，处理器未匹配到对应的产品取出事件，则显示告警信息。

根据上述管理逻辑运行的同时，传感器监控系统不受影响，按照原有逻辑运行氮气导入以控制氮气柜内部湿度低于10％RH(或其他预设数值)；根据不同产品的存储要求，调整对应的湿度监控数据和响应要求。

其他需要说明的，本申请提出的氮气柜的出气孔包括主动出气孔或被动出气孔，被动出气孔根据氮气柜内部的气压推动出气孔出气；主动出气孔则配置有电磁阀，根据气压计的气压采集以及预设值的气压阈值，通过主控器控制打开主动出气孔。

配合上述的电气柜结构和方法，出气孔可以设置在中间腔，每个存储空间的侧壁；实验证明，主动出气孔设置在中间腔更为适宜；被动出气孔设置在每个存储空间的侧壁更为适宜。

对于配置氮气管路的氮气柜，可以将出气孔设置于中间腔，对于未配置氮气管路的氮气柜，可将出气孔设置于每个存储空间的侧壁。有利于促进氮气交换。

出气孔的具体结构设计为本领域的公知常识，在此不做赘述。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。