CN118031636A - 加热模块和加工设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种加热模块和加工设备。加热模块包括两个加热单元，每一加热单元均包括三个分区加热组件和至少三个电极组件，每个分区加热组件用于在通电时产生热量；其中，六个分区加热组件间隔设置且呈环形排列，每个分区加热组件包括两个发热柱组，每一发热柱组包括至少两个发热柱；六个电极组件沿着分区加热组件的排列方向依次间隔排布，每个电极组件的第一端连接于一个发热柱组中的两个发热柱之间，每个电极组件的第二端连接于相邻的另一个发热柱组的两个发热柱之间，使得六个电极组件和六个分区加热组件共同构成环状结构。本申请加热模块提供的温区可达六个，控温精度高，有利于加工设备的温度均匀性。

Description

加热模块和加工设备

技术领域

本申请涉及半导体材料加工技术领域，尤其涉及一种加热模块和加工设备。

背景技术

烧结炉是一种常用的加工设备，能够使半导体材料等通过烧结获得所需的物理、力学性能以及微观结构。烧结炉在烧结半导体材料时，需要对炉内的烧结温度进行精确控制，以确保半导体材料的成品质量。

现有的烧结炉常采用单相或两相电源调控的电加热元件。通电时，电加热元件能够产热，并在烧结炉内形成两个温区或三个温区。然而，由于温区数量较少，控温精度较低，因此容易导致炉内温度不均匀分布，进而影响到成品质量。

发明内容

为解决现有技术的不足，本申请提供了一种加热模块和加工设备。

本申请第一方面提出一种加热模块，包括两个加热单元，每一加热单元均包括三个分区加热组件和至少三个电极组件，三个电极组件与三相电源中的三相一一对应连接，每个分区加热组件用于在通电时产生热量；其中，六个分区加热组件间隔设置且呈环形排列，每个分区加热组件包括两个发热柱组，每一发热柱组包括至少两个发热柱；六个电极组件沿着分区加热组件的排列方向依次间隔排布，每个电极组件的第一端连接于一个发热柱组中的两个发热柱之间，每个电极组件的第二端连接于相邻的另一个发热柱组的两个发热柱之间，使得六个电极组件和六个分区加热组件共同构成环状结构。

在一种实施例中，每一加热单元均包括三个电极组件，每一电极组件的第一端所连接的发热柱组和第二端所连接的发热柱组位于同一分区加热组件；每一分区加热组件的两个发热柱组之间通过导电连接件连接；每一加热单元的三个分区加热组件之间通过导电连接件连接，使得每个加热单元均为星形连接。

在一种实施例中，电极组件和导电连接件均为石墨材质，分区加热组件为石墨材质或电阻率大于石墨的导电材质。

在一种实施例中，每一加热单元均包括四个电极组件，每一电极组件的第一端所连接的发热柱组和第二端所连接的发热柱组分别位于不同的分区加热组件；其中，四个电极组件中的两个电极组件为共用电极组件，两个共用电极组件分别位于每一加热单元的首端和末端且被两个加热单元共用，使得两个共用电极组件的第一端所连接的发热柱组和第二端所连接的发热柱组分别位于不同的加热单元；两个共用电极组件相连接，每个分区加热组件中的两个发热柱组之间通过导电连接件连接，使得每个加热单元均为三角形连接。

在一种实施例中，每一加热单元的三个分区加热组件之间通过绝缘连接件连接。

在一种实施例中，分区加热组件、电极组件和导电连接件均为石墨材质。

在一种实施例中，两个加热单元的首端通过绝缘连接件连接，两个加热单元的末端通过另外的绝缘连接件连接，使得两个加热单元为环形连接。

在一种实施例中，六个分区加热组件沿着环状结构的周向等分分布。

在一种实施例中，每个电极组件均设有电极柱，每个电极组件通过电极柱连接三相电源的其中一相接线端，用于将三相电源的其中一相交流电传输给对应一个分区加热组件。

在一种实施例中，电极柱与接线端螺纹连接。

本申请第二方面提出一种加工设备，包括炉体和第一方面或第一方面任一种实施例所述的加热模块，两个加热单元均设于炉体中，并用于加热炉体。

在一种实施例中，加工设备还包括两个三相电源，三相电源位于炉体外，三相电源与加热单元一一对应且电连接加热单元中的三个电极组件，两个三相电源用于对两个加热单元分别独立供电。

在一种实施例中，每个三相电源包括功率调控器和三相变压器，其中，功率调控器电连接三相变压器，功率调控器用于对三相交流电进行功率调整，并将功率调整后的三相交流电传输至对应的三相变压器；三相变压器电连接加热单元中的三个电极组件，三相变压器用于对功率调整后的三相交流电进行降压，并将降压后的三相交流电传输至三个电极组件。

在一种实施例中，在炉体的高度方向上，其中一个加热单元位于另一加热单元的上方，并且，位于上方的加热单元的功率小于位于下方的加热单元的功率。

在一种实施例中，加工设备还包括温度传感器、下位机和上位机，温度传感器设于炉体内，下位机和上位机设于炉体外；温度传感器连接下位机，温度传感器用于检测炉体内部的实际温度并发送给下位机；上位机连接下位机，上位机用于发送控制指令给下位机，控制指令用于指示炉体的预设加热温度；下位机还连接功率调控器，下位机用于根据控制信号和炉体内部的实际温度，发送控制信号给功率调控器，控制信号用于控制功率调控器进行功率调整。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

1、本申请加热模块通过设置两个加热单元，每个加热单元又进一步包括三个分区加热组件和至少三个电极组件，三个分区加热组件通过三个电极组件连接三相电源以通电产热，因此，两个加热单元可以形成两个大温区，三个分区加热组件可以形成三个小温区。故，本申请加热模块形成的温区数量可达六个。显然，相比于现有的由单相或两相电源调控以形成两个温区或三个温区的电加热元件，本申请加热模块能够提供更多数量的温区，并且，温度调控还能够精细化到大温区中的各小温区，控温精度更高，因此，当加热模块设于加工设备的炉体内时，本申请加热模块能够实现炉体内部温度均匀分布，如此有利于提升加工设备的加工效果和成品质量。

2、本申请通过将六个分区加热组件连成环状结构，使得加热模块整体结构稳定性强，也更能保持温度均匀性，不易出现局部升温快、局部高温的情况。

3、当本申请加热模块设于加工设备的炉体内时，在炉体高度方向上，两个加热单元可以呈上下分布，如此，炉内气体在被下方的加热单元加热后，可以向上流向上方的加热单元进行保温。因此，这样的布局可以与热量流动规律相符，可使得下方的加热单元相当于升温区，上方的加热单元相当于保温区，有利于炉膛的温度均匀性和稳定性。

4、本申请加热模块可以根据情况设置成双三角形连接结构，或双星形连接结构，可以采用合适材质的发热柱与结构相适配，可见，本申请加热模块的结构设计灵活性高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的加热模块的一种结构框图。

图2A为本申请一实施例提供的加热模块的一种立体示意图。

图2B为图2A所示加热模块的一种主视图。

图3A为本申请一实施例提供的加热模块的另一种立体示意图。

图3B为图3A所示加热模块的一种主视图。

图4为图2A或图3A中的分区加热组件的一种立体示意图。

图5A为图2A或图3A所示加热模块的一种电连接示意图。

图5B为图2B或图3B所示加热模块的一种电连接示意图。

图6为图2A或图3A所示加热模块的等效电路图。

图7A为本申请另一实施例提供的加热模块的一种立体示意图。

图7B为图7A所示加热模块的一种主视图。

图8为图7A中的分区加热组件的一种立体示意图。

图9A为图7A所示加热模块的一种电连接示意图。

图9B为图7B所示加热模块的一种电连接示意图。

图10为图2A或图3A所示加热模块的等效电路图。

图11为本申请实施例提供的加工设备的一种结构框图。

图12为图11所示加工设备的一种电连接示意图。

图13为图11所示加工设备的另一种电连接示意图。

主要元件符号说明

加热模块 100

加热单元 10a、10b

分区加热组件 11

发热柱组 111

发热柱 1111

导电连接件 12

绝缘件 13

闭合回路 14

加强柱 15

电极组件 A1，B 1，C1，A2，B2，C2

电极柱 A11，B 11，C11，A21，B21，C21

炉体 200

炉膛 201

三相电源 300a、300b

功率调控器 301a、301b

三相变压器 302a、302b

温度传感器 400

下位机 500

上位机 600

断路器 700

加工设备 1000

电网 2000

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。术语“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本申请实施例提供一种加热模块。在实际应用时，该加热模块可以设于加工设备的炉体中，用于加热炉体，以对炉体内的待加工材料做热处理。其中，加工设备例如可以是烧结炉设备。待加工材料包括但不限于半导体材料，半导体材料例如可以是陶瓷基板。加热模块可以设于炉体炉膛的中间位置处，以利于温度均匀分布。

请参阅图1，为本申请实施例提供的加热模块的一种结构框图。加热模块100包括加热单元10a和加热单元10b，加热单元10a和加热单元10b结构相同。

请一并参阅图2A、图2B和图4，示出了本申请一种实施例的加热模块100。如图2A所示，加热单元10a包括三个分区加热组件11和四个电极组件A1、B 1、C 1、A2。加热单元10b包括三个分区加热组件11和四个电极组件A2、B2、C2、A1。其中，电极组件A1、A2为共用电极组件。因此，图2A中的加热模块100具有六个分区加热组件11和六个电极组件A1、B 1、C1、A2、B2、C2(下面描述成A1～C2)。可以理解的是，在其他实施例中，也可以以同相的两个电极组件如B1、B2(或C1、C2)作为共用电极组件。

其中，六个分区加热组件11间隔设置且呈环形排列。六个电极组件A1～C2沿着分区加热组件11的排列方向依次间隔排布。

请参阅图4，每个分区加热组件11包括两个发热柱组111，每一发热柱组111包括两个发热柱1111。因此，单个分区加热组件11具有四个发热柱1111。

在本实施例中，单个分区加热组件11中的两个发热柱组111可以并列设置，且单个发热柱组111中的两个发热柱1111可以并排设置；或者，单个分区加热组件11中的两个发热柱组111可以并排设置，且单个发热柱组111中的两个发热柱1111可以并列设置，使得单个分区加热组件11中的四个发热柱1111可以呈二阶矩阵排布。如图2A和图4所示，每个电极组件A1/B 1/C1/A2/B2/C2设于相邻两个发热柱组111之间，其中，相邻两个发热柱组111分别属于不同的分区加热组件11。具体来说，每个电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2的第一端连接于一个发热柱组111中的两个发热柱1111之间，每个电极组件A1/B 1/C1/A2/B2/C2的第二端连接于相邻的另一个发热柱组111的两个发热柱1111之间。

如此，从整体上看，六个电极组件A1～C2和六个分区加热组件11是交错分布的。每个电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2是位于相邻两个发热柱组111的中间位置处，并将相邻两个发热柱组111中每一发热柱组111的两个发热柱1111连接在一起，同时也将这两个发热柱组111连接在一起。而且，共用电极组件A1位于加热单元10a的末端和加热单元10b的首端且被加热单元10a、10b共用，共用电极组件A2位于加热单元10b的首端和加热单元10a的末端且被加热单元10a、10b共用。因此，共用电极组件A1的第一端所连接的一个发热柱组111是属于加热单元10b，共用电极组件A1的第二端所连接的另一个发热柱组111是属于加热单元10a。共用电极组件A2的第一端所连接的一个发热柱组111是属于加热单元10a，共用电极组件A2的第二端所连接的另一个发热柱组111是属于加热单元10b。

如图4所示(图4中以电极组件C2和A2所在的分区加热组件11为例进行展示)，在每个分区加热组件11中，两个发热柱组111之间还通过导电连接件12进行连接。

因此，通过每个分区加热组件11内发热柱1111之间的连接设计，以及不同分区加热组件11之间的连接设计，可使得六个电极组件A1～C2和六个分区加热组件11共同构成一环状结构，环状结构具有整体稳定性强的优点。其中，每个分区加热组件11可以形成一闭合回路14。可以理解的是，每个分区加热组件11的结构是关于电极组件对称的，对称设计有利于分区加热组件11的结构稳定性。

可以理解，发热柱1111、导电连接件12和电极组件A1～C2均可以为导电且导热的材质，例如石墨材质。其中，为减少用材和减轻重量，发热柱1111可以是空心柱，具体可以是空心圆柱或空心棱柱。导电连接件12可以是板件。而且，导电连接件12和电极组件A1～C2可以具有一定的弧度(如大致为30°)，以便于将六个分区加热组件11拼接成环状结构。其中，环状结构的轴向与发热柱1111的长度方向平行，环状结构的截面可以为圆形。或者，导电连接件12和电极组件A1～C2也可以平直设置，使得六个分区加热组件11拼接成的环状结构的截面可以为规则多边形。

本实施例对发热柱1111与电极组件A1/B 1/C1/A2/B2/C2之间的连接方式不做限制。例如，发热柱1111可以插入于电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2，并通过轴孔配合、螺纹连接或其他机械连接方式来固定连接于电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2。发热柱1111与导电连接件12之间的连接方式可参考发热柱1111与电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2之间的连接方式，此处不再重复。

另外，同个分区加热组件11中的相邻导电连接件12之间还通过绝缘件13进行连接，两个不同分区加热组件11的相邻导电连接件12之间也通过绝缘件13进行连接，以增强整个环状结构的稳定性。因此，从整体上看，两个加热单元10a、10b的首端通过绝缘连接件13连接，两个加热单元10a、10b的末端也通过对应的绝缘连接件13连接，使得两个加热单元10a、10b呈环形连接。而且，图2A和图2B中的导电连接件12和绝缘件13是交错分布的。

其中，绝缘件13可以是板件。并且，绝缘件13可以由绝缘材料例如陶瓷等制成，或其表面具有绝缘材料层。可以理解的是，本申请并不限制绝缘件13与导电连接件12之间的连接方式。例如，如图2A和图2B所示，导电连接件12可以部分重叠于绝缘件13，并通过螺钉等机械配件来固定连接于绝缘件13。又例如，如图3A和图3B所示，导电连接件12可以部分插嵌于绝缘件13内，并通过销轴等机械配件来固定连接于绝缘件13。

在本实施例中，如图2A和图3A所示，加热单元10a、10b中的每个电极组件A1/B 1/C1/A2/B2/C2均包括电极座(未标号)和电极柱。电极座和电极柱可以一体成型，也可以分体设置，在此不做限定。电极座位于分区加热组件11的中间位置处且在与发热柱1111长度方向相交的方向上延伸设置。电极座的在发热柱1111长度方向上的两端均接入相应的发热柱111。电极座的中间位置处连接有电极柱A11/B 11/C11/A21/B21/C21。电极柱A11/B 11/C11/A21/B21/C21朝远离发热柱1111且与发热柱1111相交的方向延伸设置。

在一实施例中，电极柱A11/B 11/C11/A21/B21/C21可以是中空结构。在实际使用时，电极柱A11/B 11/C11/A21/B21/C21可供一相接线端插入，并与接线端螺纹连接。由于螺纹连接方式可以使得电极柱A11/B 11/C11/A21/B21/C21与接线端之间具有较大的接触面积，因此可以降低接触面发生打弧现象的风险，另外螺纹连接方式对精度要求也较低，因此还可以降低制造难度以及方便接电。

因此，加热单元10a中的电极组件A1/B 1/C 1可以通过电极柱A11/B 11/C 11连接三相电源的其中一相接线端，从而将三相电源的其中一相交流电传输给加热单元10a中的对应一个分区加热组件11。同理，加热单元10b中的电极组件A2/B2/C2通过电极柱A21/B21/C21连接另一三相电源的其中一相接线端，从而将另一三相电源的其中一相交流电传输给加热单元10b中的对应一个分区加热组件11。

为描述方便，图2A和图3A中，六个电极组件A1～C2按照A1-B 1-C1-A2-C2-B2的顺序进行排序。当然，排序可以不限于此，具体可以根据实际情况相应设置，这并不构成对本申请的限制。三相电源可提供为加热单元10a、10b提供A、B、C三相交流电，为便于区分，以A’、B’、C’表示加热单元10a接入的三相交流电的相序，以A”、B”、C”表示加热单元10b接入的三相交流电的相序。其中，电极组件A1用于通过电极柱A11接入三相电源的A’相交流电，电极组件B1用于通过电极柱B11接入三相电源的B’相交流电，电极组件C1用于通过电极柱C11接入三相电源的C’相交流电。电极组件A2用于通过电极柱A21接入另一三相电源的A”相交流电，电极组件B2用于通过电极柱B21接入另一三相电源的B”相交流电，电极组件C2用于通过电极柱C21接入另一三相电源的C”相交流电。

在本实施例中，加热单元10a中的两个共用电极组件A1、A2相连接，使得两个加热单元均为三角形连接。为便于理解，本实施例以加热单元10a中的电极组件A1的电极柱A11与加热单元10b中的电极组件A2的电极柱A21通过导线进行短接为例进行展示(图2A至图3B未示出，可参见图5A和图5B)。

基于这样的设计，两个加热单元的电连接示意图可如图5A和图5B所示。其中，电极组件A1-B 1之间的分区加热组件11、电极组件B1-C 1之间的分区加热组件11、电极组件C1-A2之间的分区加热组件11构成三个闭合回路14。电极组件A1-B2之间的分区加热组件11、电极组件B2-C2之间的分区加热组件11、电极组件C2-A2之间的分区加热组件11也构成三个闭合回路14。而且，由于电极组件A1和A2进行短接，因此，电极组件A1和A2的电极柱A11、A21相当于共用电极柱，使得电极组件A1-B2之间的分区加热组件11也相当于是与A2进行连接，即，电极组件A1-B2之间的分区加热组件11也相当于是A2-B2之间的分区加热组件11。电极组件C1-A2之间的分区加热组件11也相当于是与A1进行连接，即，电极组件C1-A2之间的分区加热组件11也相当于是C1-A1之间的分区加热组件11。

因此，两个加热单元可进一步构成图6示出的等效电路。如图6所示，加热单元10a、10b各自独立，且均为三角形连接。电极组件A1和电极组件A2连接，相当于电极组件A1相连的A’相和电极组件A2相连的A”相连接。其中，电极组件A1-B 1之间的分区加热组件11、电极组件B1-C1之间的分区加热组件11、电极组件C1-A2之间的分区加热组件11形成加热单元10a的三相线路。电极组件A1-B2之间的分区加热组件11、电极组件B2-C3之间的分区加热组件11、电极组件C2-A2之间的分区加热组件11形成加热单元10b的三相线路。

需要说明的是，若加热单元中的三个分区加热组件11是水平依次排布，当要将三个分区加热组件11进行三角形连接时，通常需要额外增设一个电极柱来作为中间的接线点，以支撑、辅助完成电极组件A1和电极组件C1之间的连线。电极组件A2、B2、C2同理。因此，两个加热单元就需要设置八个电极柱来完成三相线路连接。而在本实施例中，两个加热单元是共同形成环状结构，因此通过设置六个电极组件A1～C2，并以其中同一相的两个电极组件的电极柱作为共用电极柱，就可完成两个加热单元的三角形连接。显然，本实施例加热单元10a、10b所用的元件数量可以减少，结构得到了优化，如此可以降低加热模块100的结构复杂性，而且也可以减少元件的组装公差问题，进而可以降低加热模块100的装配难度，另外还可以减轻加热模块100的整体重量。

假设每个发热柱1111和导电连接件12的等效电阻均为R，而图6中单个分区加热组件11相当于是每个导电连接板12与相连的两个发热柱1111串联后，再进行并联，因此，单个分区加热组件11的等效电阻等于：(3R*3R)/(3R+3R)＝3R/2。当分区加热组件11通电时，发热柱1111和导电连接件12均相当于负载，可以耗电产热，因此发热柱1111和导电连接件12均可起到加热的作用。

而且，三个分区加热组件11在通电时分别独立加热。进一步地，对于每个加热单元10a/10b，还可以通过调整其中任意一个分区加热组件11所接入的交流电电压和电流来调整该分区加热组件11的产热量，进而改变该分区加热组件11所在区域的温度。

由此可见，加热单元10a、10b可以形成两个独立的大温区，每个加热单元10a/10b中的三个分区加热组件11可以形成三个独立的小温区。因此，本实施例的加热模块100可以为烧结炉提供两个大温区，六个小温区。而且，控温精度可以精细化到加热单元10a、10b中的各分区加热组件11。

因此，相比于现有的由单相或两相电源调控的电加热组件，本实施例加热模块100可提供的温区数量更多(可达6个)，控温也更精细化。因此，当本实施例加热模块100设于加工设备的炉体内时，加热模块100可以更好地缩小炉膛不同区域的温差，使得炉膛温度均匀分布，有利于加工设备的加工效果和待加工材料的成品质量。

而且，本实施例加热模块100形成环状结构，整体稳定性强，当炉体进行高温加热，使得所有零件发生一定程度的热膨胀时，加热模块100仍能够保持结构的完整性，而不会出现结构松散的情况。

在本实施例中，如图2A至图3B所示，六个分区加热组件11是沿着环状结构的周向等分分布。因此，整个加热模块100的结构是中心对称的，如此可使得加热模块100的结构稳定性更佳，而且也更能保持炉体炉膛的温度均匀性，避免出现部分区域升温速率慢以及局部高温的情况，有助于炉膛的升温和保温。

在本实施例中，当本实施例加热模块100设于加工设备的炉体内时，在炉体的高度方向上，其中一个加热单元位于另一加热单元的上方。例如，加热单元位于10b位于加热单元10a的上方。其中，炉体的高度方向与环状结构的轴向相垂直。

基于这样的设计，位于下方的加热单元可形成升温区，位于上方的加热单元可形成保温区，这样的布局可以与热量流动规律相符，有利于炉膛的温度均匀性和稳定性。具体来说，位于下方的加热单元可用于将炉膛的气体加热升温。升温后的气体会上升，流向位于上方的加热单元。位于上方的加热单元可以产热以对气体进行保温，从而可以维持炉膛温度均匀性。在实际加热过程中，位于上方的加热单元的功率可以小于位于下方的加热单元的功率。

可以理解的是，如前所述，同一个发热柱组111的两个发热柱1111之间是通过电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2进行连接，相邻两个发热柱组111个发热柱组111之间是通过导电连接件12进行连接，因此，电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2及其电极柱A11/B 11/C11/A21/B21/C21是位于一个发热柱组111的中间位置处，导电连接件12是位于一个发热柱组111的相对两端。从整体上看，电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2及其电极柱A11/B 11/C11/A21/B21/C21是位于环状结构在轴向上的中间位置处，导电连接件12是位于环状结构在轴向上的相对两端。当加热模块100设于炉体内时，由于炉体的前炉门和后炉门外均设有水冷等散热机构，因此，基于本实施例的结构布局，当本实施例加热模块100设于加工设备的炉体内时，就可以使得电极组件A1～C2尽可能地远离前后炉门，由此避免前后炉门的水冷带走热量，以最大程度地减少热量流失。并且，还可以使得导电连接件12是靠近于前后炉门，导电连接件12的热量可以弥补前后炉门的水冷造成的热量损耗。因此，相比于现有炉内电加热元件的电极柱位置不居中设置，本实施例的分区加热组件11可以减小水冷对炉膛温度的影响，有利于加强炉膛温度均匀性和降低烧结炉的功耗。

请一并参阅图7A和图7B，示出了本申请另一种实施例的加热模块100。

与图2A至图3B所示实施例相同，在本实施例中，加热模块100包括六个分区加热组件11和六个电极组件A1、B 1、C 1、A2、B2、C2，其中分区加热组件11包括两个发热柱组，每一发热柱组包括两个发热柱。六个分区加热组件11和六个电极组件A1～C2构成两个加热单元10a、10b。

本实施例与图2A至图3B所示实施例的区别主要在于，每个加热单元中的电极组件的数量。如图7A和图7B所示，本实施例的加热单元10a包括三个分区加热组件11和三个电极组件A1、B 1、C1。加热单元10b包括三个分区加热组件11和三个电极组件A2、B2、C2。

本实施例与图2A至图3B所示实施例的区别还在于，分区加热组件11的连接关系。

具体地，请一并参阅图8(图8中以电极组件A2所在的分区加热组件11为例进行展示)，电极组件A1～C2与分区加热组件11一一对应。每个电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2设于相邻两个发热柱组111之间，其中，相邻两个发热柱组111属于同一分区加热组件11。具体来说，每个电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2的第一端连接于一个发热柱组111中的两个发热柱1111之间，每个电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2的第二端连接于相邻的另一个发热柱组111的两个发热柱1111之间。

如此，从整体上看，图7A中的六个电极组件A1～C2一一分布在六个分区加热组件11中，故六个电极组件A1～C2的布局和六个分区加热组件11的布局是对齐、一致的。每个电极组件A1/B 1/C1/A2/B2/C2是位于相邻两个发热柱组111的中间位置处，并将相邻两个发热柱组111中每一个发热柱组111的两个发热柱1111连接在一起，同时也将这两个发热柱组111连接在一起。

如图8所示，在每个分区加热组件11中，两个发热柱组111之间还通过导电连接件12进行连接。而且，如图7A和图7B所示，每个加热单元的三个分区加热组件11中，每个发热柱组111连接的是同一个导电连接件12。故，每个加热单元中的三个分区加热组件11还通过导电连接件12连接在一起。

因此，通过每个分区加热组件11内发热柱1111之间的连接设计，以及不同分区加热组件11之间的连接设计，可使得六个电极组件A1～C2和六个分区加热组件11共同构成一环状结构。其中环状结构的轴向与发热柱1111的长度方向平行，环状结构的截面为圆形。从整体上看，电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2及其电极柱A11/B 11/C 11/A21/B21/C21是位于环状结构在轴向上的中间位置处，导电连接件12是位于环状结构在轴向上的相对两端。其中，每个分区加热组件11可以形成并联的两个闭合回路14。可以理解的是，每个分区加热组件11的结构是关于电极组件对称的，对称设计有利于每个分区加热组件11的结构稳定性。

而且，加热单元10a、10b中的三个分区加热组件11均是通过导电连接件12来构成电连接，因此加热单元10a、10b均为星形连接(也可以说Y形连接)。

另外，如图7A和图7B所示，相邻导电连接件12之间还通过绝缘件13进行连接，以增强整个环状结构的稳定性。因此，从整体上看，两个加热单元10a、10b的首端通过绝缘连接件13连接，两个加热单元10a、10b的末端也通过对应的绝缘连接件13连接，使得两个加热单元10a、10b呈环形连接。而且，图7A和图7B中的导电连接件12和绝缘件13是交错分布的。

在本实施例中，发热柱1111、电极组件A1～C2、导电连接件12、绝缘件13的结构和材质，以及发热柱1111与电极组件A1～C2之间的连接方式、电极组件A1～C2与三相电源的接线端之间的连接方式、发热柱1111与导电连接件12之间的连接方式、导电连接件12与绝缘件13之间的连接方式，均与图2A至图3B所示实施例中的相同，具体可参见图2A至图3B所示实施例中的相关描述，在此不再赘述。

基于这样的设计，两个加热单元的电连接示意图可如图9A和图9B所示。其中，电极组件A1所在的分区加热组件11、电极组件B1所在的分区加热组件11、电极组件C1所在的分区加热组件11均通过导电连接件12进行连接，且均由两个闭合回路14并联而成。电极组件A2所在的分区加热组件11、电极组件B2所在的分区加热组件11、电极组件C3所在的分区加热组件11同理。

因此，两个加热单元可进一步构成图10示出的等效电路。如图10所示，加热单元10a、10b各自独立，且均为星形连接。电极组件A1所在的分区加热组件11、电极组件B1所在的分区加热组件11、电极组件C1所在的分区加热组件11形成加热单元10a的三相线路。电极组件A2所在的分区加热组件11、电极组件B2所在的分区加热组件11、电极组件C2所在的分区加热组件11形成加热单元10b的三相线路。导电连接件12形成三相线路的中性点N。

可以理解的是，分区加热组件11通电时，在三相平衡的情况下，流经导电连接件12的三相电流可以相互抵消，即，不存在外溢电流。因此，导电连接件12的电流为0。在这种情况下，主要是发热柱1111起到加热作用，导电连接件12不参与加热。因此，图9B中未画出导电连接件12的等效电阻。假设每个发热柱1111的等效电阻均为R，而图10中单个分区加热组件11相当于是四个发热柱1111并联，因此，单个分区加热组件11的等效电阻等于：R/4。

可以理解的是，在两个实施例元件所用材质相同的情况下，本实施例分区加热组件11的等效电阻小于图2A至图3B所示实施例分区加热组件11的等效电阻。若要使得本实施例分区加热组件11的等效电阻达到图2A至图3B所示实施例分区加热组件11的等效电阻，则本实施例的发热柱1111可以采用电阻率更高的导电材质。例如电阻率最高可达石墨电阻率的103倍的CFC(碳纤维)材质。其中，CFC材质还具有高强度、低密度和低热膨胀系数等优点。因此，在相同工况下，CFC材质的发热柱1111可以比石墨材质的发热柱1111做到更小的尺寸和重量，在高温环境下稳定性也更强。

与图2A至图3B所示实施例相同，在本实施例中，如图7A和图7B所示，六个分区加热组件11是沿着环状结构的周向等分分布。当本实施例加热模块100设于加工设备的炉体内时，在炉体的高度方向上，其中一个加热单元位于另一加热单元的上方。具体可参见图2A至图3B所示实施例中的相关描述，在此不再重复说明。

在本实施例中，加热模块100还包括加强柱15，环状结构在轴向上的相对两端上的导电连接件12之间通过加强柱15进行连接，从而可以进一步加强环状结构的稳定性。而且，连接位置还可以是导电连接件12和绝缘件13的连接处，使得加强柱15在将位于环状结构轴向上的相对两端的导电连接件12进行连接的同时，也将位于环状结构轴向上的相对两端的绝缘件13进行连接，因此结构稳定性的加强效果更佳。其中，加强柱15的材质可以与导电连接件12的材质相同。加强柱15与导电连接件12之间的连接方式可参考发热柱1111与导电连接件12之间的连接方式，此处不再重复。可以理解的是，与本实施例相同或类似，图2A至图3B所示实施例也可以设置加强柱15。

应理解，以上所描述的加热模块100仅为本申请提供的示意性举例，本申请实施例的加热模块100并不限于本申请提及的实现方式。示例的，加热模块100可以包括三个或更多个加热单元，三个或更多个加热单元可以通过绝缘件13连成截面为椭圆形或腰圆形或更多边的规则多边形的环状结构。进一步示例，分区加热组件11的发热柱1111数量还可以少于四个或不止四个。例如，单个分区加热组件11中，同个发热柱组111的两个发热柱1111还可以集成为一个，因此，单个分区加热组件11中的发热柱1111数量为两个，且穿过电极组件A1/B 1/C 1/A2/B2/C2。又例如，单个分区加热组件11中，同个发热柱组111的发热柱1111可以多于两个，发热柱1111两两之间可以通过导电连接件12或电极组件进行连接，当要通电时，可以选取其中一个电极组件的电极柱接电。

请参阅图11，本申请实施例还提供一种加工设备1000。加工设备1000包括炉体200和上述加热模块100。加热模块100的加热单元10a、10b均设于炉体200中，具体可以炉体200炉膛201的中间位置处，加热单元10a、10b用于加热炉体200。

如图11所示，加工设备1000还包括三相电源、温度传感器400、下位机500和上位机600。三相电源位于炉体200外，三相电源的数量与加热单元的数量相同，且与加热单元一一对应。温度传感器400的数量可以是至少两个，加热单元10a、10b周围均设有温度传感器400。下位机500和上位机600均位于炉体200外。为便于描述，图11中以加热单元、三相电源和温度传感器400均有两个为例进行展示。

请一并参阅图12和图13，图12示出了图2A至图3B所示实施例中的加热单元10a、10b与三相电源300a、300b的电连接示意图，图13示出了图7A至图7B所示实施例中的加热单元10a、10b与三相电源300a、300b的电连接示意图。如图12和图13所示，三相电源300a均包括功率调控器301a和三相变压器302a。三相电源300a、300b均包括功率调控器301b和三相变压器302b。

具体地，上位机600连接下位机500，上位机600用于发送控制指令给下位机500，控制指令用于指示炉体200的预设加热温度。

温度传感器400连接下位机500，温度传感器400用于检测炉体200内部(也即炉膛201)的实际温度并发送给下位机500。

下位机500连接功率调控器301a、301b，下位机500用于根据控制信号和加热单元10a的实际温度发送控制信号给功率调控器301a，根据控制信号和温度传感器400检测到的实际温度，发送控制信号给功率调控器301b。控制信号用于控制功率调控器301a、301b进行功率调整。

可理解地，本申请实施例中，由同一上位机600及下位机500控制功率调控器301a、301b。当然，在其他实施例中，功率调控器301a、301b也可以由不同的上位机600及下位机500控制。为更好地体现功率调控器a、b分别独立控制，图12和图13中均示出两个上位机600和两个下位机500。

功率调控器301a与电网2000等交流源的三相线U、V、W电连接，以接入三相交流电。功率调控器301a还与三相变压器302a原边的三相接线端(U1-X1，V1-Y1，W1-Z1)电连接。进而，功率调控器301a用于根据接收到的控制信号对三相交流电进行功率调整，并将功率调整后的三相交流电传输至对应的三相变压器302a。

三相变压器302a副边的三相接线端(A’-x1，B’-y1，C’-z1)与加热单元10a中的电极组件A1、B1、C1的电极柱A11、B11、C11相连接。可理解地，电极柱A11、B 11、C11可以至少部分显露出炉体200外，以方便接电。三相变压器302a用于对功率调整后的三相交流电进行降压，使得三相交流电从高压小电流调整为低压大电流，并将低压大电流的三相交流电传输至电极组件A1、B 1、C1。

电极组件A1、B 1、C1进而将低压大电流的三相交流电一一传输至加热单元10a的三个分区加热组件11，使得三个分区加热组件11通电产热，从而加热炉体200炉膛201。

类似地，功率调控器301b也与电网2000等交流源的三相线U、V、W电连接，以接入三相交流电。功率调控器301b还与三相变压器302b原边的三相接线端(U2-X2，V2-Y2，W2-Z2)电连接。进而，功率调控器301b用于根据接收到的控制信号对三相交流电进行功率调整，并将功率调整后的三相交流电传输至三相变压器302b。

三相变压器302b副边的三相接线端(A”-x2，B”-y2，C”-z2)与加热单元10b中三个电极组件A2、B2、C2的电极柱A21、B21、C21相连接。三相变压器302b用于对功率调整后的三相交流电进行降压，使得三相交流电从高压小电流调整为低压大电流，并将低压大电流的三相交流电传输至电极组件A2、B2、C2。电极组件A2、B2、C2进而将低压大电流的三相交流电一一传输至加热单元10b的三个分区加热组件11，使得三个分区加热组件11通电产热，从而加热炉体200。

因此，通过控制加热单元10a、10b的加热，炉体200的炉膛201温度最终可以调整至预设加热温度。

示例的，当检测到的炉膛201温度高于预设加热温度时，下位机500则通过功率调控器301a和三相变压器302a来减小加热单元10a的电压和电流，以减少加热单元10a的产热量，由此实现炉膛201的降温。当检测到的炉膛201温度低于预设加热温度时，下位机500则通过功率调控器301a和三相变压器302a来增大加热单元10a的电压和电流，以增大加热单元10a的产热量，由此实现炉膛201的升温。当检测到的炉膛201温度达到预设加热温度时，下位机500则通过功率调控器301a和三相变压器302a保持加热单元10a的电压和电流大小不变，以实现炉膛201的保温。进一步示例，当需要调整加热单元10a的其中一个分区加热组件11时，下位机500可以通过功率调控器301a调整提供给该分区加热组件11的一相功率的大小，功率大小一改变，三相变压器302a输出的电压和电流大小也就会随之改变，进而就可以调整分区加热组件11的产热量，由此实现控温。加热单元10b的调控过程同理，故在此不再赘述。

由此可见，本申请实施例的加热单元10a、10b由三相电源300a、300b分别独立供电。并且，加热单元10a、10b中的各分区加热组件11分别独立产热。因此，这样的调控方式控制逻辑清晰。而且，一个三相电源就可以实现一个大温区的控温，三个小温区的控温，调控可以非常方便。并且，控温精度可以精细化到各小温区，控温精度高。

此外，在炉体200高度方向上，若加热单元10b位于加热单元10a上方，则加热单元10b的功率可以小于加热单元10a的功率。即，功率调控器301b提供给三相变压器302b的功率小于功率调控器301a提供给三相变压器302a的功率。

需要说明的是，本申请实施例考虑到当发热柱1111采用电阻率相对较低的石墨材质时，发热柱1111容易在高压高温情况下发生打弧现象，而功率调控器301a、301b实现的又是功率调整功能，因此，本申请实施例在功率调控器和加热模块100之间引入了三相变压器302a、302b，利用三相变压器302a、302b的电压调整功能来将三相交流电的电压调低，由此避免打弧现象发生。由于三相变压器302a、302b改变的是电压，功率保持不变，因此，三相变压器302a、302b在调低电压时，电流可以被调高，如此有利于石墨的产热。

在本申请实施例中，上位机600例如可以是工控机、电脑等电子终端设备，下位机500例如可以是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC)或其他类型的控制器，温度传感器400例如可以是热电偶或其他可用于检测温度的元件。功率调控器301a、301b可以采用三相可控硅电力调整器。与传统的单相电力调整器相比，三相可控硅电力调整器能更为精确地控制电流、电压和功率，优化电能使用效率，实现同时控制多个分区加热组件11的功能。

另外，在本申请实施例中，三相电源300a、300b与电网2000等交流源的三相线U、V、W之间还可以设置断路器700，当电网2000提供的三相交流电过大时，断路器700可以自行断电，以确保加工设备1000的用电安全。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种加热模块，其特征在于，包括两个加热单元，每一所述加热单元均包括三个分区加热组件和至少三个电极组件，三个所述电极组件与三相电源中的三相一一对应连接，每个所述分区加热组件用于在通电时产生热量；其中，

六个所述分区加热组件间隔设置且呈环形排列，每个所述分区加热组件包括两个发热柱组，每一所述发热柱组包括至少两个发热柱；

六个所述电极组件沿着所述分区加热组件的排列方向依次间隔排布，每个所述电极组件的第一端连接于一个所述发热柱组中的两个发热柱之间，每个所述电极组件的第二端连接于相邻的另一个所述发热柱组的两个发热柱之间，使得六个所述电极组件和六个所述分区加热组件共同构成环状结构。

2.如权利要求1所述的加热模块，其特征在于，每一所述加热单元均包括三个电极组件，

每一所述电极组件的第一端所连接的所述发热柱组和第二端所连接的所述发热柱组位于同一所述分区加热组件；

每一所述分区加热组件的两个发热柱组之间通过导电连接件连接；

每一所述加热单元的三个所述分区加热组件之间通过所述导电连接件连接，使得每个所述加热单元均为星形连接。

3.如权利要求2所述的加热模块，其特征在于，所述电极组件和所述导电连接件均为石墨材质，所述分区加热组件为石墨材质或电阻率大于石墨的导电材质。

4.如权利要求1所述的加热模块，其特征在于，每一所述加热单元均包括四个所述电极组件，

每一所述电极组件的第一端所连接的所述发热柱组和第二端所连接的所述发热柱组分别位于不同的所述分区加热组件；

其中，四个所述电极组件中的两个所述电极组件为共用电极组件，两个所述共用电极组件分别位于每一所述加热单元的首端和末端且被两个所述加热单元共用，使得两个所述共用电极组件的第一端所连接的所述发热柱组和第二端所连接的发热柱组分别位于不同的所述加热单元；

两个共用所述电极组件相连接，每个所述分区加热组件中的两个所述发热柱组之间通过导电连接件连接，使得每个所述加热单元均为三角形连接。

5.如权利要求4所述的加热模块，其特征在于，每一所述加热单元的三个所述分区加热组件之间通过绝缘连接件连接。

6.如权利要求4所述的加热模块，其特征在于，所述分区加热组件、所述电极组件和所述导电连接件均为石墨材质。

7.如权利要求2至6中任一项所述的加热模块，其特征在于，两个所述加热单元的首端通过绝缘连接件连接，两个所述加热单元的末端通过另外的绝缘连接件连接，使得两个所述加热单元为环形连接。

8.如权利要求1所述的加热模块，其特征在于，六个所述分区加热组件沿着所述环状结构的周向等分分布。

9.如权利要求1所述的加热模块，其特征在于，每个所述电极组件均设有电极柱，每个所述电极组件通过所述电极柱连接所述三相电源的其中一相接线端，并用于将所述三相电源的其中一相交流电传输给对应一个所述分区加热组件。

10.如权利要求9所述的加热模块，其特征在于，所述电极柱与所述接线端螺纹连接。

11.一种加工设备，其特征在于，包括炉体和如权利要求1至10中任一项所述的加热模块，两个所述加热单元均设于所述炉体中，并用于加热所述炉体。

12.如权利要求11所述的加工设备，其特征在于，所述加工设备还包括两个三相电源，所述三相电源位于所述炉体外，所述三相电源与所述加热单元一一对应且电连接所述加热单元中的三个所述电极组件，两个所述三相电源用于对两个所述加热单元分别独立供电。

13.如权利要求11所述的加工设备，其特征在于，每个所述三相电源包括功率调控器和三相变压器，其中，

所述功率调控器电连接所述三相变压器，所述功率调控器用于对所述三相交流电进行功率调整，并将功率调整后的所述三相交流电传输至对应的所述三相变压器；

所述三相变压器电连接所述加热单元中的三个所述电极组件，所述三相变压器用于对功率调整后的所述三相交流电进行降压，并将降压后的所述三相交流电传输至三个所述电极组件。

14.如权利要求12或13所述的加工设备，其特征在于，在所述炉体的高度方向上，其中一个所述加热单元位于另一所述加热单元的上方，并且，位于上方的所述加热单元的功率小于位于下方的所述加热单元的功率。

15.如权利要求13所述的加工设备，其特征在于，所述加工设备还包括温度传感器、下位机和上位机，所述温度传感器设于所述炉体内，所述下位机和所述上位机设于所述炉体外；

所述温度传感器连接所述下位机，所述温度传感器用于检测所述炉体内部的实际温度并发送给所述下位机；

所述上位机连接所述下位机，所述上位机用于发送控制指令给所述下位机，所述控制指令用于指示所述炉体的预设加热温度；

所述下位机还连接所述功率调控器，所述下位机用于根据所述控制信号和所述炉体内部的实际温度，发送控制信号给所述功率调控器，所述控制信号用于控制所述功率调控器进行功率调整。