CN206724512U - 用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置，属于控温设备技术领域，包括外壳以及位于其内的多个温度调节单元，相邻两个温度调节单元之间、以及温度调节单元与外壳之间均设有压缩机排气换热腔；每个温度调节单元均包括中部的载冷剂换热腔及位于其两侧的石蜡蓄热腔；各石蜡蓄热腔的上、下端分别均通过石蜡连通管连通，各载冷剂换热腔的两端均设有载冷剂出液管、进液管接口，各压缩机排气换热腔两端分别均设有压缩机排气进气管、出液管接口。本装置将压缩机排气废热中的热量存储在石蜡中，石蜡在相变的过程中，实现对载冷剂的加热调温，使温控设备更加经济环保节能；可降低半导体企业所配属冷水机的负荷，进一步减少能耗。

Description

用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置

技术领域

本实用新型属于控温设备技术领域，特别涉及一种用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置，更详细地涉及具有利用压缩机排气废热，通过石蜡相变蓄热，对载冷剂进行温度调节的装置。

背景技术

在芯片、晶元、液晶面板、集成电路等半导体产品生产加工过程中，半导体产品生产主工艺设备对加工温度有着很苛刻的要求。主工艺设备在半导体产品加工过程中，需要维持恒定的环境温度，如果配套控温设备温度波动过大就会造成废品和残次品，引起不必要的经济浪费。现在主流的给主工艺设备配套的控温设备温控能力可以达到空载状态下温度波动不超过±0.05℃，带载状态下不超过±0.5℃。目前常用的控温方式为间接制冷系统，是利用控温设备的制冷系统冷却载冷剂，再经过电加热器进行温度调节，持续不断地向主工艺设备端供应恒温载冷剂，通过载冷剂与主工艺设备热交换腔进行热量交换，维持半导体主工艺设备的恒温状态。

目前半导体行业为主工艺设备进行控温的设备，主要采用上述控温方式。该控温方式所用控温设备的结构及原理如图1，此类设备的控温工作方式包括制冷控制工作方式及载冷剂控制工作方式，其中：

制冷控制工作方式时，该设备由压缩机1、冷凝器2、电子膨胀阀3、蒸发器4、冷凝器进水管8、冷凝器出水管9、压缩机排气管10、冷凝器出液管11、蒸发器进液管12、压缩机回气管13等部件组成。工作原理叙述如下：压缩机1在电机驱动下通过做功将低温低压的制冷剂蒸汽转化为高温高压的制冷剂气体，压缩机1高温高压排气通过压缩机排气管10进入冷凝器2内，厂务水经由冷凝器进水管8进入冷凝器2内对压缩机1排气进行冷凝换热，吸收排气废热后厂务水由冷凝器出水管9输送至厂务水冷水机进行冷却循环；冷凝器2将高压高温蒸汽冷凝为高温高压的液体制冷剂，经由冷凝器出液管11进入电子膨胀阀3进行节流降温降压；经过节流降温降压后的低温制冷剂液体经由蒸发器进液管12进入蒸发器4内，并通过吸收载冷剂的热量蒸发为饱和制冷剂蒸汽；制冷剂低温低压饱和蒸汽经由压缩机回气管13回到压缩机1进行做功，进而再进入下一个制冷循环。

载冷剂控制工作方式时，该设备由蒸发器4、溶液泵5、电加热器6、主工艺设备端7、载冷剂出液管14、载冷剂回液管15等部件组成。工作原理叙述如下：载冷剂经过主工艺设备端7进行热交换后，经由载冷剂回液管15输送至蒸发器4内进行降温冷却，经冷却的载冷剂经由载冷剂出液管14进入溶液泵5进行循环泵送；经冷却的载冷剂低于主工艺设备端7的要求温度，需经过电加热器6进行温度调节，满足要求后送入主工艺设备端7进行换热，从而完成一个完整的换热循环。

上述半导体产品生产主工艺设备所配属的控温设备主要存在以下问题：

1、该控温设备主要通过电子膨胀阀3的开度来调节通过蒸发器4内制冷剂的多少，从而冷却载冷剂所带来的热量，该载冷剂经蒸发器4降温后一般要低于半导体产品生产主工艺设备要求的工作温度，因此需要通过电加热器6对过冷的载冷剂再进行加热调温，一方面压缩机1由于需将载冷剂带来的热量降下去因而需多耗费一定量的电能，另一方面使用电加热器6进行热量平衡又将耗费大量的电能，导致所配属设备电功率增大，电流也较大，电器选型及电缆均为相应增大，加之平时高昂的运行成本，对半导体生产企业来说无疑是一种巨大负担。

2、冷凝器2所需的厂务水均是半导体生产企业配属专用的冷水机对压缩机排气所产生的废热进行冷凝，经冷凝后的厂务水带走的热量需要耗费一定量的电能，也是一种能量浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对半导体产品主工艺设备所配属的温控设备配备电加热器耗能大和厂务水冷水机能耗两方面问题，提出一种石蜡相变蓄热温度调节装置。一方面利用压缩机排气的废热通过石蜡相变蓄热温度调节装置来代替常规配置的电加热器，对载冷剂进行温度调节，另一方面因一部分压缩机排气无需经过冷凝器进行冷凝，所以减少了厂务水所需带走的热量，进而降低了半导体企业冷水机的耗电，从而起到节能的作用，大幅减低半导体企业的运行成本。

本实用新型提出的一种用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置，其特征在于，包括外壳以及位于该外壳内的多个温度调节单元，相邻两个温度调节单元之间、以及温度调节单元与外壳之间均设有压缩机排气换热腔；每个温度调节单元均包括中部的载冷剂换热腔及位于该载冷剂换热腔两侧的石蜡蓄热腔；各石蜡蓄热腔的上、下端分别均通过石蜡连通管连通，各载冷剂换热腔的一端分别均设有载冷剂出液管接口、另一端分别均设有载冷剂进液管接口，各压缩机排气换热腔一端分别均设有压缩机排气进气管接口、另一端分别均设有压缩机排气出液管接口。

本实用新型的特点及有益效果：

1、石蜡相变蓄热温度调节装置中利用石蜡相变特性蓄热，可以避免半导体工艺控温设备采用压缩机排气直接换热导致温升过大而难以实现控温的弊端，可以实现温度平衡，稳定控温；

2、石蜡相变蓄热温度调节装置利用压缩机排气废热，不需要多耗费额外电能，节能环保，而且可以减少通过冷凝器带走的热量，减少半导体企业厂务水冷水机的能耗；

3、石蜡相变蓄热温度调节装置压缩机排气流向和载冷剂流向为逆向流动，可以和石蜡充分换热，换热效率高，热量稳定；

4、石蜡相变蓄热温度调节装置内部结构可充分考虑液化石蜡流动的热稳定性和相变余积，安全可靠。

附图说明

图1为已有控温设备的结构及控温方式的原理示意图。

图2为本实用新型石蜡相变蓄热温度调节装置的结构示意图。

图3为采用本实用新型石蜡相变蓄热温度调节装置的控温设备的结构及控温方式的原理示意图。

具体实施方式

本实用新型提出的一种用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置结合附图及具体实施例进一步说明如下：

本实用新型提出的一种用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置16，是利用石蜡的相变特性，液化吸热，凝固放热，利用相变潜热来蓄热，代替如图1所示已有控温设备中的电加热器使用，本实用新型的结构示意如图2所示，该温度调节器包括外壳25以及位于该外壳内的多个温度调节单元；相邻两个温度调节单元之间、以及温度调节单元与外壳之间均设有压缩机排气换热腔22；每个温度调节单元均包括中部的载冷剂换热腔24及位于该载冷剂换热腔两侧的石蜡蓄热腔23，载冷剂换热腔24、石蜡蓄热腔23及压缩机排气换热腔22内分别填充有载冷剂、石蜡和压缩机排气；各石蜡蓄热腔23的上、下端分别均通过石蜡连通管26连通，各载冷剂换热腔24的一端分别均设有载冷剂出液管18接口、另一端分别均设有载冷剂进液管17接口，各压缩机排气换热腔22一端分别均设有压缩机排气进气管19接口、另一端分别均设有压缩机排气出液管20接口；外壳和各换热腔的腔壁均采用优良导热材料制成,导热系数高达237W/(m·K)。

所述单个温控调节单元的换热面积分别有0.014m²、0.020m²、0.026m²、0.050m²、0.095m²多种可供选择，根据不同换热面积需要，确定所需要温控调节单元数量。

应用本实用新型石蜡相变蓄热温度调节装置16构成的温控设备结构示意如图3所示，该控温设备的控温工作方式同样包括制冷控制工作方式及载冷剂控制工作方式，与图1所示控温设备不同的是：

制冷控制工作方式时，在冷凝器2的进、出口端分别增加压缩机排气进气管19和压缩机排气出液管20；石蜡相变蓄热温度调节装置16中的各压缩机排气换热腔22一端均通过压缩机排气进气管接口与压缩机排气进气管19连通、另一端均通过压缩机排气出液管接口与压缩机排气出液管20连通，在压缩机排气进气管19上设有电磁阀21；

载冷剂控制工作方式时，石蜡相变蓄热温度调节装置16中各载冷剂换热腔的载冷剂出液管接口均通过载冷剂出液管18与主工艺设备端7的进口端相连、载冷剂进液管接口均通过载冷剂进液管17与溶液泵5一端相连。

采用本实用新型构成控温设备的制冷控制工作方式和载冷剂控制工作方式的工作原理与图1所示控温设备大体相似，不同点在于：本实用新型利用压缩机的排气对载冷剂进行加热调温，代替原来的电加热器；分流了一部分压缩机排气不经过冷凝器，从而减少了半导体企业所配属冷水机的工作负荷；两方面均减少了耗电，节约了运行成本。具体控制原理叙述如下：

压缩机1在电机驱动下通过做功将低温低压的制冷剂蒸汽转化为高温高压的制冷剂气体，压缩机高温高压排气通过压缩机排气管10分为两个支路，一个支路进入冷凝器2内，另一个支路经由与石蜡相变蓄热温度调节装置相连的压缩机排气进气管19，通过电磁阀21控制进气流量后进入石蜡相变蓄热温度调节装置16的压缩机排气换热腔22内，并与相邻石蜡蓄热腔23内的石蜡进行热量交换，热量通过石蜡相变特性进行存储，制冷剂排气被冷凝成高温高压的液体，经由与石蜡相变蓄热温度调节装置相连的压缩机排气出液管20与来自冷凝器2的液体一起经由冷凝器出液管11输送至电子膨胀阀3进行节流降温降压。

经蒸发器4冷却后的载冷剂经由载冷剂出液管14进入溶液泵5进行泵送，载冷剂再经由与石蜡相变蓄热温度调节装置相连的载冷剂进液管17进入石蜡相变蓄热温度调节装置的载冷剂换热腔24内与石蜡相变蓄热温度调节装置中石蜡蓄热腔23内的石蜡进行热量交换，载冷剂被加热成所需要的温度后，经由与石蜡相变蓄热温度调节装置相连的载冷剂出液管18输送至主工艺设备端7循环。

通过石蜡相变蓄热温度调节装置中载冷剂出液管接口的温度反馈来调节控制电磁阀21开启关闭时间长度(温度越高，开启时间越短，温度越低，开始时间越长)，从而控制进入石蜡相变蓄热温度调节装置16内的高温高压排气量，以此维持石蜡相变蓄热温度调节装置内热量的平衡。

设置在石蜡相变蓄热温度调节装置各石蜡储热腔端部的石蜡连通管26用于液化石蜡的流动，保持石蜡的温度平衡和相变体积余积。

本实用新型的关键点在于利用压缩机排气废热，通过石蜡相变蓄热温度调节装置，将压缩机排气废热中的热量存储在石蜡中，石蜡在相变的过程中，实现对载冷剂的加热调温，代替了原来能耗高、电流大、存在火灾隐患的电加热器，使温控设备更加经济环保节能；同时通过分流压缩机排气，减少了经过冷凝器的压缩机排气废热，可以降低半导体企业所配属冷水机的负荷，从而减少能耗；这两个方面均能有效地降低能耗，减少日常运行成本，而且安全可靠环保。

Claims (1)

1.一种用于半导体工艺控温设备的石蜡相变蓄热温度调节装置，其特征在于，包括外壳(25)以及位于该外壳内的多个温度调节单元，相邻两个温度调节单元之间、以及温度调节单元与外壳之间均设有压缩机排气换热腔(22)；每个温度调节单元均包括中部的载冷剂换热腔(24)及位于该载冷剂换热腔两侧的石蜡蓄热腔(23)；各石蜡蓄热腔(23)的上、下端分别均通过石蜡连通管(26)连通，各载冷剂换热腔(24)的一端分别均设有载冷剂出液管接口、另一端分别均设有载冷剂进液管接口，各压缩机排气换热腔(22)一端分别均设有压缩机排气进气管接口、另一端分别均设有压缩机排气出液管接口。