CN112160025B - 一种基于晶体炉的加热组件结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及晶体炉技术领域，公开了一种基于晶体炉的加热组件结构，包括与炉体侧壁固定的安装板，安装板上设有两个电极孔，每个电极孔内均设有电极柱，两根电极柱的内端之间设有电磁感应加热体，电磁感应加热体包括若干平行的开口导电圆环，每个开口导电圆环的轴线共线，相邻两个开口导电圆环之间通过倾斜的连接件依次连接形成所述的电磁感应加热体，电磁感应加热体的内部形成一个用于安装坩埚的圆柱加热区，圆柱加热区的轴线与炉体的轴线同轴；电磁感应加热体的两端分别延伸形成两根与电极柱内端一一对应连接的导电管。本发明具有加热均匀稳定、安装更加方便的有益效果。

Description

一种基于晶体炉的加热组件结构

技术领域

本发明涉及晶体炉技术领域，尤其涉及一种基于晶体炉的加热组件结构。

背景技术

晶体炉是生产单晶硅、多晶硅、碳化硅的的制造设备。主要由炉体、加热器、计算机控制系统、设备框架、真空抽气系统等部分组成。将原料放入坩埚中，通过加热器对坩埚加热，原料直接气化升华后再籽晶上结晶。在碳化硅晶体炉中采用电阻加热线圈对坩埚加热，常见的碳化硅炉中的电阻加热器都是两个上下平行分布的呈蚊香状的螺旋盘管，坩埚置于两个螺旋盘管之间的位置，由于螺旋盘管每圈的直径存在差异，加热温度不均匀，影响产品质量；而且两个螺旋盘管加热器在安装的时候同轴度、位置精度都要求非常高，安装不方便。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的晶体炉中的加热器加热不均匀、安装不方便的问题，提供了一种加热均匀稳定、安装更加方便的基于晶体炉的加热组件结构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于晶体炉的加热组件结构，包括与炉体侧壁固定的安装板，所述安装板上设有两个电极孔，每个电极孔内均设有电极柱，两根电极柱的内端之间设有电磁感应加热体，所述电磁感应加热体包括若干平行的开口导电圆环，每个开口导电圆环的轴线共线，相邻两个开口导电圆环之间通过倾斜的连接件依次连接形成所述的电磁感应加热体，电磁感应加热体的内部形成一个用于安装坩埚的圆柱加热区，所述圆柱加热区的轴线与炉体的轴线同轴；电磁感应加热体的两端分别延伸形成两根与电极柱内端一一对应连接的导电管。两个电极柱的外端接电，坩埚位于圆柱加热区内，电磁感应加热体整体呈一个非标的螺旋状结构，电磁感应加热体整体通电后产生磁场对坩埚进行加热，圆柱加热区的轴线与炉体轴线同轴，而且开口导电圆环每个均平行且与炉体底面平行，这样产生的磁场非常均匀，坩埚处于圆柱加热区的中心位置，坩埚加热非常均匀，从而提高碳化硅晶体的质量；同时电磁感应加热体安装也非常方便。

作为优选，所述电极孔的两端设有套设在电极柱上的绝缘套，电极柱上位于绝缘套的外侧各设有一段外螺纹，所述外螺纹上设有调节螺母。电极柱在电极孔内可以前后移动以调节电磁感应加热体的内圆柱加热区的中心位置，调整到位后通过调节螺母锁紧定位。

作为优选，所述电极柱与电极孔之间位于两个绝缘套之间的部位设有两道密封圈，两道密封圈之间设有绝缘环。由于炉体工作状态时，炉体内部为高温、低压环境，对密封性要求很高，两道密封圈起到密封作用，绝缘环用于电极柱的外壁与电极孔的内壁绝缘。

作为优选，所述电磁感应加热体上的每个开口导电圆环的外侧均固定有连接耳，连接耳上设有连接孔，连接耳与炉体之间设有定位组件，所述的定位组件包括限位轴，所述的限位轴穿过连接孔，限位轴的外侧设有若干陶瓷限位套，所述陶瓷限位套的端部设有限位凹槽，所述连接耳上的连接孔卡入限位凹槽内；所述限位轴的上下两端均设有连接座，所述连接座的侧面通过侧支撑杆与炉体的内壁接触支撑，限位轴下端的连接座的下端通过下支撑杆与炉体的底部支撑。通过定位组件对电磁感应加热体定位，确保其中心线与炉体的中心线共线；陶瓷限位套用于限定相邻两个开口导线圆环之间的距离，使得任意相邻两个开口导线环之间的距离均相等，从而进一步提高加热均匀性。

作为优选，所述侧支撑杆的内端与连接座之间螺纹连接，侧支撑杆的内端设有侧调节螺母；所述下支撑杆的上端与连接座螺纹连接，下支撑杆的上端设有下调节螺母。

作为优选，所述侧支撑杆的外端与炉体的内壁之间设有侧绝缘垫，所述下支撑杆的下端与炉体的底部之间设有下绝缘垫；所述的定位组件有三组，三组定位组件均匀分布在电磁感应加热体的圆周方向。

作为优选，所述电极柱的中心设有中心通孔，电极柱的外端设有与中心通孔连通的管接头，所述电磁感应加热体内设有冷却通道，冷却通道的两端与中心通孔连通；所述电极柱的内端与导电管的连接处设有密封连接套。管接头与外部冷却液循环系统连接，冷却液经过中心通孔、冷却通道后带走电极柱、电磁感应加热体自身的热量；由于圆柱加热区的温度很高，而通常的电极柱、电磁感应加热体是由铜材料制成，圆柱加热区的温度高于铜材料的熔点，因此需要对电极柱、电磁感应加热体冷却，以确保电极柱、电磁感应加热体自身的温度低于熔点，从而保证稳定的工作性能。

作为优选，所述安装板的内侧位于电极柱的外侧均设有绝缘隔离套，所述绝缘隔离套与电极柱之间设有隔热支撑套。两个电极柱靠近的较近，电极柱之间容易发生打火现象，通过绝缘隔离套将两个电极柱隔离，防止打火现象；同时绝缘隔离套、隔热支撑套在电极柱外侧区域构建一个相对密封的空间，对绝缘套、密封圈起到隔热保护作用。

作为优选，所述安装板的内部设有冷却腔，安装板的侧边设有进液接头、出液接头；所述绝缘隔离套的内端设有法兰，绝缘隔离套内设有环形冷却腔，所述安装板的内侧面设有连接柱，所述连接柱的外端穿过法兰并通过锁紧件锁紧，所述连接柱内设有与冷却腔连通的导流孔，所述连接柱的侧面设有与环形冷却腔连通的侧孔；两个绝缘隔离套内的冷却腔之间通过导流通道连通。安装板内部通冷却液，同时绝缘隔离套内的环形冷却腔中也通入冷却液，从而使得密封圈、绝缘套周围的温度远低于炉体内部温度（绝缘套、密封套的材质通常无法耐受很高的温度；温度太高，绝缘套的绝缘性能也会降低、密封圈的密封效果也会降低），从而确保绝缘套良好的绝缘性能、密封圈良好的密封性能。

因此，本发明具有加热均匀稳定、安装更加方便的有益效果。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3 为电磁感应加热体的结构示意图。

图4为图3的正视图。

图5为两根电极柱与安装板的连接示意图

图6为图5中B处局部放大示意图。

图7为图5中C处局部放大示意图。

图8为图1中A处局部放大示意图。

图中：炉体1、安装板2、冷却腔20、进液接头21、出液接头22、电极柱3、中心通孔30、管接头31、电磁感应加热体4、开口导电圆环40、连接件41、圆柱加热区42、导电管43、连接耳44、连接孔45、绝缘套5、调节螺母6、密封圈7、绝缘环8、定位组件9、限位轴90、陶瓷限位套91、限位凹槽92、连接座93、侧支撑杆94、下支撑杆95、侧调节螺母96、下调节螺母97、侧绝缘垫98、下绝缘垫99、密封连接套10、绝缘隔离套11、法兰110、环形冷却腔111、隔热支撑套12、锁紧件13、连接柱14、导流孔140、侧孔141、导流通道142。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示的一种基于晶体炉的加热组件结构，包括与炉体1侧壁固定的安装板2，安装板2上设有两个电极孔，每个电极孔内均设有电极柱3，两根电极柱3的内端之间设有电磁感应加热体4，电磁感应加热体4包括若干平行的开口导电圆环40，每个开口导电圆环的轴线共线，相邻两个开口导电圆环40之间通过倾斜的连接件41依次连接形成电磁感应加热体4，电磁感应加热体整体呈非标螺旋状结构，电磁感应加热体4的内部形成一个用于安装坩埚的圆柱加热区42，圆柱加热区42的轴线与炉体1的轴线同轴；电磁感应加热体4的两端分别延伸形成两根与电极柱内端一一对应连接的导电管43；电极孔的两端设有套设在电极柱上的绝缘套5，电极柱3上位于绝缘套的外侧各设有一段外螺纹，外螺纹上设有调节螺母6，电极柱3与电极孔之间位于两个绝缘套5之间的部位设有两道密封圈7，两道密封圈之间设有绝缘环8。

如图3和图8所示，电磁感应加热体4上的每个开口导电圆环的外侧均固定有连接耳44，连接耳上设有连接孔45，连接耳44与炉体1之间设有定位组件9，定位组件9包括限位轴90，限位轴穿过连接孔，限位轴的外侧设有若干陶瓷限位套91，陶瓷限位套91的端部设有限位凹槽92，连接耳44上的连接卡入限位凹槽内；限位轴90的上下两端均设有连接座93，连接座93的侧面通过侧支撑杆94与炉体的内壁接触支撑，限位轴下端的连接座的下端通过下支撑杆95与炉体的底部支撑；侧支撑杆94的内端与连接座之间螺纹连接，侧支撑杆的内端设有侧调节螺母96；下支撑杆95的上端与连接座螺纹连接，下支撑杆的上端设有下调节螺母97，侧支撑杆94的外端与炉体的内壁之间设有侧绝缘垫98，下支撑杆的下端与炉体的底部之间设有下绝缘垫99；本实施例中的定位组件有三组，三组定位组件均匀分布在电磁感应加热体的圆周方向。

电极柱3的中心设有中心通孔30，电极柱的外端设有与中心通孔连通的管接头31，电磁感应加热体4内设有冷却通道，冷却通道的两端与中心通孔连通；电极柱的内端与导电管的连接处设有密封连接套10。

如图5和图7所示，安装板2的内侧位于电极柱的外侧均设有绝缘隔离套11，绝缘隔离套11与电极柱之间设有隔热支撑套12；安装板2的内部设有冷却腔20，安装板的侧边设有进液接头21、出液接头22；绝缘隔离套11的内端设有法兰110，绝缘隔离套内设有环形冷却腔111，安装板2的内侧面设有连接柱14，连接柱的外端穿过法兰并通过锁紧件13锁紧，连接柱14内设有与冷却腔连通的导流孔140，连接柱的侧面设有与环形冷却腔连通的侧孔141，两个绝缘隔离套内的冷却腔之间通过导流通道142连通。

结合附图，本发明的原理如下：两个电极柱的外端接电，坩埚位于圆柱加热区内，电磁感应加热体通过三个定位组件定位，电磁感应加热体内的圆柱加热区的轴线与炉体的轴线同轴，通电后产生磁场对坩埚进行均匀加热；同时外部冷却水从一个电极柱外端进入后经过冷却通道后从另一个电极柱外端出来，循环冷却；外部冷却水从安装板的侧边的进液接头进入后经过冷却腔、环形冷却腔后从出液接头处排出，从而在密封圈、绝缘套周围构建一个相对低温环境（温度远低于炉体内的温度），从而确保绝缘套良好的绝缘性能、密封圈良好的密封性能。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出的简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于晶体炉的加热组件结构，包括与炉体侧壁固定的安装板，其特征是，所述安装板上设有两个电极孔，每个电极孔内均设有电极柱，两根电极柱的内端之间设有电磁感应加热体，所述电磁感应加热体包括若干平行的开口导电圆环，每个开口导电圆环的轴线共线，相邻两个开口导电圆环之间通过倾斜的连接件依次连接形成所述的电磁感应加热体，电磁感应加热体的内部形成一个用于安装坩埚的圆柱加热区，所述圆柱加热区的轴线与炉体的轴线同轴；电磁感应加热体的两端分别延伸形成两根与电极柱内端一一对应连接的导电管；所述安装板的内侧位于电极柱的外侧均设有绝缘隔离套，所述绝缘隔离套与电极柱之间设有隔热支撑套；所述安装板的内部设有冷却腔，安装板的侧边设有进液接头、出液接头；所述绝缘隔离套的内端设有法兰，绝缘隔离套内设有环形冷却腔，所述安装板的内侧面设有连接柱，所述连接柱的外端穿过法兰并通过锁紧件锁紧，所述连接柱内设有与冷却腔连通的导流孔，所述连接柱的侧面设有与环形冷却腔连通的侧孔；两个绝缘隔离套内的冷却腔之间通过导流通道连通。

2.根据权利要求1所述的一种基于晶体炉的加热组件结构，其特征是，所述电极孔的两端设有套设在电极柱上的绝缘套，电极柱上位于绝缘套的外侧各设有一段外螺纹，所述外螺纹上设有调节螺母。

3.根据权利要求1所述的一种基于晶体炉的加热组件结构，其特征是，所述电极柱与电极孔之间位于两个绝缘套之间的部位设有两道密封圈，两道密封圈之间设有绝缘环。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于晶体炉的加热组件结构，其特征是，所述电磁感应加热体上的每个开口导电圆环的外侧均固定有连接耳，连接耳上设有连接孔，连接耳与炉体之间设有定位组件，所述的定位组件包括限位轴，所述的限位轴穿过连接孔，限位轴的外侧设有若干陶瓷限位套，所述陶瓷限位套的端部设有限位凹槽，所述连接耳上的连接孔卡入限位凹槽内；所述限位轴的上下两端均设有连接座，所述连接座的侧面通过侧支撑杆与炉体的内壁接触支撑，限位轴下端的连接座的下端通过下支撑杆与炉体的底部支撑。

5.根据权利要求4所述的一种基于晶体炉的加热组件结构，其特征是，所述侧支撑杆的内端与连接座之间螺纹连接，侧支撑杆的内端设有侧调节螺母；所述下支撑杆的上端与连接座螺纹连接，下支撑杆的上端设有下调节螺母。

6.根据权利要求4所述的一种基于晶体炉的加热组件结构，其特征是，所述侧支撑杆的外端与炉体的内壁之间设有侧绝缘垫，所述下支撑杆的下端与炉体的底部之间设有下绝缘垫；所述的定位组件有三组，三组定位组件均匀分布在电磁感应加热体的圆周方向。

7.根据权利要求1所述的一种基于晶体炉的加热组件结构，其特征是，所述电极柱的中心设有中心通孔，电极柱的外端设有与中心通孔连通的管接头，所述电磁感应加热体内设有冷却通道，冷却通道的两端与中心通孔连通；所述电极柱的内端与导电管的连接处设有密封连接套。

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