[发明专利]一种快速热处理温度测控系统和测控方法有效
申请号: | 200810224640.5 | 申请日: | 2008-10-22 |
公开(公告)号: | CN101727118A | 公开(公告)日: | 2010-06-09 |
发明(设计)人: | 唐景庭;邱小莎;钟新华 | 申请(专利权)人: | 北京中科信电子装备有限公司 |
主分类号: | G05D23/22 | 分类号: | G05D23/22;H01L21/00 |
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地址: | 101111 北京市中关村科*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 快速 热处理 温度 测控 系统 方法 | ||
1.一种快速热处理温度测量与控制系统,包括两只红外高温计、标准K型 热电偶硅晶片、温度信号处理器、热电偶测温仪、加热功率调节器、交流电压过 零检测器、定时计数器、可控硅控制信号隔离放大器、可控硅加热电源、加热灯 组和控制计算机,其特征在于:
所述的红外高温计输出与温度信号处理器连接;所述的温度信号处理器输出 与控制计算机连接;所述的标准K型热电偶硅晶片输出与热电偶测温仪连接;所 述的热电偶测温仪输出与控制计算机连接;所述的加热功率调节器内置于计算机 的程序中;所述的交流电压过零检测器输出与定时计数器连接;所述的定时计数 器输出与可控硅控制信号隔离放大器连接;所述的可控硅控制信号隔离放大器输 出与可控硅加热电源控制信号连接;所述的可控硅加热电源输出与加热灯组连 接;所述的可控硅加热电源输入分别与三相交流电压A、B、C相连接;所述的温 度信号处理器、热电偶测温仪、定时计数器与控制计算机连接,由计算机协调动 作并进行控制。
2.如权利要求1所述的一种快速热处理温度测量与控制系统,其特征在于: 所述的温度测量采用红外高温计进行非接触式温度测量,并设计有温度测量校准 过程,确保了测量精确;所述的加热功率调节器用软件程序实现,不是通常的 PID调节,而是自行开发的自适应PID调节,满足了温度快速跟踪的要求。
3.一种实施如权利要求1所述的一种快速热处理温度测量与控制系统的温 度精确测量与控制方法,包括温度测量校准过程、温度实时检测与控制过程和温 度均匀性分布调整过程,其特征在于:
所述的温度测量校准过程包括如下步骤:
(1)将标准K型热电偶硅晶片放置于加热腔之中,并将其两电极的引线连 接到热电偶测温仪上,热电偶测温仪与计算机连接,该标准K型热电偶硅晶片的 温度同时可以用高温计和热电偶测到;
(2)炉门关闭,计算机控制给加热灯组通电,调整好加热功率;
(3)随着标准K型热电偶硅晶片温度的持续上升,计算机从热电偶测温仪、 红外高温计1、红外高温计2获取标准K型热电偶硅晶片的实时温度值yi、x1i、 x2i,从400~1300℃采集几十个点;
(4)以上采集的每组数据中,热电偶测温仪的温度读值视为标准读值,则两 高温计读值、热电偶测温仪读值三值之间的关系可拟合为一线性多项式:
y=a0+a1x1+a2x2 ①
y-热电偶测温仪读值,标准值,
x1-红外高温计1的读值,
x2-红外高温计2的读值;
(5)根据(3)步采集到的数据,采用最小二乘法拟合法列出线性方程组, 求解出方程①的系数a0、a1、a2,这样就得到红外高温计测温的校准公式;
(6)从炉腔中取出标准K型热电偶硅晶片,以备下次校准再用;
硅晶片温度实时检测与控制过程包括如下步骤:
(7)在计算机中编辑好快速热处理工艺温度曲线;
(8)将需进行快速热处理的硅晶片放置于加热腔中,计算机控制点亮加热 灯,并给定时计数器赋值,设置起始灯加热功率;
(9)灯加热功率比值与计数器计数值的关系可用公式②表示:
PT-加热灯的满功率值,
Pn-加热灯的实时功率值,
η-加热灯功率比值,
n-在η加热灯功率比值下可控硅导通角对应的计数值,
10000-n-定时计数器的设定值,即可控硅的截止角值;
(10)用红外高温计测量硅晶片的温度,然后将其与工艺温度曲线上对应的 温度设置值进行比较,根据比较的结果,调整灯加热功率的比值,算出对应的n 计数值;
(11)将新计算出的值10000-n送给定时计数器,调节加热灯组的加热功率;
(12)反复多次步骤(10)和(11),使硅晶片的温度变动轨迹尽可能接近 地跟踪工艺温度曲线,完成整个快速热处理工艺周期,整个快速热处理工艺周期 为几十秒到几百秒;
(13)等待十多秒,硅晶片冷却,取出硅晶片;
硅晶片温度均匀性分布调整过程包括如下步骤:
(14)将加热腔设计中采用的28根卤钨灯管进行分区,共分成10个灯区, 顶层5个灯区,底层5个灯区;
(15)控制设计为10个灯区的加热功率可分别进行独立的调节,每个灯区 的功率比值可调;
(16)设置各个灯区加热功率比值,确定各个灯区的加热功率比例系数,按 前段所述硅晶片温度实时检测与控制过程进行快速热处理工艺周期;
(17)取出处理后的硅晶片,用四探针方块电路测试仪测试其表面电阻分布 状况;
(18)根据硅晶片表面电阻分布情况,调节各个灯区加热功率比值;
(19)反复多次步骤(16)到(18),直到处理后的硅晶片表面电阻分布达 到均匀性误差范围。
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