CN210272274U

CN210272274U - 机台冷却水调节装置

Info

Publication number: CN210272274U
Application number: CN201921401650.1U
Authority: CN
Inventors: 曹靖波; 俞玮; 何春雷
Original assignee: Shanghai Huali Integrated Circuit Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huali Integrated Circuit Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2029-08-22

Abstract

本实用新型提供一种机台冷却水调节装置，包含：一管路，用以流动所述冷却水，所述冷却水具有一水流方向；一流量侦测器，用以侦测管路中冷却水的流量；一调节控制器，所述调节控制器与所述流量侦测器连接；一流量调节阀，所述流量调节阀安装在所述管路中，所述流量调节阀位于所述流量侦测器的水流方向的上游，所述流量调节阀与所述调节控制器连接。据此，能够实现对冷却水流量的实时侦测，并且根据侦测结果通过调节控制器内部电路连接后输出一执行信号，所述执行信号将驱动流量调节阀运动，从而调节管路中的冷却水流量。进而，减少了操作人员的介入，提高机台冷却水流量控制的机电化程度，使得管路中的水流量稳定在设定范围内。

Description

机台冷却水调节装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造设备领域，特别涉及一种机台冷却水调节装置。

背景技术

在半导体器件的制造过程的部分工艺中，机台的反应腔体内的设定温度从600℃至1050℃。冷却水通过管道流至机台反应腔附近，通过水循环能够带走部分多余热量，水的比热容较大能够稳定温度。机台的冷却水配合加热腔共同保持反应腔体内的温度稳定，因此，机台冷却水需要在极小的范围内波动，流体的主要参数包括压力和流量等。参阅图1所示，流量显示装置内显示了各个冷却水流量的设定范围，要求的流量在2.5±0.5 L/min、2.5±0.5 L/min、3.5±0.5 L/min、2.5±0.5 L/min、7.0±1.0 L/min范围内。

现有技术中，参阅图1所示，该流量显示装置会将监控水管内的流量显示出来。参阅图2所示，控制水管内流量有一排手动阀，分别对应各个管路标记，也具有调大调小标记。操作人员巡回检查该台机的冷却水的流量是否在设定的范围内，如果超出设定的范围则手动旋转对应的旋钮，调大或调小水管内的流量。

现有技术采用显示流量、告知流量范围、手动阀调节的方式来控制水管内冷却水的流量在预先设定的范围内。现有技术的机台冷却水调节装置存在以下缺陷：

1. 需要操作人员进行人为判断流量是否过大或过小或在合理范围内，以及据此作出是否需要手动旋钮，并且由于其观测到的流量具有一定的滞后性，人为因素加大加工设备的不稳定性，也给操作人员造成一定的困扰。

2. 机台的冷却水流量需要人为地机台端调节，往往不能及时察觉到机台冷却水流量的变化并进行调整。在某些极端条件下（操作人员疏忽监控冷却水流量），水流量可能降低超过机台警戒点，会导致反应腔体的温度超过设定的温度值，导致工艺程式异常终止，最终造成产品的报废。

实用新型内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提供一种机台冷却水调节装置，其目的在于减少机台冷却水调节中操作人员的介入，减轻其监控的负担，并降低人为因素给机台冷却水流量监控带来的不良影响，使得机台冷却水流量稳定在设定范围内。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种机台冷却水调节装置，包括：

一管路，用以流动所述冷却水，所述冷却水具有一水流方向；

一流量侦测器，用以侦测管路中冷却水的流量；

一调节控制器，所述调节控制器与所述流量侦测器连接；

一流量调节阀，所述流量调节阀安装在所述管路中，所述流量调节阀位于所述流量侦测器的水流方向的上游，所述流量调节阀与所述调节控制器连接。

优选地，所述机台冷却水调节装置还包括：一压力调节阀，所述压力调节阀安装在所述管路中，所述压力调节阀位于所述流量调节阀的水流方向的上游。

优选地，所述流量侦测器包含一容积式流量计、或差压流量计、或浮子流量计、或涡轮流量计、或电磁流量计、或涡街流量计、或超声流量计、或质量流量计、或插入式流量计。

优选地，所述流量侦测器输出一测得电压值，所述测得电压值与所述流量相关。

优选地，所述调节控制器包含一比例积分微分控制器，所述比例积分微分控制器有一设定电压值，所述测得电压值作为反馈与所述设定电压值比较得到电压差值，所述电压差值输入至所述比例积分微分控制器中的比例积分微分控制电路中，输出一执行电压值，所述执行电压值连接所述流量调节阀。

优选地，所述流量调节阀包含一蝶形阀。

优选地，所述蝶形阀包含一阀腔、一阀板、一转轴、一连杆、一流体缸、一电磁阀，所述转轴包含一轴头，所述转轴与所述阀板相连，所述轴头位于阀腔外部，所述轴头与所述连杆相连，所述流体缸与所述连杆相连，所述电磁阀与所述调节控制器连接。

优选地，所述流量侦测器输出一测得电压值，所述测得电压值与所述流量相关；

所述调节控制器有一设定电压值，所述测得电压值与所述设定电压值的差值为一电压差值，所述电压差值输入至所述调节控制器输出一执行电压值；

所述电磁阀具有一静止位、一第一通路位、一第二通路位，所述电磁阀包含一进油口、一卸油口、一第一控制口、一第二控制口，所述流体缸包含一第一油口和一第二油口，所述第一控制口和第一油口相连，所述第二控制口和第二油口相连；

在所述第一通路位，所述第一控制口与所述进油口连接，所述第二控制口与所述卸油口相连；

在所述第二通路位，所述第一控制口与所述卸油口连接，所述第二控制口与所述进油口相连；

所述执行电压值连接所述电磁阀，驱动电磁阀在所述静止位、第一通路位、第二通路位之间运动。

优选地，所述蝶形阀包含一阀腔、一阀板、一转轴、一电机，所述转轴包含一轴头，所述转轴与所述阀板相连，所述轴头位于阀腔外部，所述轴头与所述电机相连，所述电机与所述调节控制器连接。

优选地，所述电机为一步进电机。

所述执行电压值连接所述步进电机，所述步进电机在一方向上转过一角度。

优选地，所述执行电压值连接一脉冲生成器，所述脉冲生成器生成一正负脉冲，所述正负脉冲驱动所述步进电机。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种机台冷却水调节装置，包含：一管路，用以流动所述冷却水，所述冷却水具有一水流方向；一流量侦测器，用以侦测管路中冷却水的流量；一调节控制器，所述调节控制器与所述流量侦测器连接；一流量调节阀，所述流量调节阀安装在所述管路中，所述流量调节阀位于所述流量侦测器的水流方向的上游，所述流量调节阀与所述调节控制器连接。据此，能够实现对冷却水流量的实时侦测，并且根据侦测结果通过调节控制器内部电路连接后输出一执行信号，所述执行信号将驱动流量调节阀运动，从而调节管路中的冷却水流量。进而，减少了操作人员的介入，提高机台冷却水流量控制的机电化程度，使得管路中的水流量稳定在设定范围内。

附图说明

图1为现有技术机台冷却水流量的显示界面示意图。

图2为现有技术机台冷却水流量控制的手动排阀。

图3为本实用新型的机台冷却水调节装置的连接示意图。

图4为本实用新型的机台冷却水调节装置的PID控制器的电连接示意图。

图5为本实用新型的机台冷却水调节装置的PID电路一实施例。

附图标记说明。

管路1

冷却水2

水流方向21

流量侦测器3

调节控制器4

比例积分微分控制电路41

设定电压值411

测得电压值412

电压差值413

执行电压值414

流量调节阀5

压力调节阀6。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

参阅图3所示，本实用新型提供了一种机台冷却水调节装置，包括：一管路1，用以流动所述冷却水2，所述冷却水2具有一水流方向21。所述冷却水2能够流动到机台的反应腔室处，能够和反应腔室进行热交换，维持反应腔体的温度稳定。一流量侦测器3，用以侦测管路1中冷却水2的流量。一调节控制器4，所述调节控制器4与所述流量侦测器3连接。通常，流量侦测器3为一传感器，能够将测得的冷却水2的流量对应一值，通常为一电参数值，比如电压值，该流量值作为一输入信号与调节控制器4连接，比如电线连接，调节控制器4自身电路能够输出一控制参数。一流量调节阀5，所述流量调节阀5安装在所述管路2中，所述流量调节阀5位于所述流量侦测器3的水流方向的上游，所述流量调节阀5与所述调节控制器4连接。调节控制器4自身电路输出的所述控制参数，连接至流量调节阀5，驱动流量调节阀5运动，从而能够改变管路中的冷却水2的流量，所述流量侦测器3位于所述流量调节阀5的下游，则所述流量侦测器3所监测的冷却水2的流量是改变后的流量，也是实际流动至机台反应腔室处的冷却水的流量，从而实现了检测反馈执行的闭环控制电路。

参阅图3所示，所述机台冷却水调节装置还包括：一压力调节阀，所述压力调节阀安装在所述管路中，所述压力调节阀位于所述流量调节阀的水流方向的上游。据此，可以对所述管路中流动的冷却水进行压力调节，一般可以用手动压力调节阀设定一工作压力，结合压力安全阀将整个管路中的压力稳定在所述工作压力以内，或者可以在根据压力变化进行压力实时调节。

前述实施例为每一个冷却水支路的一单独回路，例如图1和图2现有实施例中，可以用五条上述单独回路来实现对五个机台的冷却水循环的控制。

冷却水的流量监测可以使用流量传感器进行，流量传感器能够将管路内的流量转换为电信号输出，通常我们可以转化为电压信号。通常，可以选择以下流量传感器作为管路内冷却水的流量侦测仪器，如容积式流量计、或差压流量计、或浮子流量计、或涡轮流量计、或电磁流量计、或涡街流量计、或超声流量计、或质量流量计、或插入式流量计。例如，涡轮流量计，是将一叶轮安装在流体中，流体推动叶轮旋转，切割检测系统的磁力线，在线圈两端产生脉冲电流，脉冲频率与流体流量成正比。

通过电流电压转换电路、数模转换电路等可以将其他电信号转化为电压信号。为了适用调节控制器的比例积分微分电路（PID电路），可以将所述流量侦测器3传感器直接输出的一电信号转换为一测得电压值412，所述测得电压值412与所述流量相关。

所述调节控制器4包含一比例积分微分控制器。参阅图4所示，展示了比例积分微分控制器的本实用新型一实施例所提供的比例积分微分（PID）控制电路41的控制原理图。根据冷却量确定所述管路1中所需要的冷却水2的流量对应的电压值定义为一设定电压值411。所述流量侦测器3测得管路1流量调节后的流量对应的测得电压412。设定电压值411减去测得电压值412得到电压差值413。电压差值413经过比例积分微分控制电路41，得到一执行电压值414。执行电压值414连接所述流量调节阀5，驱动流量调节阀5调大、调小或不调管路2中冷却水2的流量。在该下游处设置的流量侦测器3监测调整后的流量。

参阅图5所示，提供了一电路，用来实现PID控制功能。图中所示U_i即为电压差值413，U₀即为执行电压值414。所述PID电路由电阻、电容、运算放大器等器件组成的一模拟电路。

所述流量调节阀5包含一蝶形阀。蝶形阀主要是通过阀腔内的阀板的转动，阀板与阀腔成不同的角度的时候流量不同，可以通过阀板的转动来调节管路1内冷却水2的流量大小。

为了能够自动控制，需要设定蝶形阀的电驱动系统。

进一步提供蝶形阀的驱动方式，第一种方式可以用气动或液动缸体柱塞推动带动连杆、连杆拨动轴头运动从而带动阀板运动，流体缸可以通过电磁阀控制，使得柱塞缸运动，从而实现了蝶形阀电控系统。本实施例提供的一种蝶形阀包含一阀腔、一阀板、一转轴、一连杆、一流体缸、一电磁阀，所述转轴包含一轴头，所述转轴与所述阀板相连，所述轴头位于阀腔外部，所述轴头与所述连杆相连，所述流体缸与所述连杆相连，所述电磁阀与所述调节控制器4连接。

进一步地，对采用流体缸驱动蝶形阀的机台冷却水调节系统的电路控制系统与前述执行机构——流体缸驱动连杆相结合，提供下述实施例。所述流量侦测器5输出一测得电压值412，所述测得电压值412与所述流量相关。所述调节控制器4有一设定电压值411，所述测得电压值412与所述设定电压值411的差值为一电压差值413，所述电压差值413输入至所述调节控制器输出一执行电压值414。电磁阀为执行部件的重要的控制元件，其进油方向、进油时间决定了流体缸的伸长或收缩，以及伸长收缩的时间。为此，设置一种电磁阀，其也可以为两个电磁阀的组合，只要包含下述的通路、位即可。所述电磁阀具有一静止位、一第一通路位、一第二通路位，所述电磁阀包含一进油口、一卸油口、一第一控制口、一第二控制口，所述流体缸包含一第一油口和一第二油口，所述第一控制口和第一油口相连，所述第二控制口和第二油口相连。在所述第一通路位，所述第一控制口与所述进油口连接，所述第二控制口与所述卸油口相连。在所述第二通路位，所述第一控制口与所述卸油口连接，所述第二控制口与所述进油口相连。所述执行电压值连接所述电磁阀，驱动电磁阀在所述静止位、第一通路位、第二通路位之间运动。进油口与流体源相连接，卸油口与回油管回油箱相连接。在流体缸的两端分别进油时则可以推动活塞杆伸出或收回。而，曲柄滑块、摇杆滑块机构能够将滑块运动转化为旋转运动，从而推动了蝶形阀的转轴的旋转，带动阀板的转动，调节流量的大小。

进一步提供蝶形阀的驱动方式，第二种方式可以用电机转动拨动轴头运动从而带动阀板运动，电机能够受电压信号的控制，从而实现了蝶形阀电控系统。本实施例提供的一种蝶形阀包含一阀腔、一阀板、一转轴、一电机，所述转轴包含一轴头，所述转轴与所述阀板相连，所述轴头位于阀腔外部，所述轴头与所述电机相连，所述电机与所述调节控制器4连接。

进一步可以选择，所述电机为一步进电机。步进电机，可以根据一脉冲信号，推进电机转动一个角度，而且，也可以实现电机的正反转。

进一步地，对采用步进电机驱动蝶形阀的机台冷却水调节系统的电路控制系统与前述执行机构相结合，提供下述实施例。所述流量侦测器5输出一测得电压值412，所述测得电压值412与所述流量相关。所述调节控制器4有一设定电压值411，所述测得电压值412与所述设定电压值411的差值为一电压差值413，所述电压差值413输入至所述调节控制器41输出一执行电压值414。所述执行电压值414连接所述步进电机，所述步进电机在一方向上转过一角度。从而，带动蝶形阀的转轴转过一个角度，从而改变管路中的流量。

一般地，步进电机需要根据脉冲信号进行运动。因此，可以PID控制电路直接输出脉冲信号，或所述执行电压值414连接一脉冲生成器，所述脉冲生成器生成一正负脉冲，所述正负脉冲驱动所述步进电机。

以上所述即为本实用新型提供的实施例的主要技术方案，包含：管路1、流量侦测器3、调节控制器4、流量调节阀5。所述管路1用以流动所述冷却水2，所述冷却水2具有一水流方向，水流方向用来定义上下游。流量侦测器3用以侦测管路1中冷却水2的流量，将流量值反馈成调节控制器4能够接收的信号，并连接。调节控制器4，所述调节控制器4与所述流量侦测器3连接，从而接收了与管路1中冷却水2流量相关的一信号值，并且与预先设定的与期望管路冷却水流量相关的一设定信号值（标准值）进行比较，形成反馈控制电路。流量调节阀5，所述流量调节阀5安装在所述管路2中，所述流量调节阀5位于所述流量侦测器3的水流方向的上游，所述流量调节阀5与所述调节控制器4连接，这样流量侦测器3所检测的流量就是调节过的管路内冷却水的流量，循环进行反馈控制。据此，采用本实用新型提供的装置能够带来如下技术效果：能够实现对冷却水2流量的实时侦测，并且根据侦测结果通过调节控制器4内部电路连接后输出一执行信号，所述执行信号将驱动流量调节阀5运动，从而调节管路1中的冷却水2流量。进而，减少了操作人员的介入，提高机台冷却水流量控制的机电化程度，使得管路中的水流量稳定在设定范围内。

上述具体实施例和附图说明仅为例示性说明本实用新型的技术方案及其技术效果，而非用于限制本实用新型。任何熟于此项技术的本领域技术人员均可在不违背本实用新型的技术原理及精神的情况下，在权利要求保护的范围内对上述实施例进行修改或变化，均属于本实用新型的权利保护范围。

Claims

1.一种机台冷却水调节装置，其特征在于，包括：

一流量侦测器，用以侦测管路中冷却水的流量；

一调节控制器，所述调节控制器与所述流量侦测器连接；

2.如权利要求1所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，还包括：一压力调节阀，所述压力调节阀安装在所述管路中，所述压力调节阀位于所述流量调节阀的水流方向的上游。

3.如权利要求1所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述流量侦测器包含一容积式流量计、或差压流量计、或浮子流量计、或涡轮流量计、或电磁流量计、或涡街流量计、或超声流量计、或质量流量计、或插入式流量计。

4.如权利要求1或3所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述流量侦测器输出一测得电压值，所述测得电压值与所述流量相关。

5.如权利要求4所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述调节控制器包含一比例积分微分控制器，所述比例积分微分控制器有一设定电压值，所述测得电压值作为反馈与所述设定电压值比较得到电压差值，所述电压差值输入至所述比例积分微分控制器中的比例积分微分控制电路中，输出一执行电压值，所述执行电压值连接所述流量调节阀。

6.如权利要求1所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述流量调节阀包含一蝶形阀。

7.如权利要求6所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述蝶形阀包含一阀腔、一阀板、一转轴、一连杆、一流体缸、一电磁阀，所述转轴包含一轴头，所述转轴与所述阀板相连，所述轴头位于阀腔外部，所述轴头与所述连杆相连，所述流体缸与所述连杆相连，所述电磁阀与所述调节控制器连接。

8.如权利要求7所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述流量侦测器输出一测得电压值，所述测得电压值与所述流量相关；

9.如权利要求6所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述蝶形阀包含一阀腔、一阀板、一转轴、一电机，所述转轴包含一轴头，所述转轴与所述阀板相连，所述轴头位于阀腔外部，所述轴头与所述电机相连，所述电机与所述调节控制器连接。

10.如权利要求9所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述电机为一步进电机。

11.如权利要求10所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述流量侦测器输出一测得电压值，所述测得电压值与所述流量相关；

12.如权利要求11所述的机台冷却水调节装置，其特征在于，所述执行电压值连接一脉冲生成器，所述脉冲生成器生成一正负脉冲，所述正负脉冲驱动所述步进电机。