CN216663293U - 一种水冷热屏及硬轴炉 - Google Patents

Abstract

本申请涉及晶体生产领域，尤其涉及一种水冷热屏，设置于硬轴炉内用于热交换，包括：水冷热屏本体，水冷热屏呈环形，水冷热屏本体具有两个呈弧形的冷却单元，每个冷却单元包括：第一屏、第二屏、进水管、以及出水管，两个冷却单元的冷却腔中的冷却水的流向相反。本申请包括的有益技术效果：本申请中通过水冷热屏本体具有两个对称的冷却单元，两个冷却单元中冷却水的流向相反，实现两个冷却单元分别与炉内进行热交换，两个冷却单元的冷却作用相互补偿，减小炉内热场偏移，有利于晶棒无缺陷生长。

Description

一种水冷热屏及硬轴炉

技术领域

本申请涉及晶体生产领域，尤其是涉及一种水冷热屏及硬轴炉。

背景技术

晶体生长是指：通过硬轴炉或软轴炉把半导体级硅的多晶硅块转换成一个大的单晶硅，生长后的单晶硅被称为硅锭或硅棒。在晶体生长炉内往往通过设置水冷热屏来加快晶棒的冷却速度，从而提高提拉速度，降低生产成本。

现有技术中，水冷热屏内部具有中空的冷却腔，用于通冷却水，在水冷热屏的直径方向上的两端设置有一进水口和一出水口，冷却水进入进水口经过冷却腔之后，从出水口排出，在冷却水进入到进水口之后开始与炉内进行热交换，冷却水温度逐渐增高并向出水口的方向流动，冷却效果递减，使得出水口附近的冷却水的温度始终高度进水口附近的冷却水的温度，导致进水口附近的冷却效果较佳，出水口附近的冷却效果较差，从而导致炉内的热场产生一定的偏移，对晶棒造成局部热冲击，从而在拉晶过程中晶棒形成不均匀的缺陷，不利于晶棒无缺陷生长。

因此，现有技术的技术问题在于：拉晶过程中晶棒形成不均匀的缺陷。

实用新型内容

本申请提供一种水冷热屏及硬轴炉，解决了现有技术中拉晶过程中晶棒形成不均匀的缺陷的技术问题；达到晶棒无缺陷生长的技术效果。

本申请提供的一种水冷热屏及硬轴炉，采用如下的技术方案：

一种水冷热屏，设置于硬轴炉内用于热交换，包括：水冷热屏本体，所述水冷热屏呈环形，所述水冷热屏本体具有两个呈弧形的冷却单元，每个所述冷却单元包括：第一屏，所述第一屏呈弧形；第二屏，所述第二屏呈弧形，且位于所述第一屏的弧形内侧，所述第一屏与所述第二屏连接，在所述第一屏和所述第二屏之间形成呈弧形冷却腔；进水管，所述进水管设置于所述冷却单元的第一端；以及出水管，所述进水管设置于所述冷却单元的第二端，使得冷却水从进水管进入冷却腔后，从出水管排出；其中，两个所述冷却单元的冷却腔中的冷却水的流向相反。

作为优选，两个所述冷却单元以所述水冷热屏本体的圆心呈中心对称布置。

作为优选，所述进水管和所述出水管分别位于所述第二屏的弧形方向上的两端，使得在每个所述冷却单元中，冷却水能够从冷却腔的弧形方向上的第一端达到第二端。

作为优选，每个所述冷却腔内设置有若干流道，所述流道沿所述冷却腔的弧形方向布置。

作为优选，所述水冷热屏本体还包括导热组件，所述导热组件包括:固定环，所述固定环位于所述第二屏的内侧，且与所述第二屏连接；导热板，所述导热板呈环状，所述导热板位于所述第二屏的内侧，所述导热板与所述固定环固定连接且与所述第二屏贴合。

作为优选，所述导热组件还包括：导热条，所述导热条具有多个，所述导热条位于所述第二屏的内侧，且纵向设置于所述第二屏上，在每两个相邻所述导热条之间形成换热空间。

作为优选，所述导热条的截面呈梯形、V形或圆弧形。

一种硬轴炉，包括：水冷热屏，所述水冷热屏为所述的水冷热屏。

作为优选，还包括升降组件，所述升降组件位于硬轴炉的外部，所述升降组件作用于所述水冷热屏，所述升降组件包括：连接件，所述连接件连接于所述进水管和/或出水管上；驱动件，所述驱动件固定于所述硬轴炉的外壁，且作用于所述连接件，通过所述驱动件使得所述水冷热屏可升降。

作为优选，所述升降组件具有两组，两组所述升降组件固定于硬轴炉顶部的两侧，分别作用于每个所述冷却单元的进水管和所述出水管。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、本申请中通过水冷热屏本体具有两个对称的冷却单元，冷却水通过进水管进入每个冷却腔中，经过冷却腔与炉内进行热交换之后再从出水管排出，其中，两个冷却单元中冷却水的流向相反，实现两个冷却单元分别与炉内进行热交换，两个冷却单元的冷却作用相互补偿，从而抵消了水冷热屏整体从一端到另一端冷却递减的效果，减小炉内热场偏移，防止在拉晶过程中造成不均匀的缺陷，有利于晶棒无缺陷生长。

2、在水冷热屏本体上设置了导热组件，通过导热板和导热条良好的导热性，有利于冷却水和炉内进行热交换，夹块晶棒的冷却速度，从而提高晶棒的拉制速度。

3、本申请中所述硬轴炉中具有用于水冷热屏升降的升降组件，随着晶棒上拉，通过升降组件调节水冷热屏本体在硬轴炉内的高度位置，使得水冷热屏本体与晶棒位置相匹配，从而使得水冷热屏本体能够始终对晶棒有良好的冷却作用，有利于提高晶棒均匀性，提高晶棒成品率。

附图说明

图1是本申请所述水冷热屏的立体示意图；

图2是本申请所述水冷热屏的俯视图；

图3是本申请所述水冷热屏的水平方向剖视图；

图4是图3中A的放大图；

图5是本申请所述水冷热屏的冷却水流向示意图；

图6是本申请所述水冷热屏的局部剖视图；

图7是本申请所述硬轴炉的示意图。

附图标记说明：100、水冷热屏本体；200、冷却单元；201、第一屏；202、第二屏；203、隔板；204、冷却腔；205、进水管；206、出水管；207、弧形板；208、流道；301、固定环；302、导热板；400、炉本体；401、固定座；402、连接件；403、驱动件。

具体实施方式

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请实施例提供了一种水冷热屏及硬轴炉，解决了现有技术中拉晶过程中晶棒形成不均匀的缺陷的技术问题；达到晶棒无缺陷生长的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

一种水冷热屏，设置于硬轴炉中用于与炉内进行热交换，包括水冷热屏本体100，如图1、2所示，水冷热屏本体100呈环形设置，在水冷热屏本体100，包括冷却单元200和导热组件，冷却单元200呈圆弧形且具有两个。两个冷却单元200呈半环形，两个冷却单元200以水冷热屏本体100的圆心呈中心对称设置，每个冷却单元200均用于在硬轴炉内进行热交换。具体的，水冷热屏本体100包括有内屏和外屏，内屏和外屏连接，使得在内屏和外屏之间形成环形的腔体，通过隔板203将水冷热屏本体100划分为两个冷却单元200，两隔板203位于内屏、外屏之间，且分别与内屏、外屏连接，使得腔体被分隔成为两个独立的冷却腔204。

如图2-4所示，每个冷却单元200包括第一屏201、第二屏202、进水管205以及出水管206，第一屏201和第二屏202均为呈半环形，其中，第一屏201、第二屏202分别为内屏、外屏的局部，第二屏202位于第一屏201的弧形凹面的内侧，第一屏201与第二屏202之间通过连接板连接，或第一屏201与第二屏202之间直接焊接，使得在第一屏201与第二屏202之间形成冷却腔204，冷却腔204呈弧形分布。

在每个冷却单元200中，进水管205设置于冷却单元200的一端，出水管206相应的设置于冷却单元200的另一端，具体的，在第二屏202沿弧形方向的两端上分别焊接一进水管205和一出水管206，使得进水管205、出水管206均与冷却腔204连通，冷却水通过进水管205注入到冷却腔204中，经过弧形的冷却腔204后再从出水管206中排出。

在一个冷却单元200中，进水管205和出水管206呈第一方向布置，如图5所示，在水冷热屏本体100的俯视方向上，进水管205和出水管206分别焊接于第二屏202沿弧形方向的两端上，第一方向是指从左往右，进水管205在左、出水管206在右，即，冷却水从左侧进水管205进入，以逆时针的方向经过冷却腔204，从右侧的出水管206排出。针对该冷却单元200，冷却水从左侧进入冷却腔204，立即与炉内发生热交换，冷却水沿冷却腔204移动过程中，冷却水的温度逐渐升高，位于该冷却单元200左侧区域的冷却效果始终优于位于该冷却单元200右侧区域的冷却效果，即位于该冷却单元200左侧区域的温度相对于位于该冷却单元200右侧区域较低，热场偏向于右侧区域。

在另一冷却单元200中，进水管205和出水管206呈第二方向布置，如图5所示，在水冷热屏本体100的俯视方向上，进水管205和出水管206分别焊接于第二屏202沿弧形方向的两端上，第二方向是指从右往左，进水管205在右、出水管206在左，即，冷却水从右侧进水管205进入，以逆时针的方向经过冷却腔204，从左侧的出水管206排出。针对该冷却单元200，冷却水从右侧进入冷却腔204，立即与炉内发生热交换，冷却水沿冷却腔204移动过程中，冷却水的温度逐渐升高，位于该冷却单元200右侧区域的冷却效果始终优于位于该冷却单元200左侧区域的冷却效果，即位于该冷却单元200右侧区域的温度相对于位于该冷却单元200左侧区域较低，热场偏向于左侧区域；两个冷却单元200附近区域的热场相互补偿，两个冷却单元200的对硬轴炉内换热效果更加均匀。

在每个冷却腔204内设置有若干流道208，如图6所示，在每个冷却单元200的冷却腔204内设置有若干弧形板207，弧形板207位于第一屏201和第二屏202之间，弧形板207呈冷却腔204的弧形方向分布，且弧形板207之间互相平行设置；弧形板207分别与第一屏201、第二屏202连接，在两弧形板207之间形成流道208，流道208沿冷却腔204的弧形方向布置，流道208用于冷却水通过，使得冷却水能够定向移动，防止冷却水流向紊乱。

导热组件包括固定环301、导热板302以及导热条，如图6所示，固定环301呈环形，固定环301位于两冷却单元200的第二屏202的内侧，且与第二屏202固定连接；同样的，导热板302呈环形，位于两冷却单元200的第二屏202的内侧，导热板302为铝或铜等导热性良好的材质，导热板302固定于固定环301上，且与第二屏202的内侧壁向贴合，利用导热板302良好的导热性能，提高冷却水与炉内的热交换效果。

导热条设置于两冷却单元200的第二屏202的内侧，导热条未图示，导热条纵向固定于第二屏202的内侧，在任意相邻的两个导热条之间形成换热空间，导热条同样为铝或铜等导热性良好的材质，形成的导热空间增加了第一屏201的内侧面上的热交换面积，利用导热条良好的导热性，进一步提高了冷却水与炉内的热交换效果，有利于晶棒无缺陷生长；其中，导热条的截面形状可以为梯形、V形或圆弧形。

本实施例中，两个冷却单元200通过隔板203划分，当然，也可通过两个独立的半环形的冷却单元200拼接形成完整的环形的水冷热屏本体100。

本实施例还公开一种硬轴炉，如图7所示，硬轴炉包括炉本体400、水冷热屏以及升降组件。炉本体400用于拉晶，结构与单晶炉相同。水冷热屏为上述实施例中的水冷热屏，此处不再累述。其中，水冷热屏位于硬轴炉内部，升降组件位于硬轴炉外部，水冷热屏中的两进水管205和两出水管206通过硬轴炉上的孔延伸至硬轴炉外部，通过升降组件作用于进水管205或/和出水管206，使得水冷热屏可在硬轴炉内升降。

升降组件具有两组，分别设置于硬轴炉顶部的两侧，每组升降组件都包括固定座401、连接件402以及驱动件403，驱动件403通过固定座401固定于硬轴炉顶部，进水管205或/和出水管206通过连接件402与驱动件403连接，在驱动件403作用下，水冷热屏实现升降。具体的，驱动件403具体为气缸，连接件402具体为连接块，气缸通过固定座401纵向设置于硬轴炉的顶部，在气缸的输出杆上通过连接块与每个冷却单元200上的进水管205和出水管206固定连接。在两侧的升降组件作用下，水冷热屏可在硬轴炉内稳定升降。

工作原理/步骤：

在一个冷却单元200中，冷却水从左侧进入冷却腔204，立即与炉内发生热交换，冷却水沿冷却腔204移动过程中，冷却水的温度逐渐升高，位于该冷却单元200左侧区域的冷却效果始终优于位于该冷却单元200右侧区域的冷却效果，即位于该冷却单元200左侧区域的温度相对于位于该冷却单元200右侧区域较低，热场偏向于右侧区域。在另一冷却单元200中，冷却水从右侧进入冷却腔204，立即与炉内发生热交换，冷却水沿冷却腔204移动过程中，冷却水的温度逐渐升高，位于该冷却单元200右侧区域的冷却效果始终优于位于该冷却单元200左侧区域的冷却效果，即位于该冷却单元200右侧区域的温度相对于位于该冷却单元200左侧区域较低，热场偏向于左侧区域。其中，两个冷却单元200中冷却水的流向相反，实现两个冷却单元200分别与炉内进行热交换，从而抵消了水冷热屏整体从一端到另一端冷却递减的效果，减小炉内热场偏移，两个冷却单元200附近区域的热场相互补偿，提高两个冷却单元200的对硬轴炉内换热效果更加均匀。

技术效果：

1、本申请中通过水冷热屏本体100具有两个对称的冷却单元200，冷却水通过进水管205进入每个冷却腔204中，经过冷却腔204与炉内进行热交换之后再从出水管206排出，其中，两个冷却单元200中冷却水的流向相反，实现两个冷却单元200分别与炉内进行热交换，两个冷却单元200的冷却作用相互补偿，从而抵消了水冷热屏整体从一端到另一端冷却递减的效果，减小炉内热场偏移，防止在拉晶过程中造成不均匀的缺陷，有利于晶棒无缺陷生长。

2、在水冷热屏本体100上设置了导热组件，通过导热板302和导热条良好的导热性，有利于冷却水和炉内进行热交换，夹块晶棒的冷却速度，从而提高晶棒的拉制速度。

3、本申请中所述硬轴炉中具有用于水冷热屏升降的升降组件，随着晶棒上拉，通过升降组件调节水冷热屏本体100在硬轴炉内的高度位置，使得水冷热屏本体100与晶棒位置相匹配，从而使得水冷热屏本体100能够始终对晶棒有良好的冷却作用，有利于提高晶棒均匀性，提高晶棒成品率。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种水冷热屏，设置于硬轴炉内用于与硬轴炉进行热交换，其特征在于，包括：

水冷热屏本体，所述水冷热屏呈环形，所述水冷热屏本体具有两个呈弧形的冷却单元，每个所述冷却单元包括：

第一屏，所述第一屏呈弧形；

第二屏，所述第二屏呈弧形，且位于所述第一屏的弧形内侧，所述第一屏与所述第二屏连接，在所述第一屏和所述第二屏之间形成呈弧形的冷却腔；

进水管，所述进水管设置于所述冷却单元的第一端；以及

出水管，所述进水管设置于所述冷却单元的第二端，使得冷却水从进水管进入冷却腔后，从出水管排出；其中，两个所述冷却单元的冷却腔中的冷却水的流向相反。

2.根据权利要求1所述的一种水冷热屏，其特征在于，两个所述冷却单元以所述水冷热屏本体的圆心呈中心对称布置。

3.根据权利要求1所述的一种水冷热屏，其特征在于，所述进水管和所述出水管分别位于所述第二屏的弧形方向上的两端，使得在每个所述冷却单元中，冷却水能够从冷却腔的弧形方向上的第一端达到第二端。

4.根据权利要求1所述的一种水冷热屏，其特征在于，每个所述冷却腔内设置有若干流道，所述流道沿所述冷却腔的弧形方向布置。

5.根据权利要求1所述的一种水冷热屏，其特征在于，所述水冷热屏本体还包括导热组件，所述导热组件包括:

固定环，所述固定环位于所述第二屏的内侧，且与所述第二屏连接；

导热板，所述导热板呈环状，所述导热板位于所述第二屏的内侧，所述导热板与所述固定环固定连接且与所述第二屏贴合。

6.根据权利要求5所述的一种水冷热屏，其特征在于，所述导热组件还包括：

导热条，所述导热条具有多个，所述导热条位于所述第二屏的内侧，且纵向设置于所述第二屏上，在每两个相邻所述导热条之间形成换热空间。

7.根据权利要求6所述的一种水冷热屏，其特征在于，所述导热条的截面呈梯形、V形或圆弧形。

8.一种硬轴炉，其特征在于，包括：

水冷热屏，所述水冷热屏为权利要求1-7中任意一项所述的水冷热屏。

9.根据权利要求8所述的一种硬轴炉，其特征在于，还包括升降组件，所述升降组件位于硬轴炉的外部，所述升降组件作用于所述水冷热屏，所述升降组件包括：

连接件，所述连接件连接于所述进水管和/或出水管上；

驱动件，所述驱动件固定于所述硬轴炉的外壁，且所述驱动件作用于所述连接件，通过所述驱动件使得所述水冷热屏可升降。

10.根据权利要求9所述的一种硬轴炉，其特征在于，所述升降组件具有两组，两组所述升降组件固定于硬轴炉顶部的两侧，分别作用于每个所述冷却单元的进水管和所述出水管。

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