CN113921427A - 一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统 - Google Patents

一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，属于退火炉技术领域，包括数据采集模块、数据处理模块、调控模块和监控平台；数据采集模块用于采集退火炉工作时的输送信息、运行信息和预热信息；输送信息包含输送冷风的流量数据和流速数据；运行信息包含监测区域的温度数据和气流数据；预热信息包含预热器的预热数据；数据处理模块用于对采集的输送信息、运行信息和预热信息分别进行预处理和计算，得到输送处理集、运行处理集和预热处理集；对输送处理集、运行处理集和预热处理集进行综合分析，得到运行匹配集；本发明用于解决现有方案中退火炉的运行效果不佳的技术问题。

Description

一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统
技术领域
本发明涉及退火炉技术领域，具体涉及一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统。
背景技术
退火炉是在半导体器件制造中使用的一种专门为加热半导体晶片而设计的设备，其包括加热多个半导体晶片以影响其电性能；热处理是针对不同的效果而设计的；退火炉可以集成到其它炉子处理步骤中。
现有的具有非接触式SiC舟改善体的退火炉系统在使用时，没有从输送冷气方面、炉腔运行方面及预热方面进行监测和分析，并动态调整冷气的输送以及气流的强度，使得炉腔内的运行保持最佳的状态，导致退火炉的运行效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，解决以下技术问题：如何解决现有方案中不能对退火炉的运行自动进行动态调控，导致退火炉的运行效果不佳的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，包括数据采集模块、数据处理模块、调控模块和监控平台；
数据采集模块用于采集退火炉工作时的输送信息、运行信息和预热信息；输送信息包含输送冷风的流量数据和流速数据；运行信息包含监测区域的温度数据和气流数据；预热信息包含预热器的预热数据；
数据处理模块用于对采集的输送信息、运行信息和预热信息分别进行预处理和计算，得到输送处理集、运行处理集和预热处理集；对输送处理集、运行处理集和预热处理集进行综合分析，得到运行匹配集；
调控模块用于根据运行匹配集对退火炉的运行进行调控。
进一步地，监测区域根据退火炉的炉腔进行划分，包括：获取炉腔的若干个内表面并进行编号，依次将编号的内表面的中点设为监测点，若干个监测点均包含温度传感器和气流传感器，通过温度传感器获取监测点的实时温度，通过气流传感器获取监测点的实时气流。
进一步地，对输送信息进行预处理和计算的具体步骤包括：
获取输送信息中输送冷风的流量数据和流速数据，在预设的监测时间内，对流量数据中的实时流量进行取值并标记为SLi,i=1,2,3,...,n；对流速数据中的实时流速进行取值并标记为SSi；将标记的实时流量和实时流速按时间进行排列组合，得到输送标记信息；
对输送标记信息中标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过输送公式计算获取输送系数；其中，a1和a2表示为不同的比例系数且均大于零，表示为输送调整因子，取值范围可以为（0,1）；输送标记信息和输送系数构成输送处理集。
进一步地，对运行信息进行预处理和计算的具体步骤包括：
获取运行信息中监测区域的温度数据和气流数据，在预设的监测时间内，对温度数据中的实时温度进行取值并标记为SWi；对气流数据中的实时气压和实时气流量分别进行取值和标记，将实时气压标记为SQi；将实时气流量标记为QLi；将标记的实时温度、实时气压和实时气流量按时间进行排列组合，得到运行标记信息；
对运行标记信息中标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过运行公式计算获取运行系数；其中，b1、b2和b3表示为不同的比例系数且均大于零；运行标记信息和运行系数构成运行处理集。
进一步地，对预热信息进行预处理和计算的具体步骤包括：
获取预热信息中预热器的预热数据，在预设的监测时间内，对预热数据中的预热气流量和实时预热量分别进行取值和标记，将预热气流量标记为YLi；将实时预热量标记为SRi；将标记的预热气流量和实时预热量按时间进行排列组合，得到预热标记信息；
对预热标记信息中标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过预热公式计算获取预热系数；其中，c1和c2表示为不同的比例系数且均大于零，表示为预热补偿因子，取值范围可以为（0,1）；预热标记信息和预热系数构成预热处理集。
进一步地，对输送处理集、运行处理集和预热处理集进行综合分析的具体步骤包括：
在预设的监测时间内，获取输送标记信息对应的输送系数、运行标记信息对应的运行系数以及预热标记信息对应的预热系数，通过公式计算获取运迁值，其中，d1、d2和d3表示为不同的比例系数且均大于零；
将运迁值与预设的运迁范围进行匹配，将大于运迁范围最大值的运迁值标记为第一运迁值，并生成第一匹配信号；将小于运迁范围最小值的运迁值标记为第二运迁值，并生成第二匹配信号；将第一匹配信号和第一运迁值以及第二匹配信号和第二运迁值按顺序排列组合，得到运行匹配集。
进一步地，根据运行匹配集对退火炉的运行进行调控的具体步骤包括：
对运行匹配集进行分析，若运行匹配集中包含第一匹配信号，则判定退火炉的运行资源过多，根据第一匹配信号降低冷风的输送量，以及增加炉腔内风机的运行强度来提高风力，直至第一运迁值属于预设的运迁范围；
若运行匹配集中包含第二匹配信号，则判定退火炉的运行效率过低，根据第二匹配信号增加冷风的输送量，以及减少炉腔内风机的运行强度来降低风力，直至第二运迁值属于预设的运迁范围。
进一步地，监控平台用于对采集的输送信息、运行信息和预热信息进行显示。
本发明的有益效果：
1、本发明中，根据退火炉的炉腔进行划分监测区域，对炉腔的若干个内表面进行编号，依次将编号的内表面的中点设为监测点，通过若干个监测点来获取实时温度和实时气流，可以实现对退火炉内不同的区域进行监测和分析，及时动态调整退火炉内的风力，提高退火炉内运行控制的准确性；
2、本发明中，从输送冷气方面、炉腔运行方面及预热方面进行监测和分析，根据计算得到的运迁值来动态调整冷气的输送以及气流的强度，使得炉腔内的运行保持最佳的状态。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统的模块框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明为一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，包括数据采集模块、数据处理模块、调控模块和监控平台；
本实施例中，通过对退火炉运行时的输送冷风方面、监测区域的温度和气流方面以及预热方面分别进行监测和分析，即从输送端、生产端和回收端进行监测，并联立计算得到运迁值，通过运迁值对退火炉整体的情况进行分析，并自动对冷气输送以及退火炉炉腔内的风力进行调整，使得退火炉炉腔内保持最佳的运行状态。
数据采集模块用于采集退火炉工作时的输送信息、运行信息和预热信息；输送信息包含输送冷风的流量数据和流速数据；运行信息包含监测区域的温度数据和气流数据；预热信息包含预热器的预热数据；
其中，监测区域根据退火炉的炉腔进行划分，包括：获取炉腔的若干个内表面并进行编号，依次将编号的内表面的中点设为监测点，若干个监测点均包含温度传感器和气流传感器，通过温度传感器获取监测点的实时温度，通过气流传感器获取监测点的实时气流；
本实施例中，对炉腔的六个内表面进行编号，包括前、后、左、右、上和下六个表面依次进行编号，编号的意义在于可以方便快速的发现哪个表面的温度以及气流存在异常；现有的退火炉的炉腔内保护气由特制风机产生的风来实现强对流循环，使得炉腔内的温度均匀，并使得炉腔内温差控制在5℃以内，来保证炉腔内所有退火材料软硬一致，便于材料深加工；但是没有对不同的区域进行监测和分析，不能及时动态调整风力，导致温差控制的准确性不佳；现有的退火炉的后上端安装了排烟预热装置，炉腔内的烟气通过预热器时，由风机送入冷风进行预热，再由管路送至烧咀进行助燃，但是没有对预热器的实时预热量和预热气流量进行监测分析，使得预热效果不佳的冷风输送至退火炉炉腔内进行工作时，影响退火炉整体的运行效果。
数据处理模块用于对采集的输送信息、运行信息和预热信息分别进行预处理和计算，得到输送处理集、运行处理集和预热处理集；对输送信息进行预处理和计算的具体步骤包括：
获取输送信息中输送冷风的流量数据和流速数据，在预设的监测时间内，对流量数据中的实时流量进行取值并标记为SLi,i=1,2,3,...,n；对流速数据中的实时流速进行取值并标记为SSi；将标记的实时流量和实时流速按时间进行排列组合，得到输送标记信息；其中，预设的监测时间用于对该时间段内炉腔运行的相关数据进行采集和分析，为动态调控提供数据支持，预设的监测时间可以为1min；
对输送标记信息中标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过输送公式计算获取输送系数；其中，a1和a2表示为不同的比例系数且均大于零，表示为输送调整因子，取值可以为0.75251。
本实施例中，通过对输送冷风的流量数据和流速数据进行联立计算得到输送系数，基于该输送系数可以对输送冷风的情况进行分析，冷风输送量会影响到烧咀的助燃，冷风输送量不足时会导致烧咀燃烧不充分，进而影响退火炉炉腔内的温度，基于输送冷风的监测，可以为退火炉炉腔内运行的动态调控提供支持。
对运行信息进行预处理和计算的具体步骤包括：
获取运行信息中监测区域的温度数据和气流数据，在预设的监测时间内，对温度数据中的实时温度进行取值并标记为SWi；对气流数据中的实时气压和实时气流量分别进行取值和标记，将实时气压标记为SQi；将实时气流量标记为QLi；将标记的实时温度、实时气压和实时气流量按时间进行排列组合，得到运行标记信息；
对运行标记信息中标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过运行公式计算获取运行系数；其中，b1、b2和b3表示为不同的比例系数且均大于零。
本实施例中，通过对监测区域的温度数据和气流数据进行联立计算得到运行系数，基于该运行系数可以对监测区域的温度和气流情况进行分析，气流的大小会影响到退火炉炉腔内的运行，比如导致退火炉炉腔内的保护气或者温度分布不均匀，基于监测区域的温度和气流的监测，同样可以为退火炉炉腔内运行的动态调控提供支持；
对预热信息进行预处理和计算的具体步骤包括：
获取预热信息中预热器的预热数据，在预设的监测时间内，对预热数据中的预热气流量和实时预热量分别进行取值和标记，将预热气流量标记为YLi；将实时预热量标记为SRi；将标记的预热气流量和实时预热量按时间进行排列组合，得到预热标记信息；
对预热标记信息中标记的各项数据进行归一化处理并取值，通过预热公式计算获取预热系数；其中，c1和c2表示为不同的比例系数且均大于零，表示为预热补偿因子，取值可以为0.52361。
本实施例中，通过对预热数据中的预热气流量和实时预热量进行联立计算得到预热系数，基于该预热系数可以对预热器的工作状态进行分析并且可以及时获取输送冷气的预热情况。
对输送处理集、运行处理集和预热处理集进行综合分析，得到运行匹配集；具体的步骤包括：
在预设的监测时间内，获取输送标记信息对应的输送系数、运行标记信息对应的运行系数以及预热标记信息对应的预热系数，通过公式计算获取运迁值，其中，d1、d2和d3表示为不同的比例系数且均大于零，运迁值表示退火炉炉腔内的运行变化情况，通过运迁值以数字的方式来表示，正常的运行变化状态有一个变化范围，在该变化范围内的运迁值，表示退火炉炉腔内的运行状态正常，而不在该变化范围内的运迁值，表示退火炉炉腔内的运行状态不正常，比如冷气的输送量过多或者过少，以及炉腔内的气流过强或者过弱等等；
上述公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取；
将运迁值与预设的运迁范围进行匹配，将大于运迁范围最大值的运迁值标记为第一运迁值，并生成第一匹配信号；将小于运迁范围最小值的运迁值标记为第二运迁值，并生成第二匹配信号；将第一匹配信号和第一运迁值以及第二匹配信号和第二运迁值按顺序排列组合，得到运行匹配集。
本实施例中，第一匹配信号表示退火炉的运行资源过多，导致较多的资源浪费，比如，冷气的输送量超出预设的标准量，或者退火炉炉腔内的风机运行强度低于预设的标准强度，使得气流的运行状态处于低标状态，同时输出的烟气的热量过高，回收的热量不能充分利用，造成资源的浪费，需要进行调控；预设的标准量以及预设的标准强度基于现有的退火炉的类型来获取；
第二匹配信号表示退火炉的运行效率过低，导致退火炉的运行时长边长，比如，冷气的输送量低于预设的标准量，以及退火炉炉腔内的风机运行强度高于预设的标准强度，使得气流的运行状态处于超标状态，同时输出的烟气的热量过低，造成供需资源不平衡，需要进行调控；
当运迁值属于预设的运迁范围时，表示退火炉的运行正常无需进行调控。
调控模块用于根据运行匹配集对退火炉的运行进行调控；具体的步骤包括：
对运行匹配集进行分析，若运行匹配集中包含第一匹配信号，则判定退火炉的运行资源过多，根据第一匹配信号降低冷风的输送量，以及增加炉腔内风机的运行强度来提高风力，直至第一运迁值属于预设的运迁范围；其中，当降低冷风的输送量后不能使得第一运迁值属于预设的运迁范围时，再对炉腔内风机的运行强度进行调整；
若运行匹配集中包含第二匹配信号，则判定退火炉的运行效率过低，根据第二匹配信号增加冷风的输送量，以及减少炉腔内风机的运行强度来降低风力，直至第二运迁值属于预设的运迁范围；其中，当增加冷风的输送量后不能使得第二运迁值属于预设的运迁范围时，再对炉腔内风机的运行强度进行调整。
监控平台用于对采集的输送信息、运行信息和预热信息进行显示。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，包括数据处理模块和调控模块；
数据处理模块用于对采集的输送信息、运行信息和预热信息分别进行预处理和计算，得到输送处理集、运行处理集和预热处理集；对输送处理集、运行处理集和预热处理集进行综合分析，得到包含第一匹配信号和第二匹配信号的运行匹配集；
调控模块用于根据运行匹配集对退火炉的运行进行调控，包括：对运行匹配集进行分析，若运行匹配集中包含第一匹配信号，则判定退火炉的运行资源过多，根据第一匹配信号降低冷风的输送量，以及增加炉腔内风机的运行强度来提高风力，直至第一运迁值属于预设的运迁范围；
若运行匹配集中包含第二匹配信号，则判定退火炉的运行效率过低，根据第二匹配信号增加冷风的输送量，以及减少炉腔内风机的运行强度来降低风力，直至第二运迁值属于预设的运迁范围，实现退火炉运行的动态调控。
2.根据权利要求1所述的一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，还包括数据采集模块和监控平台；数据采集模块用于采集退火炉工作时的输送信息、运行信息和预热信息；输送信息包含输送冷风的流量数据和流速数据；运行信息包含监测区域的温度数据和气流数据；预热信息包含预热器的预热数据。
3.根据权利要求2所述的一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，监测区域根据退火炉的炉腔进行划分，包括：获取炉腔的若干个内表面并进行编号，依次将编号的内表面的中点设为监测点，通过若干个监测点获取实时温度以及实时气流。
4.根据权利要求3所述的一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，获取输送信息中输送冷风的流量数据和流速数据，分别对实时流量和实时流速进行取值和标记，并计算获取输送系数。
5.根据权利要求4所述的一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，获取运行信息中监测区域的温度数据和气流数据，分别对实时温度、实时气压和实时气流量进行取值和标记，并计算获取运行系数。
6.根据权利要求5所述的一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，获取预热信息中预热器的预热数据，分别对预热气流量和实时预热量进行取值和标记，并计算获取预热系数。
7.根据权利要求6所述的一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，基于输送系数、运行系数和预热系数获取运迁值，将运迁值与预设的运迁范围进行匹配，得到包含第一匹配信号和第一运迁值以及第二匹配信号和第二运迁值的运行匹配集。
8.根据权利要求7所述的一种具有非接触式SiC舟改善体高效能的退火炉系统，其特征在于，通过监控平台对采集的输送信息、运行信息和预热信息中的各项数据进行显示。
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