CN219010524U - 碳化硅长晶设备的冷却水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种碳化硅长晶设备的冷却水系统，属于晶体生长领域，包括发电设备、第一开关、第二开关、过渡电源、PCW以及碳化硅长晶设备，发电设备依次通过第一开关和第二开关与PCW电连接，第一开关用于与市电线路电连接，过渡电源与第二开关并联，PCW的供水口通过供水管路与碳化硅长晶设备的进水口连通，PCW的回水口通过回水管路与碳化硅长晶设备的出水口连通。本碳化硅长晶设备的冷却水系统可以实现对PCW的稳定供电，使得PCW可以持续地为碳化硅长晶设备提供冷却介质，从而保证碳化硅长晶设备的正常运行，避免碳化硅晶体的生长受到影响。

Description

碳化硅长晶设备的冷却水系统

技术领域

本实用新型涉及晶体生长领域，具体而言，涉及一种碳化硅长晶设备的冷却水系统。

背景技术

作为第三代半导体材料的代表，碳化硅(SiC)具有宽禁带、高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率等特点，因此采用碳化硅材料制备的半导体器件适用于高电压、大电流、高温、高频等场景，前景十分广阔。

碳化硅长晶设备是制备碳化硅晶体的重要设备，由于碳化硅晶体制备过程需要高温环境，因此碳化硅长晶设备通常设置冷却水系统，以对设备进行冷却降温。目前，碳化硅长晶设备的冷却水系统以PCW(工艺冷却水系统，Process Cooling Water)为水源，而PCW一般由市电供电，因此一旦出现断电等情况，就会导致PCW无法正常工作，从而导致碳化硅长晶设备无法正常工作，影响碳化硅晶体的生长。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳化硅长晶设备的冷却水系统，其能够有效保证对PCW的稳定供电，避免PCW因为停电而无法运行，从而保证碳化硅长晶设备的正常运行，避免碳化硅晶体的生长受到影响。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供一种碳化硅长晶设备的冷却水系统，包括发电设备、第一开关、第二开关、过渡电源、PCW以及碳化硅长晶设备，所述发电设备依次通过所述第一开关和所述第二开关与所述PCW电连接，所述第一开关用于与市电线路电连接，所述过渡电源与所述第二开关并联，所述PCW的供水口通过供水管路与所述碳化硅长晶设备的进水口连通，所述PCW的回水口通过回水管路与所述碳化硅长晶设备的出水口连通。

在可选的实施方式中，所述发电设备为柴油发电机。

在可选的实施方式中，所述第一开关为ATS。

在可选的实施方式中，所述过渡电源为UPS。

在可选的实施方式中，冷却水系统还包括市水管路和排水管路，所述市水管路与所述碳化硅长晶设备的进水口连通，所述排水管路与所述碳化硅长晶设备的出水口连通。

在可选的实施方式中，所述市水管路上设置有第一单向阀、第一电磁阀、第一手动阀以及第二手动阀。

在可选的实施方式中，所述供水管路上设置有第二单向阀、第三手动阀以及第四手动阀。

在可选的实施方式中，所述回水管路上设置有第二电磁阀和第五手动阀。

在可选的实施方式中，冷却水系统还包括水箱、RO设备以及自来水管路，所述水箱通过补偿管路与所述回水管路连通，所述RO设备和所述自来水管路分别与所述水箱连通。

在可选的实施方式中，所述碳化硅长晶设备包括长晶炉和冷却管路，所述冷却管路绕设于所述长晶炉的炉璧，所述冷却管路的两端分别形成所述进水口和所述出水口。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本碳化硅长晶设备的冷却水系统包括发电设备、第一开关、第二开关、过渡电源、PCW以及碳化硅长晶设备，发电设备依次通过第一开关和第二开关与PCW电连接，第一开关用于与市电线路电连接，过渡电源与第二开关并联，PCW的供水口通过供水管路与碳化硅长晶设备的进水口连通，PCW的回水口通过回水管路与碳化硅长晶设备的出水口连通。正常情况下，第一开关接通市电线路，第二开关处于导通状态，由市电线路给PCW供电，电能依次经过市电线路、第一开关和第二开关后输送至PCW，当市电线路断电时，发电设备开始启动，第一开关接通发电设备，第二开关切换至断开状态，由过渡电源给PCW临时供电，电能从过渡电源输送至PCW，等到发电设备启动后，第二开关切换至导通状态，由发电设备给PCW供电，电能依次从发电设备依次经过第一开关、第二开关后输送至PCW。如此，就可以实现对PCW的稳定供电，使得PCW可以持续地为碳化硅长晶设备提供冷却介质，从而保证碳化硅长晶设备的正常运行，避免碳化硅晶体的生长受到影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的碳化硅长晶设备的冷却水系统的供电部分的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的碳化硅长晶设备的冷却水系统的供水部分的示意图。

图标:100-第一开关；200-第二开关；300-发电设备；400-过渡电源；500-PCW；510-供水口；520-回水口；600-碳化硅长晶设备；610-进水口；620-出水口；700-水箱；800-市电线路；810-发电线路；820-输电线路；900-供水管路；902-第三手动阀；904-第二单向阀；906-第四手动阀；910-回水管路；912-第二电磁阀；914-第五手动阀；920-市水管路；922-第一单向阀；924-第一电磁阀；926-第一手动阀；928-第二手动阀；930-补偿管路；940-排水管路；942-第三电磁阀。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

碳化硅作为第三代半导体材料的代表，具有巨大的市场潜力。碳化硅长晶设备是制备碳化硅晶体的重要设备，由于碳化硅晶体制备过程需要高温环境，因此碳化硅长晶设备通常设置冷却水系统，以对设备进行冷却降温。目前，碳化硅长晶设备的冷却水系统以PCW(工艺冷却水系统，Process Cooling Water)为水源，而PCW一般由市电供电，因此一旦出现断电等情况，就会导致PCW无法正常工作，从而导致碳化硅长晶设备无法正常工作，影响碳化硅晶体的生长。

针对上述情况，本实用新型实施例提供了一种碳化硅长晶设备的冷却水系统，其通过设置多个电源，以保证对PCW稳定持续的供电，从而保证碳化硅长晶设备的正常运行，从而保证碳化硅晶体的生长。

请参照图1和图2，本实用新型实施例提供的碳化硅长晶设备的冷却水系统包括发电设备300、第一开关100、第二开关200、过渡电源400、PCW500以及碳化硅长晶设备600，发电设备300依次通过第一开关100和第二开关200与PCW500电连接，第一开关100用于与市电线路800电连接，过渡电源400与第二开关200并联，PCW500的供水口510通过供水管路900与碳化硅长晶设备600的进水口610连通，PCW500的回水口520通过回水管路910与碳化硅长晶设备600的出水口620连通。

正常情况下，第一开关100接通市电线路800，第二开关200处于导通状态，由市电线路800给PCW500供电，电能依次经过市电线路800、第一开关100和第二开关200后输送至PCW500，当市电线路800断电时，发电设备300开始启动，第一开关100接通发电设备300，第二开关200切换至断开状态，由于发电设备300的启动需要一些时间(一般10min左右)，因此这段时间内由过渡电源400给PCW500临时供电，电能从过渡电源400输送至PCW500，等到发电设备300完成启动后，第二开关200切换至导通状态，由发电设备300给PCW500供电，电能从发电设备300依次经过第一开关100、第二开关200后输送至PCW500。等到市电恢复，又再次切换至市电线路800供电。如此，就可以实现对PCW500的稳定供电，使得PCW500可以持续地为碳化硅长晶设备600提供冷却介质，从而保证碳化硅长晶设备600的正常运行，避免碳化硅晶体的生长受到影响。

其中，发电设备300可以根据需要采用不同的类型，本实施例中，发电设备300为柴油发电机，柴油发电机通过发电线路810与第一开关100连接。其它实施例中，发电设备300也可以为汽油发电机。

第一开关100也可以根据需要采用不同的类型，本实施例中，第一开关100为ATS，即自动切换开关，以便实现两个电源(市电线路800和发电设备300)之间的自动切换，快捷方便。详细地，ATS具有两个输入触点和一个输出触点，两个输入触点分别与市电线路800和发电线路810电连接，输出触点通过输电线路820与PCW500电连接，第二开关200设置于输电线路820上，发电线路810与发电设备300电连接。

过渡电源400也可以根据需要采用不同的类型，本实施例中，过渡电源400为UPS，即不间断电源，其具有很高的供电稳定性，可以有效保证对PCW500的临时稳定供电。其它实施例中，过渡电源400也可以为普通的电池等。

请再参照图2，为了方便对供水管路900和回水管路910的控制，本实施例中，供水管路900上设置有第二单向阀904、第三手动阀902以及第四手动阀906，第二单向阀904位于第三手动阀902和第四手动阀906之间。回水管路910上设置有第二电磁阀912和第五手动阀914。设置第二单向阀904的目的在于防止供水管路900内的冷却介质回流，保证供水管路900内的冷却介质可以稳定顺畅地从PCW500的供水口510流向碳化硅长晶设备600的进水口610。在回水管路910上同时设置第二电磁阀912、第五手动阀914的目的在于一方面通过第二电磁阀912的设置实现对回水管路910的自动控制，另一方面在第二电磁阀912出现问题时还可以通过第五手动阀914实现对回水管路910的手动控制，保证整个管路的可控性。

进一步地，碳化硅长晶设备的冷却水系统还包括水箱700、RO设备以及自来水管路，水箱700通过补偿管路930与回水管路910连通，RO设备和自来水管路分别与水箱700连通。水箱700用于给回水管路910补水，以补偿PCW500和碳化硅长晶设备600之间循环流动的冷却介质的损失，保证对碳化硅长晶设备600的冷却效果。水箱700的冷却介质由RO设备(即反渗透设备)和自来水管路提供，优先由RO设备供水，以保证水质。当RO设备发生故障时，也可以由自来水管路供水。等RO设备恢复后，再由RO设备供水。

进一步地，本实施例提供的碳化硅长晶设备的冷却水系统还包括市水管路920和排水管路940，市水管路920与碳化硅长晶设备600的进水口610连通，排水管路940与碳化硅长晶设备600的出水口620连通。

为了方便对市水管路920和排水管路940进行控制，本实施例中，市水管路920上设置有第一单向阀922、第一电磁阀924、第一手动阀926以及第二手动阀928。排水管路940设置有第三电磁阀942。设置第一单向阀922的目的在于使得市水管路920内的冷却介质可以稳定流畅地流向碳化硅长晶设备600。在市水管路920上同时设置第一电磁阀924、第一手动阀926和第二手动阀928的目的在于一方面通过第一电磁阀924的设置实现对回水管路910的自动控制，另一方面在第一电磁阀924出现问题时还可以通过第二手动阀928和第三手动阀902实现对市水管路920的手动控制，保证整个管路的可控性。设置第三电磁阀942的目的在于实现对排水管路940的自动控制。

需要说明的是，本实施例中，市水管路920连接碳化硅长晶设备600的进水口610的一端和供水管路900连接碳化硅长晶设备600的进水口610的一端复用一段距离的管路，排水管路940连接碳化硅长晶设备600的出水口620的一端和回水管路910连接碳化硅长晶设备600的出水口620的一端也复用一段距离的管路，以节省成本，方便布置。其它实施例中，市水管路920和供水管路900也可以完全相互独立，排水管路940和回水管路910也可以完全相互独立。

碳化硅长晶设备600包括长晶炉和冷却管路，冷却管路的两端分别形成进水口610和出水口620，碳化硅长晶设备600内部的冷却管路的布置可以根据实际需求设置，本实施例中，冷却管路绕设于长晶炉的炉璧，以增大与炉壁的接触面积，从而提高冷却效果。其它实施例中，冷却管路也可以只与长晶炉的顶部或者底部接触。

本碳化硅长晶设备的冷却水系统的工作过程和技术效果具体如下：

正常情况下，由PCW500给碳化硅长晶设备600提供冷却介质(一般为水)。市水管路920和排水管路940上的阀门处于关闭状态，第二电磁阀912、第三手动阀902、第四手动阀906以及第五手动阀914均处于打开状态，温度较低的冷却介质从PCW500的供水口510流入供水管路900，然后依次经过第三手动阀902、第二单向阀904以及第四手动阀906后，通过进水口610进入冷却管路，经过整个冷却管路后对长晶炉进行冷却，之后变为温度较高的冷却介质从出水口620流入回水管路910，依次经过第五手动阀914和第二电磁阀912后，通过回水口520回到PCW500内进行制冷，从而实现冷却介质的循环，保证对碳化硅长晶设备600的持续冷却。

当PCW500出现故障无法给碳化硅长晶设备600提供冷却介质时，可以由市水临时给碳化硅长晶设备600提供冷却介质。此时供水管路900和回水管路910上的阀门处于关闭状态，第一电磁阀924、第三电磁阀942、第一手动阀926、第二手动阀928均处于打开状态，市水沿市水管路920依次经过第一单向阀922、第一电磁阀924、第一手动阀926以及第二手动阀928后通过进水口610进入冷却管路，经过整个冷却管路后对长晶炉进行冷却，然后从出水口620流入排水管路940并通过第三电磁阀942后排出。在PCW500出现故障时，可以由市水临时供应冷却介质，等到PCW500恢复正常后，再重新由PCW500提供冷却介质，如此可以进一步保证对碳化硅长晶设备600的稳定供水，保证碳化硅长晶设备600的正常运行，保证碳化硅晶体的生长速率和质量。

综上，本碳化硅长晶设备的冷却水系统通过设置发电设备300和过渡电源400，可以在市电线路800断电时给PCW500供电，从而保证对PCW500的供电稳定性，进而保证PCW500对碳化硅长晶设备600的冷却效果，保证碳化硅晶体的生长效率和质量。进一步地，本碳化硅长晶设备的冷却水系统还通过设置市水管路920，可以在PCW500出现故障时，给碳化硅长晶设备600供水，从而保证对碳化硅长晶设备600的供水稳定性，进而进一步保证对碳化硅长晶设备600的冷却效果，保证碳化硅晶体的生长效率和质量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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)

1.一种碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，包括发电设备、第一开关、第二开关、过渡电源、PCW以及碳化硅长晶设备，所述发电设备依次通过所述第一开关和所述第二开关与所述PCW电连接，所述第一开关用于与市电线路电连接，所述过渡电源与所述第二开关并联，所述PCW的供水口通过供水管路与所述碳化硅长晶设备的进水口连通，所述PCW的回水口通过回水管路与所述碳化硅长晶设备的出水口连通。

2.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，所述发电设备为柴油发电机。

3.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，所述第一开关为ATS。

4.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，所述过渡电源为UPS。

5.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，还包括市水管路和排水管路，所述市水管路与所述碳化硅长晶设备的进水口连通，所述排水管路与所述碳化硅长晶设备的出水口连通。

6.根据权利要求5所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，所述市水管路上设置有第一单向阀、第一电磁阀、第一手动阀以及第二手动阀。

7.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，所述供水管路上设置有第二单向阀、第三手动阀以及第四手动阀。

8.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，所述回水管路上设置有第二电磁阀和第五手动阀。

9.根据权利要求1-8任一项所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，还包括水箱、RO设备以及自来水管路，所述水箱通过补偿管路与所述回水管路连通，所述RO设备和所述自来水管路分别与所述水箱连通。

10.根据权利要求1所述的碳化硅长晶设备的冷却水系统，其特征在于，所述碳化硅长晶设备包括长晶炉和冷却管路，所述冷却管路绕设于所述长晶炉的炉璧，所述冷却管路的两端分别形成所述进水口和所述出水口。

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