一种扩散炉智能温控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种扩散炉智能温控系统，它包括若干可控硅、触发电路、温控仪、PLC控制器、热电偶、舟控制装置、质量流量计、冷端组件、气体混合控制器和触摸屏。本发明专利技术采用具有结构紧凑、控温精度高和性能稳定特点的温控仪，通过分别设置在扩散炉炉体内各个温区内和炉壁上的热电偶采集扩散炉各个温区的温度，能够对扩散炉的多温区进行同步测控；采用上述温控仪后，本发明专利技术对扩散炉的各个温区实现了单回路和串级控制，不仅具有集成度高、精度高、稳定性好、功能强大和功耗低等特点，而且降低了硬件成本，减少了编程人员的工作量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及扩散炉温控装置，具体地说是一种扩散炉智能温控系统。
技术介绍
高温氧化扩散炉是半导体制造业中对硅片进行热生长氧化的一种重要设备。在高温氧化扩散炉体内硅片与外部供给的高纯氧气反应，使硅片上生成一层氧化层。这层氧化层的质量、稳定性和介质特性等性能对MOS工艺中的栅结构至关重要。温度是影响氧化层特性的关键工艺参数，影响氧化层生长速度、均匀性等特性。氧化工艺要求硅片上各个区间与各个硅片都处于一致均匀、稳定的温度场中，对炉膛恒温区间的温度一致性、稳定性要求极高；并且为了使各个硅片特性一致，在不同工艺温度之间的变化过程中，要求所有硅片所处温度尽量一致变化。针对高温氧化扩散设备，多数厂家采用美国Brooks、日本岛电SHIMADEN和日本理化RKC等国际名牌的温度调节仪表。此类仪表为通用型温度仪表，多是单回路仪表，如果实现一个温区的串级控制，则需要两个仪表串联。扩散炉至少需要三个温区，如要串级控制，则需要6个仪表。该类仪表价格昂贵，一台就需要几千，高的近万元。这样实现高精度的扩散炉的控制仅需要的仪表成本就高达几万。常规的扩散炉控制系统一般采用工业控制机+PLC+温度调节仪表，在工艺要求温度精度较高的场合，采用两个仪表实现串级控制，图中用虚线标出的是串级副环控制图。其中炉内永久热电偶做主控制回路，炉壁热电偶做副控制回路。这样如果有三段温区，则需要6个温度调节仪表，为保证精度该仪表原则上采用进口调节仪表。这样对于分离仪表控制方案，不仅价格昂贵，而且需要许多的补偿导线，仪表之间连线也多。这种方案不仅硬件成本高，而且在控制功能上受到很多限制:主要体现在对各分离单元单独进行控制，整个系统无法实施综合、协调控制，更无法对数字气体质量流量计的控制，难以实现最高精度。多只温控表的使用，一方面使温控系统电路结构复杂，故障率增加，另一方面由于温控表为单回路控温方式，因此造成各加热区温度波动较大，影响了电子产品氧化质量。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种扩散炉智能温控系统，其具有集成度高、功耗低和成本低等特点。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是:一种扩散炉智能温控系统，包括可控硅、触发电路、温控仪、PLC控制器、热电偶、舟控制装置和质量流量计，其特征是，还包括冷端组件、气体混合控制器和工控机或触摸屏，所述可控硅包括分别与设置在扩散炉炉体内的若干个电阻丝连接的若干个可控硅，所述触发电路分别与可控硅和温控仪连接；所述热电偶包括若干个炉内热电偶和若干个炉壁热电偶，所述炉内热电偶分别设置在扩散炉炉体内各个温区并分别通过冷端组件与温控仪连接，所述炉壁热电偶分别设置在各个温区的扩散炉炉壁上并分别通过冷端组件与温控仪连接；所述PLC控制器分别与温控仪和扩散炉的舟控制装置连接，所述气体混合控制器分别与温控仪和质量流量计连接，所述质量流量计设置在扩散炉的气体输入管道中，所述质量流量计和扩散炉炉体之间的气体输入管道中还设置有气动阀，所述气动阀的控制端与PLC控制器连接；所述工控机或触摸屏与PLC控制器连接。进一步地，所述冷端组件内设置有温度传感器，所述温度传感器与温控仪连接。进一步地，所述扩散炉炉体内设置5个温区，所述每个温区相应设置一个电阻丝、一个炉内热电偶和一个炉壁热电偶。进一步地，所述温控仪包括处理器、数据采集电路、输出控制电路、RS485接口、网络接口、存储模块和电源模块；所述数据采集电路包括热电偶数据采集电路和冷端组件温度采集电路，所述热电偶数据采集电路包括依次串联接的低通滤波电路、A/D转换模块和磁耦隔离电路，所述低通滤波电路与热电偶连接，所述磁耦数字隔离电路与处理器连接，所述冷端组件温度采集电路包括与温度传感器连接的A/D转换模块，所述与温度传感器连接的A/D转换模块通过磁耦隔离电路与温控仪连接；所述输出控制电路包括4-20mA电流输出电路、PWM脉冲输出电路、控制回路输出电路和报警继电器输出电路，所述4-20mA电流输出电路包括磁耦隔离电路、D/A转换模块和V/I转换电路，所述D/A转换模块通过磁耦隔离电路与处理器连接，所述V/I转换电路与D/A转换模块连接，所述PWM脉冲输出电路、控制回路输出电路和报警继电器输出电路分别通过光电隔离电路与处理器连接；所述RS485接口包括分别通过磁耦隔离电路与处理器连接的主、从RS485接口 ；所述网络接口和存储模块分别与处理器连接；所述电源模块为温控器提供工作电源。进一步地，所述存储模块包括铁电存储器和EEPROM存储器，所述铁电存储器用于存储实时数据记录，所述EEPROM存储器用以参数掉电保护。本专利技术的有益效果是，本专利技术采用的温控仪具有结构紧凑、控温精度高和性能稳定的特点，能够对扩散炉的多温区进行同步测控；采用上述温控仪后，本专利技术不仅具有集成度高、精度高、稳定性好、功能强大和功耗低等特点，而且降低了硬件成本，减少了技术人员对温控仪进行设置的工作量。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步说明:图1是本专利技术结构示意图；图2是本专利技术所述温控仪的原理框图；图中，I可控硅、2触发电路、3温控仪、4PLC控制器、51炉内热电偶、52炉壁热电偶、6舟控制装置、7质量流量计、8冷端组件、9气体混合控制器、10触摸屏、11扩散炉炉体、12电阻丝、13气体输入管道、14气动阀。具体实施例方式如图1和图2所示，本专利技术的一种扩散炉智能温控系统，包括可控硅1、触发电路2、温控仪3、PLC控制器4、热电偶、舟控制装置6、质量流量计7、冷端组件8、气体混合控制器9和触摸屏10。所述扩散炉炉体内设置5个温区，所述每个温区相应设置一个电阻丝12、一个炉内热电偶51和一个炉壁热电偶52,所述可控娃I包括分别与设置在扩散炉炉体11内的，5个电阻丝12连接的5个可控硅，所述触发电路2分别与可控硅I和温控仪3连接；所述热电偶包括5个炉内热电偶51和5个炉壁热电偶52，所述炉内热电偶51分别设置在扩散炉炉体I内的5个温区并分别通过冷端组件8与温控仪3连接，所述炉壁热电偶52分别设置在5个温区的扩散炉炉壁上并分别通过冷端组件8与温控仪3连接；所述PLC控制器4分别与温控仪3和扩散炉的舟控制装置6连接，所述气体混合控制器9分别与温控仪3和质量流量计7连接，所述质量流量计7设置在扩散炉的气体输入管道13中，所述质量流量计7和扩散炉炉体11之间的气体输入管道中还设置有气动阀14，所述气动阀14的控制端与PLC控制器4连接；所述触摸屏10与PLC控制器4连接。进一步地，所述冷端组件内设置有温度传感器，所述温度传感器可以采用PT100热电阻，所述PTlOO热电阻与温控仪连接。图2是本专利技术所述温控仪的原理框图。如图2所示，本专利技术所述的温控仪包括处理器、数据采集电路、输出控制电路、RS485接口、网络接口、存储模块和电源模块；所述数据采集电路包括热电偶数据采集电路和冷端组件温度采集电路，所述热电偶数据采集电路包括依次串联接的低通滤波电路、A/D转换模块和磁耦隔离电路，所述低通滤波电路分别与炉内热电偶和炉壁热电偶连接，所述磁耦数字隔离电路与处理器连接，所述冷端组件温度采集电路包括与温度传感器连接的A/D转换模块，所述与温度传感器连接的A/D转换模块通过磁耦隔离电路与温控仪连接；所述输出控制电路包括4-20mA电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩散炉智能温控系统，包括可控硅、触发电路、温控仪、PLC控制器、热电偶、舟控制装置和质量流量计，其特征是，还包括冷端组件、气体混合控制器和工控机或触摸屏，所述可控硅包括分别与设置在扩散炉炉体内的若干个电阻丝连接的若干个可控硅，所述触发电路分别与可控硅和温控仪连接；所述热电偶包括若干个炉内热电偶和若干个炉壁热电偶，所述炉内热电偶分别设置在扩散炉炉体内各个温区并分别通过冷端组件与温控仪连接，所述炉壁热电偶分别设置在各个温区的扩散炉炉壁上并分别通过冷端组件与温控仪连接；所述PLC控制器分别与温控仪和扩散炉的舟控制装置连接，所述气体混合控制器分别与温控仪和质量流量计连接，所述质量流量计设置在扩散炉的气体输入管道中，所述质量流量计和扩散炉炉体之间的气体输入管道中还设置有气动阀，所述气动阀的控制端与PLC控制器连接；所述工控机或触摸屏与PLC控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种扩散炉智能温控系统，包括可控硅、触发电路、温控仪、PLC控制器、热电偶、舟控制装置和质量流量计，其特征是，还包括冷端组件、气体混合控制器和工控机或触摸屏，所述可控硅包括分别与设置在扩散炉炉体内的若干个电阻丝连接的若干个可控硅，所述触发电路分别与可控硅和温控仪连接； 所述热电偶包括若干个炉内热电偶和若干个炉壁热电偶，所述炉内热电偶分别设置在扩散炉炉体内各个温区并分别通过冷端组件与温控仪连接，所述炉壁热电偶分别设置在各个温区的扩散炉炉壁上并分别通过冷端组件与温控仪连接； 所述PLC控制器分别与温控仪和扩散炉的舟控制装置连接，所述气体混合控制器分别与温控仪和质量流量计连接，所述质量流量计设置在扩散炉的气体输入管道中，所述质量流量计和扩散炉炉体之间的气体输入管道中还设置有气动阀，所述气动阀的控制端与PLC控制器连接；所述工控机或触摸屏与PLC控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种扩散炉智能温控系统，其特征是，所述冷端组件内设置有温度传感器，所述温度传感器与温控仪连接。3.根据权利要求1所述的一种扩散炉智能温控系统，其特征是，所述扩散炉炉体内设置5个温区，所述每个温区相应设置一个电阻丝、一个炉内热电偶和一个炉壁热电偶。4.根据权利要求1所述的一种扩散炉智能温控系统，其特征是，所述温控仪包括处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，周志群，张志伟，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：