CN201607652U - 一种快速回温控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种快速回温控制系统，用于半导体和硅基太阳能电池生产设备，有大口径卧式电阻炉，该电阻炉炉壁设有六个加热用电极，炉内温区为五段，每段温区都装有一只位于电阻炉炉壁上的S型外热电偶和一只装在石英材质内热电偶套管内的S型内热电偶，每段温区的内热电偶和外热电偶对应处于炉体同一横截面，上位机以及内热电偶同主模块的输入端相连，主模块的输出端以及外热电偶同副模块的输入端相连，副模块的输出端连至触发板的输入端，触发板的输出与可控硅的控制极相连，可控硅的另两只电极分别同变压器的副边、加热电极相连。它能使炉内温度能快速稳定，炉内恒温区精度高，控温重复性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种半导体和硅基太阳能电池生产设备中使用的温度控制系统。
背景技术
扩散设备是一种广泛应用于半导体和硅基太阳能电池生产中的设备，其主要作用是在高温条件下将掺杂材料扩散入硅片，从而改变和控制硅片内杂质的类型、浓度和分布，以建立起不同的电特性区域。现有扩散设备的加热器主要是电阻炉，其温度控制系统主要采用单回路控制模式，原理是控制系统对外热电偶检测值和温度设定值进行一次PID运算后将输出信号送入加热执行器进行加热控制。这种温度控制系统结构简单，使用方便，但由于现有扩散工艺要求炉内恒温区加长，工艺片尺寸加大，导致炉管长度增长，口径加大，从而使炉内温度控制趋于困难，特别是炉口处热量损失很大，工艺时该点温度无法达到设定值或需经较长时间才能达到设定值，这使得炉口处工艺片的工艺结果和炉内其它工艺片的结果相差较大；另外由于外热电偶检测点位于炉丝附近，其温度检测值与炉内实际温度相差较大，导致炉内恒温区温度控制精度不高，且稳定性和重复性较差。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的缺陷，设计一种快速回温控制系统，在冷硅片进入炉内导致温度大幅度下降的情况下，使炉内温度，特别是炉口处的温度快速回升至设定值，并能快速稳定，同时使炉内恒温区精度和控温重复性明显提高。
本实用新型的技术方案是，所述快速回温控制系统有大口径卧式电阻炉，该电阻炉炉壁上沿炉体水平长度方向设有六个加热用电极，该六个电极将炉内温区分为五段，其结构特点是，每段温区都装有一只位于电阻炉炉壁上的S型外热电偶和一只装在石英材质内热电偶套管内的S型内热电偶，所述内热电偶套管从炉尾端插入电阻炉内部，每段温区的所述内热电偶和外热电偶对应处于炉体的同一个横截面上，上位机以及内热电偶的信号输出端分别与主模块的输入端相连，主模块的输出端以及外热电偶的信号输出端分别与副模块的输入端相连，副模块的输出端连至触发板的信号输入端，而所述触发板的信号输出端与可控硅的控制极相连，可控硅的另两只电极分别同变压器的副边、加热电极相连。
以下对本实用新型做出进一步说明。
参见图1，本实用新型所述快速回温控制系统有大口径卧式电阻炉8，该电阻炉炉壁上沿炉体水平长度方向设有六个加热用电极7，该六个电极将炉内温区分为五段，其结构特点是，每段温区都装有一只位于电阻炉8炉壁上的S型外热电偶9和一只装在石英材质内热电偶套管10内的S型内热电偶11，所述内热电偶套管10从炉尾端插入电阻炉8内部，每段温区的所述内热电偶和外热电偶对应处于炉体的同一个横截面上，上位机1以及内热电偶11的信号输出端分别与主模块2的输入端相连，主模块2的输出端以及外热电偶9的信号输出端分别与副模块3的输入端相连，副模块3的输出端连至触发板4的信号输入端，而所述触发板4的信号输出端与可控硅6的控制极相连，可控硅6的另两只电极分别同变压器5的副边、加热电极7相连。
本实用新型的上述快速回温控制系统包括温度检测装置、温度控制系统和加热执行机构；温度检测装置由两套S型热电偶组成，分别用于检测炉壁和炉内温度；温度控制系统包括两套专用温度控制模块(即主模块2和副模块3)和上位机，两温度控制模块可进行内环和外环的PID运算和加热信号输出，上位机承担工艺温度曲线控制和指令输出；加热执行机构包括触发板、可控硅、变压器和电阻炉，触发板的作用是加热信号的接收和转化，可控硅控制加热电流的通断，变压器为功率输出器件，电阻炉对产品实施加热。
本实用新型所述系统采用双回路控制模式，上位机输出温度设定值等相关指令给主模块，主模块收到指令后与内热电偶采集到的炉内温度信号进行比对并进行第一次PID运算，运算结果由主模块进行输出并作为副模块的输入，副模块收到主模块的输出信号后与外热电偶采集到的炉内壁温度信号进行比对并进行第二次PID运算，运算结果由副模块进行输出用于控制加热。由于炉内是否达到系统目标温度由内热电偶检测值直接确定，且内热电偶直接安装于炉内能保证检测值与炉内真实温度一致，所以能确保炉内真实温度就是系统目标温度，从而明显提高了炉内恒温区的精度和重复性。
本实用新型在工作时，当冷硅片进入炉内导致温度大幅度下降时，位于炉口处的内热电偶能快速检测到炉内温度下降，并将检测值反馈给主模块，主模块快速响应并将运算结果输出给副模块，副模块结合外热电偶的检测值进行运算，然后将运算结果进行输出用于炉丝加热。当炉口处温度下降幅度很大或炉口处温度较长时间仍未返回到目标温度时，由于炉内温度与目标温度差值很大或始终存有差值，控制系统将持续满量程输出加热信号提高炉丝温度，从而使炉内温度快速提高。由于炉内温区分布均匀，每段温区的炉丝较短，所以每段温区的负载较均匀，惯性较小，这使得炉内温度在快速上升时不容易超调，从而使炉内温度能快速稳定。
由以上可知，本实用新型为一种快速回温控制系统，它可以在原炉内温度为850℃，炉口处温度下降200℃左右的情况下使炉内炉口处的温度在十分钟之内上升至850℃，且炉内温度在二十分钟之内趋于稳定，炉内形成一个长度大于1100mm，精度≤±0.5℃的恒温区，同时，系统控制炉内温度斜变的能力大幅增强，温度控制曲线的重复性大幅提高，工艺片的片间均匀性和批间均匀性指标都大幅提高。
附图说明
图1是本实用新型一种实施例的系统结构示意图；
在图中：
1-上位机， 2-主模块， 3-副模块，
4-触发板， 5-变压器， 6-可控硅，
7-电极， 8-电阻炉， 9-外热电偶，
10-内热电偶套管，11-内热电偶，。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述快速回温控制系统使用大口径的电阻炉8作为加热部件，该电阻炉有五个温区并基本均匀分布，每个温区均有一只S型外热电偶9和一只S型内热电偶11，外热电偶安装在电阻炉8的炉壁上，由垂直炉壁的方向插入炉内，检测点与炉丝内边沿相切，内热电偶安装在内热电偶石英套管10内，套管由炉尾端插入炉内，五只内热电偶和五只外热电偶一一对应且处于同一个横截面上。内热电偶产生的毫伏信号直接接入到主模块2的电压输入端，上位机1则通过通讯电缆与主模块相连，外热电偶产生的毫伏信号直接接入到副模块3的电压输入端，主模块的输出端既可通过内部线路与副模块的输入端串联，又可通过外部电缆进行连接。副模块的输出端与触发板4相连，工作时，副模块输出直流电压信号给触发板4，触发板4接收到信号后将其转化成触发脉冲信号输出给可控硅6用于控制加热电流的通断。
本实用新型中，主模块2、副模块3、触发板4、可控硅6及其它各器件均采用市售产品；其中，主模块2选用日本产型号RKC-REX-F400温度控制模块，副模块3选用日本产型号RKC-REX-F900温度控制模块，触发板4选用国产(如中电集团四十八所产)型号HD66U13芯片。
Claims (2)
1.一种快速回温控制系统，有大口径卧式电阻炉(8)，该电阻炉炉壁上沿炉体水平长度方向设有六个加热用电极(7)，该六个电极将炉内温区分为五段，其特征是，每段温区都装有一只位于电阻炉(8)炉壁上的S型外热电偶(9)和一只装在石英材质内热电偶套管(10)内的S型内热电偶(11)，所述内热电偶套管(10)从炉尾端插入电阻炉(8)内部，每段温区的所述内热电偶和外热电偶对应处于炉体的同一个横截面上，上位机(1)以及内热电偶(11)的信号输出端分别与主模块(2)的输入端相连，主模块(2)的输出端以及外热电偶(9)的信号输出端分别与副模块(3)的输入端相连，副模块(3)的输出端连至触发板(4)的信号输入端，而所述触发板(4)的信号输出端与可控硅(6)的控制极相连，可控硅(6)的另两只电极分别同变压器(5)的副边、加热电极(7)相连。
2.根据权利要求1所述快速回温控制系统，其特征是，所述主模块(2)选用型号RKC-REX-F400温度控制模块，副模块(3)选用型号RKC-REX-F900温度控制模块，触发板(4)选用型号HD66U13芯片。
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|---|---|---|---|---|
| CN102252782A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-11-23 | 上海量值测控仪器科技有限公司 | 卧式热电偶检定炉专用降温加速器 |
| TWI794865B (zh) * | 2020-07-06 | 2023-03-01 | 日商Ｊｆｅ鋼鐵股份有限公司 | 鐵水溫度之控制方法、作業指導方法、高爐之作業方法、鐵水之製造方法、鐵水溫度之控制裝置以及作業指導裝置 |
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2009
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