[發明專利]用于半導體工藝控溫設備的石蠟相變蓄熱溫度調節裝置

在審

• 申請號: 201710294681.0
• 申請日: 2017-04-28
• 公開（公告）號: CN106969532A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 芮守禎;何茂棟;張申;劉紫陽;孫華敏;趙力行;鄒昭平;蔣俊海;于浩
• 申請（專利權）人: 北京京儀自動化裝備技術有限公司
• 主分類號: F25B21/02
• 分類號: F25B21/02;F25B49/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于控溫設備技術領域，特別涉及一種用于半導體工藝控溫設備的石蠟相變蓄熱溫度調節裝置，更詳細地涉及具有利用壓縮機排氣廢熱，通過石蠟相變蓄熱，對載冷劑進行溫度調節的裝置。

背景技術

在芯片、晶元、液晶面板、集成電路等半導體產品生產加工過程中，半導體產品生產主工藝設備對加工溫度有著很苛刻的要求。主工藝設備在半導體產品加工過程中，需要維持恒定的環境溫度，如果配套控溫設備溫度波動過大就會造成廢品和殘次品，引起不必要的經濟浪費。現在主流的給主工藝設備配套的控溫設備溫控能力可以達到空載狀態下溫度波動不超過±0.05℃，帶載狀態下不超過±0.5℃。目前常用的控溫方式為間接制冷系統，是利用控溫設備的制冷系統冷卻載冷劑，再經過電加熱器進行溫度調節，持續不斷地向主工藝設備端供應恒溫載冷劑，通過載冷劑與主工藝設備熱交換腔進行熱量交換，維持半導體主工藝設備的恒溫狀態。

目前半導體行業為主工藝設備進行控溫的設備，主要采用上述控溫方式。該控溫方式所用控溫設備的結構及原理如圖1，此類設備的控溫工作方式包括制冷控制工作方式及載冷劑控制工作方式，其中：

制冷控制工作方式時，該設備由壓縮機1、冷凝器2、電子膨脹閥3、蒸發器4、冷凝器進水管8、冷凝器出水管9、壓縮機排氣管10、冷凝器出液管11、蒸發器進液管12、壓縮機回氣管13等部件組成。工作原理敘述如下：壓縮機1在電機驅動下通過做功將低溫低壓的制冷劑蒸汽轉化為高溫高壓的制冷劑氣體，壓縮機1高溫高壓排氣通過壓縮機排氣管10進入冷凝器2內，廠務水經由冷凝器進水管8進入冷凝器2內對壓縮機1排氣進行冷凝換熱，吸收排氣廢熱后廠務水由冷凝器出水管9輸送至廠務水冷水機進行冷卻循環；冷凝器2將高壓高溫蒸汽冷凝為高溫高壓的液體制冷劑，經由冷凝器出液管11進入電子膨脹閥3進行節流降溫降壓；經過節流降溫降壓后的低溫制冷劑液體經由蒸發器進液管12進入蒸發器4內，并通過吸收載冷劑的熱量蒸發為飽和制冷劑蒸汽；制冷劑低溫低壓飽和蒸汽經由壓縮機回氣管13回到壓縮機1進行做功，進而再進入下一個制冷循環。

載冷劑控制工作方式時，該設備由蒸發器4、溶液泵5、電加熱器6、主工藝設備端7、載冷劑出液管14、載冷劑回液管15等部件組成。工作原理敘述如下：載冷劑經過主工藝設備端7進行熱交換后，經由載冷劑回液管15輸送至蒸發器4內進行降溫冷卻，經冷卻的載冷劑經由載冷劑出液管14進入溶液泵5進行循環泵送；經冷卻的載冷劑低于主工藝設備端7的要求溫度，需經過電加熱器6進行溫度調節，滿足要求后送入主工藝設備端7進行換熱，從而完成一個完整的換熱循環。

上述半導體產品生產主工藝設備所配屬的控溫設備主要存在以下問題：

1、該控溫設備主要通過電子膨脹閥3的開度來調節通過蒸發器4內制冷劑的多少，從而冷卻載冷劑所帶來的熱量，該載冷劑經蒸發器4降溫后一般要低于半導體產品生產主工藝設備要求的工作溫度，因此需要通過電加熱器6對過冷的載冷劑再進行加熱調溫，一方面壓縮機1由于需將載冷劑帶來的熱量降下去因而需多耗費一定量的電能，另一方面使用電加熱器6進行熱量平衡又將耗費大量的電能，導致所配屬設備電功率增大，電流也較大，電器選型及電纜均為相應增大，加之平時高昂的運行成本，對半導體生產企業來說無疑是一種巨大負擔。

2、冷凝器2所需的廠務水均是半導體生產企業配屬專用的冷水機對壓縮機排氣所產生的廢熱進行冷凝，經冷凝后的廠務水帶走的熱量需要耗費一定量的電能，也是一種能量浪費。

發明內容

本發明的目的是針對半導體產品主工藝設備所配屬的溫控設備配備電加熱器耗能大和廠務水冷水機能耗兩方面問題，提出一種石蠟相變蓄熱溫度調節裝置。一方面利用壓縮機排氣的廢熱通過石蠟相變蓄熱溫度調節裝置來代替常規配置的電加熱器，對載冷劑進行溫度調節，另一方面因一部分壓縮機排氣無需經過冷凝器進行冷凝，所以減少了廠務水所需帶走的熱量，進而降低了半導體企業冷水機的耗電，從而起到節能的作用，大幅減低半導體企業的運行成本。

本發明提出的一種用于半導體工藝控溫設備的石蠟相變蓄熱溫度調節裝置，其特征在于，包括外殼以及位于該外殼內的多個溫度調節單元，相鄰兩個溫度調節單元之間、以及溫度調節單元與外殼之間均設有壓縮機排氣換熱腔；每個溫度調節單元均包括中部的載冷劑換熱腔及位于該載冷劑換熱腔兩側的石蠟蓄熱腔；各石蠟蓄熱腔的上、下端分別均通過石蠟連通管連通，各載冷劑換熱腔的一端分別均設有載冷劑出液管接口、另一端分別均設有載冷劑進液管接口，各壓縮機排氣換熱腔一端分別均設有壓縮機排氣進氣管接口、另一端分別均設有壓縮機排氣出液管接口。