[实用新型]一种精密温度控制系统

说明书

技术领域

本实用新型属于电加热温度控制领域，具体是一种用于微电子、光电子、电力电子等半导体行业电加热设备的温度控制系统。

背景技术

就一般的带炉腔内管(例如石英管、SiC管等)的加热对象而言，由于受内管的阻碍以及对控制精度上并没有特别严格的要求，因而普遍采用的温度控制方式是在炉腔外壁中设置一支或多支热电偶作为对被控对象的温度检测，温控仪将检测值与温度设定值比较后，通过功率控制环节调整炉管的加热功率来控制反应管内的工艺片温度。该种温度控制技术简单、实用，成本较低，能够满足一般加热系统的需要。

但如果被控对象的温度控制精度要求严格，而受控对象又因气流、环境、电网电压的影响会随之产生较大的波动的话，则该控温方式就很难满足这种要求了。以常规扩散炉的控温方式为例，由于炉膛内壁离工艺片较远(一般在50mm以上)，加上气体的导热性较差以及反应管壁的阻隔，石英反应管中温度的变化要被置于炉壁上的热电偶感应到需一段较长的时间，工艺过程中，随着气体流量的变化，反应管内的温度会随之发生变化，而相对于这种变化，温度调节系统的动作会有较大的滞后性，从而造成反应管内温度的波动。

显然，像液相外延炉、高精密扩散炉这种对温度的稳定性、温度变化响应速度、温度动态调节范围等要求都很高而恒温区又频繁受到扰动的系统，若也采用这种热电偶远离被控点的方式来控温，必然会使被控对象温度的稳定时间拖得很长且会因工艺气体流量、环境温度、电源电压等变化而随之出现波动状态，因而很难满足高精度温度指标的要求。

要想在被控温度变化的同时能及时检测到并迅速作出反应，在最终被控对象(工艺片)的附近就必须有热电偶参与控温。

实用新型内容

为了克服常规温度控制装置不能实时检测和控制反应管内工艺片真实温度的不足，本实用新型提供了一种控温性能好，响应速度快的温度控制装置。它控温精度高、响应速度快并可真实反映工艺器件所处位置的实际温度，对于炉腔容积大、系统波动大、对温度要求严格的热工对象，可以获得理想的效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种精密温度控制系统，包括位于炉腔外壁的外热电偶和位于反应管内的内热电偶，其特征是，还包括一个由主调节器和副调节器串联组成的双输入回路温控仪，其中内热电偶通过补偿导线接至双输入回路温控仪中主调节器前的检测输入端，外热电偶则通过补偿导线接至双输入回路温控仪中主调节器后，副调节器前的检测输入端，双输入回路温控仪的控制输出端接至可控硅触发器，并通过可控硅和与其串联的变压器接入加热模块，其中双输入回路温控仪与工业控制计算机连接。

作为优选方案，所述内热电偶位于反应管尾部的小石英管内，所述小石英管内端封闭，开口端延伸至反应管外，且其沿反应管平行方向焊接于反应管内侧壁上。

作为优选方案，所述内热电偶一端连接在推拉工艺片的SiC桨座上，位于反应管前部。

上述双输入回路温控仪为SDC40B双输入回路温控仪。

本实用新型的工作原理是，在传统的反应管外壁控温的基础上，再在反应管内部新增加一套热电偶，同时，将传统的单输入回路温控仪改为采用双输入回路温控仪；内、外热电偶采集的温度信号通过双输入回路温控仪运算放大后形成串级模式控制炉体功率加热模块的输出，从而达到精密控温的目的。

根据设备的用途不同，可分别采取从反应管尾部或反应管前部设置内热电偶的方式。其中从反应管的尾部设置内热电偶比较简单，以石英反应管为例，只需在石英反应管的内侧壁与管子平行方向加焊一根内端封闭的小石英管，其位置尽可能靠近工艺片位置。小石英管的开口端延伸至石英反应管外，这样，将内热电偶放入小石英管后，即可近距离检测到工艺片附近的真实温度。而从炉口设置内热电偶的方式则相对要复杂很多，要考虑内热电偶与炉门的密封以及内热电偶可随推拉工艺片装置进出反应管而移动。本实用新型通过采用金属波纹管与石英炉门密封，而内热电偶则穿过金属波纹管和石英炉门进入反应管内部，从而达到与外部隔离的目的，同时，将金属波纹管、石英炉门、内热电偶一端固定在推拉工艺片的SiC桨座上，这样，内热电偶即可随SiC桨座的水平移动而进出反应管。

所述放置在反应管内的内热电偶通过补偿导线接至双回路温控仪的一个检测输入端，而外热电偶则通过补偿导线接至双输入回路温控仪的另一个检测输入端，双输入回路温控仪的控制输出接至可控硅触发器。双输入回路温控仪的温度设定值则通过与工业控制计算机通讯来由工艺运行程序自动设定。