CN106012025A - 一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置，该装置包括顺序连接的压力控制部分、流量控制部分、气体扩散方式控制部分。在PLC控制器的控制下，实现将紊乱的涡流气体变成缓和的平流气体。本发明通过对气体浓度、扩散方式及压力的控制为反应提供了更加良好的环境，精确控制反应所需的气体浓度，减少原流量对反应的影响，稳定的气体环境充分提高了扩散方阻的均匀性，提高质量的成品率，更加符合目前产品要求。

Description

一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置
技术领域
本发明涉及太阳能电池板加工行业中形成PN节的扩散工艺，具体是一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置。
背景技术
扩散炉是半导体生产线前工序的重要工艺设备之一，在太阳能电池制作过程中，扩散制作P－N节是晶体硅太阳能电池的核心，也是电池质量好坏的关键之一。对于扩散工序，最大问题在于如何保障扩散的均匀性。对扩散的均匀性影响最大的就是反应气体的浓度和稳定的气流以及稳定的气体压力环境，由此可以看出，对于工艺气体浓度、稳定的气流、稳定的压力的精确控制显得尤为重要。
关于扩散炉气体控制方面，中国专利CN203159746U提供了一种扩散炉炉体内的气体压力平衡控制系统，但该系统仅仅是对气体的压力环境进行了改善，而并未涉及对气体浓度，气体扩散方式的控制，改善气体仅仅应用一个压力传感器不能全面准确的反应炉体内的压力，所以根本不具备完善的可靠的气体控制能力。
关于想通过结构改变气体控制，中国专利CN103603052A提供了一种改变扩散炉气体的新型气路，其通过三个管道通入共同器皿中进行气体融合，来达到气体浓度的控制，明显的没有从根源上控制气体的浓度，而且其提到改善气体的分布均匀性改变扩散方阻的均匀性，但方阻形成与气体扩散过程中的扩散方式有很大的关心，其并未进行控制，也存在较大的不足。
中国专利CN103696020A提供了一种用于负压扩散炉的原流量控制系统，该方法通过压力值改变原气流的流量，的确能减少原流量对反应的影响，但是也由于控制装置的滞后性，不利于反应充分有效的进行，大大降低产品性能。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服上述现有技术中存在的不足，而提供了一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置，包括压力控制部分、流量控制部分和气体扩散方式控制部分；
压力控制部分包括分别与PLC控制器连接的压力开关和电磁阀，该压力控制部分分别设置在扩散炉的各个进气管道之上，通过压力开关和电磁阀控制整个炉体的内的压力；
流量控制部分为热式气体质量流量控制器，与压力控制部分连接，通过热式气体质量流量控制器控制气体流量；
气体扩散方式控制部分与流量控制部分连接，通过其内设置的气体障板形成平流气体。
所述热式气体质量流量控制器包括速度传感器和温度传感器，自动补偿和校正气体温度变化，并通过数字PID技术控制气体流量，不断地快速改变源气体和其他气体的比例。
所述气体扩散控制部分由设置在气室内的气体障板构成，该气体障板为一间隔相等设置的矩形隔板，通过矩形隔板形成缓和的平流气体。
进一步的，所述压力控制部分分别安装在扩散炉的气体汇总管道之前的各个分管道上，压力开关与PLC控制器的输入端口连接，并通过PLC控制器控制电磁阀输出，当压力达到设定要求时打开电磁阀开关，进行供气。
进一步的，所述气体扩散方式控制部分分别安装在扩散炉尾部，其气室大小根据扩散炉的大小而定，当气体通过一定厚度气体隧道时，将紊乱的涡流气体约束成缓和的平流层气体。
所述气体障板采用耐高温陶瓷材质制成。
通过上述结构，本发明可以产生如下有益效果：
1.该装置在扩散炉气体控制上，兼顾的气体压力、浓度、均匀扩散方式的精确控制，在以PLC控制器为核心的控制下，通过压力开关和电磁阀配合的压力控制装置，安全有效的控制气体的压力环境；
2.通过热式气体质量流量控制器，其具有温度传感器能够自动地补偿和校正气体温度变化，杜绝温度对气体控制的影响；
3.在增量式数字PID的调控不断地快速的改变源气体和其他气体的比例，这样既可以保证反应的有效进行，又可以减少源流气体对反应的影响，还可以保证稳定的压力环境；
4.在气体扩散控制装置的控制下，形成缓和的平流气体，杜绝了强气流对反应器件的冲击，均匀的气体扩散方式又提高了扩散方阻的均匀性。
附图说明
图1为本发明扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置结构示意图。
图中：1.反应源气体管道2.反应载流气体管道3.第一清洗气体管道4.第二清洗气体管道5.压力开关6.电磁阀7.热式气体质量流量控制器8.气体汇总管道9.气室10.气体扩散控制装置11.排气泵。
具体实施方式
参照图1，一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置，包括压力控制部分、流量控制部分、气体扩散方式控制部分。其中：
压力控制部分由与PLC控制器连接的压力开关5和电磁阀6构成，分别安装在靠近气体汇总管道8的各分支管道上，即分别在反应源气体管道1、反应载流气体管道2、第一清洗气体管道3、第二清洗气体管道4上先安装压力开关5，在其之后安装电磁阀6，每个压力开关5的输出对应PLC控制器的一个输入端口，每个电磁阀6的输入端对应PLC控制器的一个输出端口，在保证安全的前提下通过压力开关5和电磁阀6有效的调控气体的浓度并保持稳定的炉体压力环境，控制整个炉体内的压力；
在压力开关5和电磁阀6与气体汇总管道8之间安装流量控制部分，即热式气体质量流量控制器7，该控制器7对比传统的人工阀门设定，热式气体质量流量控制器7具有自动补偿矫正气体温度和流量精确控制的优点，通过PLC的控制实现数字PID控制。
热式气体质量流量控制器7分别包含一个速度传感器和一个温度传感器。热式气体质量流量控制器7与输出PLC控制器的A/D模块相连，通过速度传感器检测气体流速，将模拟量通过A/D模块转换后传给PLC控制器，PLC控制器接收数据后与既定时刻的工艺曲线对比，通过A/D模块调整与误差，自动地补偿和校正气体温度变化，并可以通过数字PID技术控制气体流量；实现流量控制。流量控制部分采用增量式数字PID技术，采用增量式数字PID技术具有以下优点：首先，算式中不需要累加，控制增量的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果；其次，计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程；最后，手动—自动切换时冲击小。当控制从手动向自动切换时，可以作到无扰动切换。在增量式数字PID的控制下可以根据工艺曲线给定的数据，根据在不同时刻需要气体量的标准，可以通过速度传感器检测气体的流量大小，将检测数据通过A/D模块转化后传给PLC，PLC在接收数据后通过增量式数字PID快速调节D/A模块输出，通过模拟量大小控制的可变大小的阀门，温度传感器能够自动地补偿和校正气体温度变化，杜绝温度对气体控制的影响。通过热式气体质量流量控制器7不断地快速的改变源气体和其他气体的比例，这样既可以保证反应的有效进行，又可以减少源流气体对反应的影响，还可以保证稳定的压力环境。
反应源气体管道1、反应载流气体管道2、第一清洗气体管道3、第二清洗气体管道4与扩散炉尾部相连，在扩散炉尾部安装气体扩散控制部分10，气体经过压力控制部分、流量控制部分后进入炉体尾部，经气体扩散方式控制部分10后形成平流气体进入反应炉体。
气体扩散方式控制部分10安装在扩散炉距离尾部一定的距离处，该控制部分由设置在气室内的气体障板构成，该气体障板为采用耐高温陶瓷材料制成的一整块间隔相等设置的矩形隔板，通过矩形隔板形成缓和的平流气体。气体障板实质是气体的分层、阻隔装置，当气体通过一定厚度气体隧道时，将紊乱的涡流气体约束成缓和的平流层气体。该部分既有效的防止强气流对反应器件的冲击，又可以保证稳定的气体环境，有利于扩散方阻的均匀性。
气体汇总管道8后为气室9，气体扩散方式控制部分10设置在气室9内，其另一端为辅助排气泵11，气室9的大小根据扩散炉的大小而定，但不可将气室9的空间保留过大。气体在气体汇总管道8处合并混合，在气室9处聚集，在气体扩散方式控制部分10的气体障板处分割形成平流气体，再经排气泵11进入炉腔内开始进行反应。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，并不能作为本发明专利的有效范围限制。对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思前提下，做出的若干变形或改进均属于本发明的有效保护范围。

Claims (6)

1.一种扩散炉气体浓度及扩散方式的自动控制装置，其特征是：包括压力控制部分、流量控制部分和气体扩散方式控制部分；
压力控制部分包括分别与PLC控制器连接的压力开关和电磁阀，该压力控制部分分别设置在扩散炉的各个进气管道之上，通过压力开关和电磁阀控制整个炉体的内的压力；
流量控制部分为热式气体质量流量控制器，与压力控制部分连接，通过热式气体质量流量控制器控制气体流量；
气体扩散方式控制部分与流量控制部分连接，通过其内设置的气体障板形成平流气体。
2.根据权利要求1所述的自动控制装置，其特征是：所述热式气体质量流量控制器包括速度传感器和温度传感器，自动补偿和校正气体温度变化，并通过数字PID技术控制气体流量，不断地快速改变源气体和其他气体的比例。
3.根据权利要求1所述的自动控制装置，其特征是：所述气体扩散控制部分由设置在气室内的气体障板构成，该气体障板为一间隔相等设置的矩形隔板，通过矩形隔板形成缓和的平流气体。
4.根据权利要求1所述的自动控制装置，其特征是：所述压力控制部分分别安装在扩散炉的气体汇总管道之前的各个分管道上，压力开关与PLC控制器的输入端口连接，并通过PLC控制器控制电磁阀输出，当压力达到设定要求时打开电磁阀开关，进行供气。
5.根据权利要求1所述的自动控制装置，其特征是：所述气体扩散方式控制部分分别安装在扩散炉尾部，其气室大小根据扩散炉的大小而定，当气体通过一定厚度气体隧道时，将紊乱的涡流气体约束成缓和的平流层气体。
6.根据权利要求3所述的自动控制装置，其特征是：所述气体障板采用耐高温陶瓷材质制成。
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