TWI408327B - 擴散爐裝置的加熱冷卻方法 - Google Patents

Description

擴散爐裝置的加熱冷卻方法

本發明有關於一種擴散爐裝置，尤指一種具有加熱及冷卻模組的擴散爐裝置的加熱冷卻方法。

一般生產銅銦鎵硒(CIGS)薄膜太陽電池，首先會將一個鉬(moly)基底電接觸層沉積於一個基材上(例如：玻璃、不銹鋼或其他功能性基材材料)。而後，將一個相關厚度的CIGS層沉積於該鉬(moly)層上。於該技術中，首先會使用一種物理氣相沉積(PVD)製程(即揮發或濺鍍)、化學鍍浴、或電鍍製程，將該等金屬(Cu/In/Ga)沉積於基材上。接續地，於一擴散爐中，一種具有硒之氣體，會於一個高達大約500至600℃之溫度下，與該金屬層反應，藉此形成最終的CIGS組成物。

習知擴散爐皆設置有加熱器，用以加熱放置於爐內的工件，另設置有冷卻機構，使擴散爐可進行降溫的作業。惟，由於擴散爐內的加熱器在斷電後，仍會有餘熱存在，且擴散爐內的高溫難以立即的散去，因此往往需要花費較多的時間，才可使擴散爐下降到預期的溫度，具有冷卻效率不佳的問題。

緣是，本發明人有感上述之課題，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明實施例在於提供一種擴散爐裝置的加熱冷卻方法，可提升冷卻效率，使擴散爐快速的下降到預期的溫度 。

本發明實施例提供一種擴散爐裝置的加熱冷卻方法，包括步驟如下：將工件放置於一內爐膛的爐腔內；進行加熱步驟：將一加熱模組移動罩蓋於該內爐膛外部，該加熱模組包含一第一外爐膛及數個加熱器，該些加熱器對置於該內爐膛的爐腔內的工件進行加熱，並將反應氣體導入該內爐膛進行預定的製程，加熱完成後，將該加熱模組移動離開該內爐膛；以及進行冷卻步驟：將一冷卻模組移動罩蓋於該內爐膛外部，該冷卻模組包含一第二外爐膛及至少一冷卻單元，該至少一冷卻單元對置於該內爐膛的爐腔內的工件進行冷卻降溫，降溫完成後，再將該冷卻模組移動離開該內爐膛。

本發明具有以下有益的效果：本發明擴散爐裝置的加熱模組及冷卻模組採用分離式的設計，兩者各自獨立，擴散爐裝置欲進行降溫作業時，可將加熱模組移動離開內爐膛，再將冷卻模組罩蓋於內爐膛，使得加熱模組的餘熱不會影響內爐膛及其內部的工件，可提升冷卻效率，使擴散爐快速的下降到預期的溫度。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

〔第一實施例〕

請參閱圖1，本發明提供一種擴散爐裝置，該擴散爐裝置可用於如CIGS製程等，惟其用途並不限制。該擴散爐裝置包括一內爐膛1、一加熱模組2及一冷卻模組3，其中內 爐膛1的型式及構造並不限制，在本實施例中內爐膛1為一鐘罩式爐管，其採用立式設置，加熱模組2及冷卻模組3則採用垂直式移動的設計。

內爐膛1為一中空體，可以石英管、陶瓷或其他材料製成，內爐膛1內部形成有一爐腔11，可用以放置工件。內爐膛1具有一開口12，開口12可設於內爐膛1底部等處，開口12與爐腔11相連通，以便經由開口12將工件放置於爐腔11內。開口12可配置有一封閉元件13，封閉元件13為可升降的設置，用以選擇性的開放及封閉開口12。

內爐膛1另設有適當的反應氣體入口及出口(圖略)，在擴散的過程中，反應氣體可經由反應氣體入口導入內爐膛1中，也可由出口將廢氣等排出；因反應氣體入口及出口為習知擴散爐既有的構造，並非本發明訴求的重點，故不加以贅述。另，內爐膛1也可設有進氣口14及出氣口15，進氣口14及出氣口15與爐腔11相連通，進氣口14及出氣口15可分別連接有適當的送風裝置及抽風裝置(圖略)。在需要冷卻時，可經由進氣口14輸送冷卻氣體至爐腔11內，並經由出氣口15排出爐腔11內的熱空氣，用以輔助內爐膛1進行降溫冷卻的操作。

內爐膛1在內部放入工件後，通常為固定的設置，而加熱模組2及冷卻模組3則可移動的設置於內爐膛1外，也就是說加熱模組2及冷卻模組3兩者之一可視需要選擇性的罩蓋於內爐膛1外部。另，內爐膛1也可設置為兩個或多個，以便依序將加熱模組2及冷卻模組3罩蓋於該些內爐膛1外部，進行加熱及冷卻的操作，從而減少加熱模組2及冷卻模組3閒置的時間，藉以增進效率。

加熱模組2包含一第一外爐膛21及數個加熱器22，第一外爐膛21為一中空體，第一外爐膛21的形狀並不限制，可為圓形、多邊形、方形或其他各種適當的形狀，第一外爐膛21主要是以耐火材料(絕緣層)製成，第一外爐膛21內部形成有一第一空間211，可用以容納內爐膛1。第一外爐膛21具有一第一開口212，第一開口212可設於第一外爐膛21底部等處。

加熱器22可為各種型式的加熱器，例如紅外線加熱器、Fe-Al-Cr(鐵-鋁-鉻)合金加熱器或Ni-Cr(鎳-鉻)合金加熱器等，惟加熱器22的型式及構造並不限制，該些加熱器22設置於第一外爐膛21上，該些加熱器22可嵌於第一外爐膛21內壁或伸入第一空間211內。當加熱器22通電後可產生高溫，進而對內爐膛1及置於內爐膛1之爐腔11內的工件加熱，並可將反應氣體導入內爐膛1中進行預定的製程。加熱器22可對內爐膛1之爐腔11內的工件進行加熱升溫及保溫的操作。加熱器22加熱的溫度並不限制，最高可達500至600℃，甚至可達1000℃，可視其製程需求的不同而適當的變化。

冷卻模組3包含一第二外爐膛31及至少一冷卻單元，在本實施例中冷卻單元包含一第一冷卻單元32及一第二冷卻單元33。第二外爐膛31為一中空體，第二外爐膛31的形狀並不限制，可為圓形、多邊形、方形或其他各種適當的形狀，第二外爐膛31內部形成有一第二空間311，可用以容納內爐膛1。第二外爐膛31具有一第二開口312，第二開口312可設於第二外爐膛31底部等處。

第一冷卻單元32的型式及構造並不限制，在本實施例 中第一冷卻單元32為一種水冷單元，其包含有冷卻管路321，冷卻管路321連續盤繞於第二外爐膛31內部，冷卻管路321內部循環有冷卻水，冷卻水可利用泵浦(圖略)抽送等方式於冷卻管路321內循環流動，藉以提供第二空間311水冷的效果，以進行水冷降溫。冷卻管路321外部並可間隔的設有數個鰭片(圖略)，可用以增加冷卻管路321熱交換的效果。

第二冷卻單元33的型式及構造並不限制，在本實施例中第二冷卻單元33為一種氣冷單元，其設置於第二外爐膛31頂部或其他適當的位置，第二冷卻單元33包含一馬達331及一連接於馬達331的扇葉332，扇葉332位於第二空間311內，可利用馬達331驅動扇葉332轉動向下送風，而對冷卻管路321與第二空間311提供氣冷的效果，以進行氣冷降溫。

另，冷卻單元也可進一步的包含一第三冷卻單元34，亦即該第三冷卻單元34包含有進氣口341及出氣口342，進氣口341及出氣口342可設於封閉元件13上，當冷卻模組3罩蓋於內爐膛1外部時(如圖3所示)，進氣口341及出氣口342與第二空間311相連通，進氣口341及出氣口342可分別連接有適當的送風裝置及抽風裝置(圖略)。在需要冷卻時，可經由進氣口341輸送冷卻氣體至第二外爐膛31內，並經由出氣口342排出第二外爐膛31內的熱氣，以進行氣冷降溫。

所述的冷卻單元可選自第一冷卻單元32、第二冷卻單元33及第三冷卻單元34三者之一、三者之二或全部，且不限定為以上的型式及構造。

加熱模組2及冷卻模組3可利用移動裝置(如天車)移動罩蓋於內爐膛1或離開內爐膛1。所述加熱模組2及冷卻模組3移動罩蓋於內爐膛1或離開內爐膛1，也可設置適當的導引及定位機構(圖略)，用以導引及輔助加熱模組2及冷卻模組3的定位。

〔第二實施例〕

請參閱圖4，在本實施例中內爐膛1採用臥式設置，開口12可設於內爐膛1一側處，第一開口212可設於第一外爐膛21一側處，第二開口312可設於第二外爐膛31一側處。加熱模組2及冷卻模組3可利用移動裝置(如天車)移動罩蓋於內爐膛1或離開內爐膛1。

〔第三實施例〕

請參閱圖1、圖2、圖3及圖5，本發明另提供一種擴散爐裝置的加熱冷卻方法，包括步驟如下：首先，將工件放置於內爐膛1的爐腔11內(如圖1所示)；接著，進行加熱步驟：將加熱模組2移動罩蓋於內爐膛1外部(如圖2所示)，亦即加熱模組2可利用一移動裝置(如天車等)移動由上而下罩蓋於內爐膛1外部，而後可將加熱器22通電，對置於內爐膛1的爐腔11內的工件進行加熱，並將反應氣體導入內爐膛1進行預定的製程，加熱模組2的加熱可包含升溫及保溫的操作；加熱完成後，可將加熱模組2以移動裝置移動離開內爐膛1；所述的加熱步驟可維持數分鐘至數小時，其時間並不限制，可視其製程需求的不同而適當的變化；而後，進行冷卻步驟：將冷卻模組3移動罩蓋於內爐 膛1外部，亦即冷卻模組3可利用移動裝置移動由上而下罩蓋於內爐膛1外部，而後驅動適當的冷卻單元，如第一冷卻單元32、第二冷卻單元33及第三冷卻單元34三者之一、三者之二或全部，對置於內爐膛1之爐腔11內的工件進行冷卻降溫，使擴散爐可快速的下降到預期的溫度，降溫完成後，可將冷卻模組3以移動裝置移動離開內爐膛1；所述的冷卻步驟可維持數分鐘至數小時，其時間並不限制，可視其製程需求的不同而適當的變化。所述的加熱及冷卻步驟也可適當的依序重覆進行多次，視其製程需求的不同可適當的變化。

本發明擴散爐裝置的加熱模組2及冷卻模組3採用分離式的設計，兩者各自獨立，加熱模組2及冷卻模組3選擇性的罩蓋於內爐膛1外，使內爐膛1選擇性的位於第一空間211及第二空間311內。擴散爐裝置欲進行降溫作業時，可將加熱模組2移動離開內爐膛1，再將冷卻模組3罩蓋於內爐膛1，使得加熱模組2的餘熱不會影響內爐膛1及其內部的工件，可提升冷卻效率，使擴散爐快速的下降到預期的溫度。

本發明可用於銅銦鎵硒(CIGS)及銅銦鎵硒硫(CIGSS)等製程，但不以此為限。如圖6及圖7所示，以CIGS及CIGSS製程為例，加熱模組2可用於製程中的加熱(包含升溫及保溫)步驟，冷卻模組3可用於製程中的冷卻降溫步驟，利用冷卻模組3的設置，可使擴散爐快速的下降到預期的溫度(如圖6及7中的虛線L1、L2、L3所標示)。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內 容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

1‧‧‧內爐膛

11‧‧‧爐腔

12‧‧‧開口

13‧‧‧封閉元件

14‧‧‧進氣口

15‧‧‧出氣口

2‧‧‧加熱模組

21‧‧‧第一外爐膛

211‧‧‧第一空間

212‧‧‧第一開口

22‧‧‧加熱器

3‧‧‧冷卻模組

31‧‧‧第二外爐膛

311‧‧‧第二空間

312‧‧‧第二開口

32‧‧‧第一冷卻單元

321‧‧‧冷卻管路

33‧‧‧第二冷卻單元

331‧‧‧馬達

332‧‧‧扇葉

34‧‧‧第三冷卻單元

341‧‧‧進氣口

342‧‧‧出氣口

圖1為本發明擴散爐裝置第一實施例之示意圖。

圖2為本發明擴散爐裝置第一實施例加熱狀態之示意圖。

圖3為本發明擴散爐裝置第一實施例冷卻狀態之示意圖。

圖4為本發明擴散爐裝置第二實施例之示意圖。

圖5為本發明擴散爐裝置的加熱冷卻方法之流程圖。

圖6為本發明用於CIGS製程之時間-溫度關係圖。

圖7為本發明用於CIGSS製程之時間-溫度關係圖。

1‧‧‧內爐膛

11‧‧‧爐腔

12‧‧‧開口

13‧‧‧封閉元件

14‧‧‧進氣口

15‧‧‧出氣口

2‧‧‧加熱模組

21‧‧‧第一外爐膛

211‧‧‧第一空間

212‧‧‧第一開口

22‧‧‧加熱器

3‧‧‧冷卻模組

31‧‧‧第二外爐膛

311‧‧‧第二空間

312‧‧‧第二開口

32‧‧‧第一冷卻單元

321‧‧‧冷卻管路

33‧‧‧第二冷卻單元

331‧‧‧馬達

332‧‧‧扇葉

34‧‧‧第三冷卻單元

341‧‧‧進氣口

342‧‧‧出氣口

Claims (7)

1. 一種擴散爐裝置的加熱冷卻方法，包括步驟如下：將工件放置於一內爐膛的爐腔內；進行加熱步驟：將一加熱模組移動罩蓋於該內爐膛外部，該加熱模組包含一第一外爐膛及數個加熱器，該些加熱器對置於該內爐膛的爐腔內的工件進行加熱，並將反應氣體導入該內爐膛進行預定的製程，加熱完成後，將該加熱模組移動離開該內爐膛；以及進行冷卻步驟：將一冷卻模組移動罩蓋於該內爐膛外部，該冷卻模組包含一第二外爐膛及至少一冷卻單元，該至少一冷卻單元對置於該內爐膛的爐腔內的工件進行冷卻降溫，降溫完成後，將該冷卻模組移動離開該內爐膛。
2. 如申請專利範圍第1項所述之擴散爐裝置的加熱冷卻方法，其中該加熱模組利用一移動裝置移動罩蓋於該內爐膛外部及離開該內爐膛。
3. 如申請專利範圍第1項所述之擴散爐裝置的加熱冷卻方法，其中該冷卻模組利用一移動裝置移動罩蓋於該內爐膛外部及離開該內爐膛。
4. 如申請專利範圍第1項所述之擴散爐裝置的加熱冷卻方法，其中該加熱步驟及該冷卻步驟依序重覆進行多次。
5. 如申請專利範圍第1項所述之擴散爐裝置的加熱冷卻方法，其中該至少一冷卻單元為一第一冷卻單元，該第一冷卻單元包含有冷卻管路，該冷卻管路盤繞於該第二外爐膛內部，該冷卻管路內部循環有冷卻水，以進行水冷降溫。
6. 如申請專利範圍第1項所述之擴散爐裝置的加熱冷卻方法，其中該至少一冷卻單元為一第二冷卻單元，該第二冷卻單 元包含一馬達及一連接於該馬達的扇葉，該馬達驅動該扇葉轉動，以進行氣冷降溫。
7. 如申請專利範圍第1項所述之擴散爐裝置的加熱冷卻方法，其中該至少一冷卻單元為一第三冷卻單元，該第三冷卻單元包含有進氣口及出氣口，該進氣口輸送冷卻氣體至該第二外爐膛內，由該出氣口排出該第二外爐膛內的熱氣，以進行氣冷的降溫。