CN206751976U - 一种扩散炉智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种扩散炉智能控制系统，涉及扩散炉技术领域。包括：扩散炉，PLC控制器，人机界面，温控仪以及驱动板，所述PLC控制器与所述人机界面相连并进行数据交换，所述温控仪与所述PLC控制器相连并进行数据交换，所述温控仪具有输出端与输入端，所述温控仪的输入端与所述扩散炉相连，所述温控仪的输出端与所述驱动板相连，所述驱动板与所述扩散炉内设的功率元件相连。本实用新型的温控仪通过数据通信接口与PLC控制器连接以进行实时的数据交换，在PLC控制器的控制下实现温度的精准控制。同时，本实用新型的温控仪，由于电流信号的传输损耗极小，有效地消除了导线传输模拟信号的衰减，故能精确地实现稳定的温度控制。

Description

一种扩散炉智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及扩散炉技术领域，尤其涉及一种扩散炉智能控制系统。

背景技术

扩散炉是满足半导体器件、电力电子器件、大功率集成电路器件等行业，对所加工硅片进行扩散、氧化、退火、合金等高温工艺实施加工的设备。

在扩散炉内进行高温加工的产品，要求扩散炉内各个区域的温度变化尽量保持一致变化，恒温区温度1-2℃的波动都会引起产品较大的差异，不能满足生产工艺要求。因此对扩散炉温度的要求精度比较高。此外，现有技术中的扩散炉对于各气路控制的流量也存在控制偏差，同样不符合生产工艺要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种扩散炉智能控制系统，以实现精确稳定的温度控制和流量控制。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

本实用新型提供了一种扩散炉智能控制系统，包括：扩散炉，PLC控制器，人机界面，温控仪以及驱动板，所述PLC控制器与所述人机界面相连并进行数据交换，所述温控仪与所述PLC控制器相连并进行数据交换，所述温控仪具有输出端与输入端，所述温控仪的输入端与所述扩散炉相连，所述温控仪的输出端与所述驱动板相连，所述驱动板与所述扩散炉内设的功率元件相连。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

可选地，还包括多个与所述PLC控制器相连的气路控制部分，每一所述气路控制部分包括相互串联的质量流量计和电磁阀，每一所述气路控制部分设置于气体源与所述扩散炉之间。

可选地，所述质量流量计和所述电磁阀分别与所述PLC控制器相连。

可选地，多个所述气路控制部分包括氮气气路控制部分、氢气气路控制部分和氧气气路控制部分。

可选地，所述氧气气路控制部分包括大流量氧气气路控制部分和小流量氧气气路控制部分。

可选地，所述氮气气路控制部分包括第一质量流量计和第一电磁阀，所述小流量氧气气路控制部分包括第二质量流量计和第二电磁阀，所述氢气气路控制部分包括第三质量流量计和第三电磁阀，所述大流量氧气气路控制部分包括第四质量流量计和第四电磁阀。

可选地，所述第二质量流量计的量程为2L/min，所述第一质量流量计、第三质量流量计和第四质量流量计的量程均为10L/min。

可选地，还包括输入扩展模块和输出扩展模块，所述PLC控制器与所述输入扩展模块相连，所述输入扩展模块与所述输出扩展模块相连，所述输入扩展模块与所述输出扩展模块分别与所述第三质量流量计相连，所述第三电磁阀与所述PLC控制器相连，所述输入扩展模块与所述输出扩展模块分别与所述第四质量流量计相连，所述第四电磁阀与所述PLC控制器相连。

可选地，所述第一质量流量计与所述第二质量流量计分别与所述PLC控制器相连，所述第一电磁阀与所述第二电磁阀分别与所述PLC控制器相连。

可选地，所述扩散炉具有三个温区，所述温控仪的数量为三个，每一温控仪对应所述扩散炉的每一温区分别与之相连。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的温控仪通过数据通信接口与PLC控制器连接以进行实时的数据交换，在PLC控制器的控制下实现温度的精准控制。同时，本实用新型的温控仪，由于电流信号的传输损耗极小，有效地消除了导线传输模拟信号的衰减，故能精确地实现稳定的温度控制。

附图说明

图1是本实用新型的扩散炉智能控制系统的结构示意图。

附图说明：

PLC控制器-1；人机界面-2；扩散炉-3；温控仪-4；驱动板-5；第一质量流量计-61；第二质量流量计-62；第三质量流量计-63；第四质量流量计-64；第一电磁阀-71；第二电磁阀-72；第三电磁阀-73；第四电磁阀-74；输入扩展模块-8；输出扩展模块-9。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

图1是本实用新型的扩散炉智能控制系统的结构示意图。参见图1，本实用新型实施例提供了一种扩散炉智能控制系统，包括：扩散炉3，PLC控制器1，人机界面2，温控仪4以及驱动板5，所述PLC控制器1与所述人机界面2相连并进行数据交换，所述温控仪4与所述PLC控制器1相连并进行数据交换，所述温控仪4具有输出端与输入端，所述温控仪4的输入端与所述扩散炉3相连，所述温控仪4的输出端与所述驱动板5相连，所述驱动板5与所述扩散炉3内设的功率元件相连。

本实用新型的温控仪4通过数字通讯接口与PLC控制器1连接以进行实时的数据交换，在PLC控制器1的控制下实现温度的精准控制。同时，本实用新型的温控仪4，由于电流信号的传输损耗极小，有效地消除了导线传输模拟信号的衰减，故能精确地实现稳定的温度控制。

本实用新型的PLC控制器1，作为整个系统的智能控制核心单元，负责系统的工艺运行控制，温度检测，故障检测，超温报警，温控仪4参数设定，各个气路控制部分的质量流量计控制，气路故障检测，工艺要求的各种的连锁控制，实时报警等。

本实用新型中的扩散炉3，作为系统的工作部件，在控制系统的控制之下，按照设定的工艺曲线实现加工工艺流程。扩散炉3内设有功率元件，功率元件为加热控制不佳，在PLC控制器1与温控仪4的控制之下负责调整其对扩散炉3加热的输出功率。

本实用新型的人机界面2，作为人机对话的窗口，用于输入与显示温控曲线、气路设定、实时显示炉体的实际温度、炉体各相关设备的实际状态、实时报警信息、设定与修改各工艺控制参数、系统测温传感器偏差的修正与补偿等，用户可以直接在人机界面2上完成查看、设定与操作以上内容。该人机界面2具有较高的温度控制精度以及温度稳定的优点，还具有较高的进入炉体内的各种气体流量的控制精度和稳定性，相对于现有技术中的扩散炉控制系统，有较大幅度提高，控制功能多样且操作方便，炉体的温度、气路状态显示明确清晰。

本实用新型的温控仪4采用具有智能PID算法的温度控制仪表,经过数字通讯接口与控制核心PLC控制器1进行实时数据交换，在PLC控制器1的控制下可以输出4-20mA的电流信号，从而驱动驱动板5，由于电流信号的传输损耗极小，有效地消除了导线传输模拟信号的衰减，故能精确地实现稳定的温度控制。

参见图1，还包括多个与所述PLC控制器1相连的气路控制部分，每一所述气路控制部分包括相互串联的质量流量计和电磁阀，每一所述气路控制部分设置于气体源与所述扩散炉3之间。

对于各个气路控制部分，现有技术中的质量流量计，接收的是0－5V的控制电压信号，反馈信号也是0－5V的电压信号，电压信号在传输过程中由于导线有一定的阻值，进而在导线上存在一定的压降，压降在传输过程中会产生损耗。本实用新型的质量流量计采用具有RS485端口能进行数字通讯的CS200型质量流量计，该质量流量计为数字型产品，为非电压传输信号，为气体质量流量的控制提供了高准确度及高可靠性。PLC控制器1通过自由口通讯与质量流量计进行数据交换，不产生任何的传输损耗，因而具有控制精确，稳定。

参见图1，所述质量流量计和所述电磁阀分别与所述PLC控制器1相连。

参见图1，多个所述气路控制部分包括氮气气路控制部分、氢气气路控制部分和氧气气路控制部分。其中，所述氧气气路控制部分包括大流量氧气气路控制部分和小流量氧气气路控制部分。

参见图1，所述氮气气路控制部分包括第一质量流量计61和第一电磁阀71，所述小流量氧气气路控制部分包括第二质量流量计62和第二电磁阀72，所述氢气气路控制部分包括第三质量流量计63和第三电磁阀73，所述大流量氧气气路控制部分包括第四质量流量计64和第四电磁阀74。

其中，所述第二质量流量计62的量程为2L/min，所述第一质量流量计61、第三质量流量计63和第四质量流量计64的量程均为10L/min。

参见图1，还包括输入扩展模块8和输出扩展模块9，所述PLC控制器1与所述输入扩展模块8相连，所述输入扩展模块8与所述输出扩展模块9相连，所述输入扩展模块8与所述输出扩展模块9分别与所述第三质量流量计63相连，所述第三电磁阀73与所述PLC控制器1相连，所述输入扩展模块8与所述输出扩展模块9分别与所述第四质量流量计64相连，所述第四电磁阀74与所述PLC控制器1相连。

参见图1，所述第一质量流量计61与所述第二质量流量计62分别与所述PLC控制器1相连，所述第一电磁阀71与所述第二电磁阀72分别与所述PLC控制器1相连。

由于PLC控制器1的容量有限，因此，通过串接扩展模块增加对大流量氧气气路控制部分和氢气气路控制部分的控制，而小流量氧气气路控制部分和氮气气路控制部分由PLC控制器1进行控制。其中，所述输入扩展模块8为模拟量输入模块EM231，所述输出控制模块为模拟量输出模块EM232。

第三质量流量计63及第四质量流量计64以及第一电磁阀71、第二电磁阀72、第三电磁阀73、第四电磁阀74在PLC控制器1的控制之下实现气路的控制与检测，第一质量流量计61和第二质量流量计62通过通过RS485接口与PLC控制器1进行自由口的通讯以实现控制。

通过PLC控制器1的模拟量控制，可以对第三流量计和第四流量计的流量进行设定，对气路进行实时检测反馈；通过PLC控制器1的自由口通讯实现第一质量流量计61和第二质量流量计62的设定以及对气路的实时检测反馈。用户可以通过人机界面2上的触摸屏设定流量大小、并查看实际流量状态，系统通过反馈值与设定值来判断气路流量偏差，并提供声音报警，同时完成气路与气路、气路与温度等之间的连锁要求。

参见图1，所述扩散炉3具有三个温区，所述温控仪4的数量为三个，每一温控仪4对应所述扩散炉3的每一温区分别与之相连。

本实用新型的人机对话界面还可以实时的显示扩散炉3的炉温状态以及进入扩散炉3的所用气体的流量状态，其中，包括第一质量流量计61、第二质量流量计62、第三质量流量计63和第四质量流量计64的流量，并通过屏幕操作设备设定参数以及各类提示信息。

本实用新型的扩散炉智能控制系统具有手动控制和自动运行功能，实现升温、恒温、降温的智能程序控制，具有人工智能调节功能、故障自动检测报警、PID参数自整定、偏移量修正(多点修正)等诸多功能，完成能够满足半导体制造业扩散工艺的要求。

经过实验检测，本实用新型的扩散炉智能控制系统有效减少了温度波动的范围，制品的均匀性得到了极大的改善。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扩散炉智能控制系统，其特征在于，包括：扩散炉，PLC控制器，人机界面，温控仪以及驱动板，所述PLC控制器与所述人机界面相连并进行数据交换，所述温控仪与所述PLC控制器相连并进行数据交换，所述温控仪具有输出端与输入端，所述温控仪的输入端与所述扩散炉相连，所述温控仪的输出端与所述驱动板相连，所述驱动板与所述扩散炉内设的功率元件相连。

2.根据权利要求1所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，还包括多个与所述PLC控制器相连的气路控制部分，每一所述气路控制部分包括相互串联的质量流量计和电磁阀，每一所述气路控制部分设置于气体源与所述扩散炉之间。

3.根据权利要求2所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，所述质量流量计和所述电磁阀分别与所述PLC控制器相连。

4.根据权利要求3所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，多个所述气路控制部分包括氮气气路控制部分、氢气气路控制部分和氧气气路控制部分。

5.根据权利要求4所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，所述氧气气路控制部分包括大流量氧气气路控制部分和小流量氧气气路控制部分。

6.根据权利要求5所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，所述氮气气路控制部分包括第一质量流量计和第一电磁阀，所述小流量氧气气路控制部分包括第二质量流量计和第二电磁阀，所述氢气气路控制部分包括第三质量流量计和第三电磁阀，所述大流量氧气气路控制部分包括第四质量流量计和第四电磁阀。

7.根据权利要求6所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，所述第二质量流量计的量程为2L/min，所述第一质量流量计、第三质量流量计和第四质量流量计的量程均为10L/min。

8.根据权利要求7所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，还包括输入扩展模块和输出扩展模块，所述PLC控制器与所述输入扩展模块相连，所述输入扩展模块与所述输出扩展模块相连，所述输入扩展模块与所述输出扩展模块分别与所述第三质量流量计相连，所述第三电磁阀与所述PLC控制器相连，所述输入扩展模块与所述输出扩展模块分别与所述第四质量流量计相连，所述第四电磁阀与所述PLC控制器相连。

9.根据权利要求8所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，所述第一质量流量计与所述第二质量流量计分别与所述PLC控制器相连，所述第一电磁阀与所述第二电磁阀分别与所述PLC控制器相连。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的扩散炉智能控制系统，其特征在于，所述扩散炉具有三个温区，所述温控仪的数量为三个，每一温控仪对应所述扩散炉的每一温区分别与之相连。