一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置，該裝置包括順序連接的壓力控制部分、流量控制部分、氣體擴(kuò)散方式控制部分。在PLC控制器的控制下，實(shí)現(xiàn)將紊亂的渦流氣體變成緩和的平流氣體。本發(fā)明通過對(duì)氣體濃度、擴(kuò)散方式及壓力的控制為反應(yīng)提供了更加良好的環(huán)境，精確控制反應(yīng)所需的氣體濃度，減少原流量對(duì)反應(yīng)的影響，穩(wěn)定的氣體環(huán)境充分提高了擴(kuò)散方阻的均勻性，提高質(zhì)量的成品率，更加符合目前產(chǎn)品要求。
【專利說明】
一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池板加工行業(yè)中形成PN節(jié)的擴(kuò)散工藝，具體是一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]擴(kuò)散爐是半導(dǎo)體生產(chǎn)線前工序的重要工藝設(shè)備之一，在太陽能電池制作過程中， 擴(kuò)散制作P — N節(jié)是晶體硅太陽能電池的核心，也是電池質(zhì)量好壞的關(guān)鍵之一。對(duì)于擴(kuò)散工序，最大問題在于如何保障擴(kuò)散的均勻性。對(duì)擴(kuò)散的均勻性影響最大的就是反應(yīng)氣體的濃度和穩(wěn)定的氣流以及穩(wěn)定的氣體壓力環(huán)境，由此可以看出，對(duì)于工藝氣體濃度、穩(wěn)定的氣流、穩(wěn)定的壓力的精確控制顯得尤為重要。
[0003]關(guān)于擴(kuò)散爐氣體控制方面，中國(guó)專利CN203159746U提供了一種擴(kuò)散爐爐體內(nèi)的氣體壓力平衡控制系統(tǒng)，但該系統(tǒng)僅僅是對(duì)氣體的壓力環(huán)境進(jìn)行了改善，而并未涉及對(duì)氣體濃度，氣體擴(kuò)散方式的控制，改善氣體僅僅應(yīng)用一個(gè)壓力傳感器不能全面準(zhǔn)確的反應(yīng)爐體內(nèi)的壓力，所以根本不具備完善的可靠的氣體控制能力。
[0004]關(guān)于想通過結(jié)構(gòu)改變氣體控制，中國(guó)專利CN103603052A提供了一種改變擴(kuò)散爐氣體的新型氣路，其通過三個(gè)管道通入共同器皿中進(jìn)行氣體融合，來達(dá)到氣體濃度的控制，明顯的沒有從根源上控制氣體的濃度，而且其提到改善氣體的分布均勻性改變擴(kuò)散方阻的均勻性，但方阻形成與氣體擴(kuò)散過程中的擴(kuò)散方式有很大的關(guān)心，其并未進(jìn)行控制，也存在較大的不足。
[0005]中國(guó)專利CN103696020A提供了一種用于負(fù)壓擴(kuò)散爐的原流量控制系統(tǒng)，該方法通過壓力值改變?cè)瓪饬鞯牧髁?，的確能減少原流量對(duì)反應(yīng)的影響，但是也由于控制裝置的滯后性，不利于反應(yīng)充分有效的進(jìn)行，大大降低產(chǎn)品性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，而提供了一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置。
[0007]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置，包括壓力控制部分、流量控制部分和氣體擴(kuò)散方式控制部分；壓力控制部分包括分別與PLC控制器連接的壓力開關(guān)和電磁閥，該壓力控制部分分別設(shè)置在擴(kuò)散爐的各個(gè)進(jìn)氣管道之上，通過壓力開關(guān)和電磁閥控制整個(gè)爐體的內(nèi)的壓力； 流量控制部分為熱式氣體質(zhì)量流量控制器，與壓力控制部分連接，通過熱式氣體質(zhì)量流量控制器控制氣體流量；氣體擴(kuò)散方式控制部分與流量控制部分連接，通過其內(nèi)設(shè)置的氣體障板形成平流氣體。
[0008]所述熱式氣體質(zhì)量流量控制器包括速度傳感器和溫度傳感器，自動(dòng)補(bǔ)償和校正氣體溫度變化，并通過數(shù)字PID技術(shù)控制氣體流量，不斷地快速改變?cè)礆怏w和其他氣體的比例。
[0009]所述氣體擴(kuò)散控制部分由設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體障板構(gòu)成，該氣體障板為一間隔相等設(shè)置的矩形隔板，通過矩形隔板形成緩和的平流氣體。
[0010]進(jìn)一步的，所述壓力控制部分分別安裝在擴(kuò)散爐的氣體匯總管道之前的各個(gè)分管道上，壓力開關(guān)與PLC控制器的輸入端口連接，并通過PLC控制器控制電磁閥輸出，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定要求時(shí)打開電磁閥開關(guān)，進(jìn)行供氣。
[0011]進(jìn)一步的，所述氣體擴(kuò)散方式控制部分分別安裝在擴(kuò)散爐尾部，其氣室大小根據(jù)擴(kuò)散爐的大小而定，當(dāng)氣體通過一定厚度氣體隧道時(shí)，將紊亂的渦流氣體約束成緩和的平流層氣體。
[0012]所述氣體障板采用耐高溫陶瓷材質(zhì)制成。
[0013]通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可以產(chǎn)生如下有益效果:1.該裝置在擴(kuò)散爐氣體控制上，兼顧的氣體壓力、濃度、均勻擴(kuò)散方式的精確控制，在以PLC控制器為核心的控制下，通過壓力開關(guān)和電磁閥配合的壓力控制裝置，安全有效的控制氣體的壓力環(huán)境；2.通過熱式氣體質(zhì)量流量控制器，其具有溫度傳感器能夠自動(dòng)地補(bǔ)償和校正氣體溫度變化，杜絕溫度對(duì)氣體控制的影響；3.在增量式數(shù)字PID的調(diào)控不斷地快速的改變?cè)礆怏w和其他氣體的比例，這樣既可以保證反應(yīng)的有效進(jìn)行，又可以減少源流氣體對(duì)反應(yīng)的影響，還可以保證穩(wěn)定的壓力環(huán)境；4.在氣體擴(kuò)散控制裝置的控制下，形成緩和的平流氣體，杜絕了強(qiáng)氣流對(duì)反應(yīng)器件的沖擊，均勻的氣體擴(kuò)散方式又提高了擴(kuò)散方阻的均勻性?！靖綀D說明】
[0014]圖1為本發(fā)明擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1.反應(yīng)源氣體管道2.反應(yīng)載流氣體管道3.第一清洗氣體管道4.第二清洗氣體管道5.壓力開關(guān)6.電磁閥7.熱式氣體質(zhì)量流量控制器8.氣體匯總管道9.氣室10.氣體擴(kuò)散控制裝置11.排氣栗?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]參照?qǐng)D1，一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置，包括壓力控制部分、 流量控制部分、氣體擴(kuò)散方式控制部分。其中:壓力控制部分由與PLC控制器連接的壓力開關(guān)5和電磁閥6構(gòu)成，分別安裝在靠近氣體匯總管道8的各分支管道上，即分別在反應(yīng)源氣體管道1、反應(yīng)載流氣體管道2、第一清洗氣體管道3、第二清洗氣體管道4上先安裝壓力開關(guān)5,在其之后安裝電磁閥6,每個(gè)壓力開關(guān)5 的輸出對(duì)應(yīng)PLC控制器的一個(gè)輸入端口，每個(gè)電磁閥6的輸入端對(duì)應(yīng)PLC控制器的一個(gè)輸出端口，在保證安全的前提下通過壓力開關(guān)5和電磁閥6有效的調(diào)控氣體的濃度并保持穩(wěn)定的爐體壓力環(huán)境，控制整個(gè)爐體內(nèi)的壓力；在壓力開關(guān)5和電磁閥6與氣體匯總管道8之間安裝流量控制部分，即熱式氣體質(zhì)量流量控制器7，該控制器7對(duì)比傳統(tǒng)的人工閥門設(shè)定，熱式氣體質(zhì)量流量控制器7具有自動(dòng)補(bǔ)償矯正氣體溫度和流量精確控制的優(yōu)點(diǎn)，通過PLC的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)字PID控制。
[0017] 熱式氣體質(zhì)量流量控制器7分別包含一個(gè)速度傳感器和一個(gè)溫度傳感器。熱式氣體質(zhì)量流量控制器7與輸出PLC控制器的A/D模塊相連，通過速度傳感器檢測(cè)氣體流速，將模擬量通過A/D模塊轉(zhuǎn)換后傳給PLC控制器，PLC控制器接收數(shù)據(jù)后與既定時(shí)刻的工藝曲線對(duì)比，通過A/D模塊調(diào)整與誤差，自動(dòng)地補(bǔ)償和校正氣體溫度變化，并可以通過數(shù)字PID技術(shù)控制氣體流量;實(shí)現(xiàn)流量控制。流量控制部分采用增量式數(shù)字PID技術(shù)，采用增量式數(shù)字PID技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):首先，算式中不需要累加，控制增量的確定僅與最近3次的采樣值有關(guān)，容易通過加權(quán)處理獲得比較好的控制效果;其次，計(jì)算機(jī)每次只輸出控制增量，即對(duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的變化量，故機(jī)器發(fā)生故障時(shí)影響范圍小、不會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程;最后，手動(dòng)一自動(dòng)切換時(shí)沖擊小。當(dāng)控制從手動(dòng)向自動(dòng)切換時(shí)，可以作到無擾動(dòng)切換。在增量式數(shù)字PID的控制下可以根據(jù)工藝曲線給定的數(shù)據(jù)，根據(jù)在不同時(shí)刻需要?dú)怏w量的標(biāo)準(zhǔn)，可以通過速度傳感器檢測(cè)氣體的流量大小，將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過A/D模塊轉(zhuǎn)化后傳給PLC，PLC在接收數(shù)據(jù)后通過增量式數(shù)字PID快速調(diào)節(jié)D/A模塊輸出，通過模擬量大小控制的可變大小的閥門，溫度傳感器能夠自動(dòng)地補(bǔ)償和校正氣體溫度變化，杜絕溫度對(duì)氣體控制的影響。通過熱式氣體質(zhì)量流量控制器7不斷地快速的改變?cè)礆怏w和其他氣體的比例，這樣既可以保證反應(yīng)的有效進(jìn)行，又可以減少源流氣體對(duì)反應(yīng)的影響，還可以保證穩(wěn)定的壓力環(huán)境。[〇〇18]反應(yīng)源氣體管道1、反應(yīng)載流氣體管道2、第一清洗氣體管道3、第二清洗氣體管道4 與擴(kuò)散爐尾部相連，在擴(kuò)散爐尾部安裝氣體擴(kuò)散控制部分10,氣體經(jīng)過壓力控制部分、流量控制部分后進(jìn)入爐體尾部，經(jīng)氣體擴(kuò)散方式控制部分10后形成平流氣體進(jìn)入反應(yīng)爐體。
[0019]氣體擴(kuò)散方式控制部分10安裝在擴(kuò)散爐距離尾部一定的距離處，該控制部分由設(shè)置在氣室內(nèi)的氣體障板構(gòu)成，該氣體障板為采用耐高溫陶瓷材料制成的一整塊間隔相等設(shè)置的矩形隔板，通過矩形隔板形成緩和的平流氣體。氣體障板實(shí)質(zhì)是氣體的分層、阻隔裝置，當(dāng)氣體通過一定厚度氣體隧道時(shí)，將紊亂的渦流氣體約束成緩和的平流層氣體。該部分既有效的防止強(qiáng)氣流對(duì)反應(yīng)器件的沖擊，又可以保證穩(wěn)定的氣體環(huán)境，有利于擴(kuò)散方阻的均勻性。
[0020]氣體匯總管道8后為氣室9,氣體擴(kuò)散方式控制部分10設(shè)置在氣室9內(nèi)，其另一端為輔助排氣栗11，氣室9的大小根據(jù)擴(kuò)散爐的大小而定，但不可將氣室9的空間保留過大。氣體在氣體匯總管道8處合并混合，在氣室9處聚集，在氣體擴(kuò)散方式控制部分10的氣體障板處分割形成平流氣體，再經(jīng)排氣栗11進(jìn)入爐腔內(nèi)開始進(jìn)行反應(yīng)。
[0021]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，并不能作為本發(fā)明專利的有效范圍限制。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思前提下，做出的若干變形或改進(jìn)均屬于本發(fā)明的有效保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種擴(kuò)散爐氣體濃度及擴(kuò)散方式的自動(dòng)控制裝置，其特征是:包括壓力控制部分、流 量控制部分和氣體擴(kuò)散方式控制部分；壓力控制部分包括分別與PLC控制器連接的壓力開關(guān)和電磁閥，該壓力控制部分分別 設(shè)置在擴(kuò)散爐的各個(gè)進(jìn)氣管道之上，通過壓力開關(guān)和電磁閥控制整個(gè)爐體的內(nèi)的壓力；流量控制部分為熱式氣體質(zhì)量流量控制器，與壓力控制部分連接，通過熱式氣體質(zhì)量 流量控制器控制氣體流量；氣體擴(kuò)散方式控制部分與流量控制部分連接，通過其內(nèi)設(shè)置的氣體障板形成平流氣 體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制裝置，其特征是:所述熱式氣體質(zhì)量流量控制器包括 速度傳感器和溫度傳感器，自動(dòng)補(bǔ)償和校正氣體溫度變化，并通過數(shù)字PID技術(shù)控制氣體流 量，不斷地快速改變?cè)礆怏w和其他氣體的比例。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制裝置，其特征是:所述氣體擴(kuò)散控制部分由設(shè)置在氣 室內(nèi)的氣體障板構(gòu)成，該氣體障板為一間隔相等設(shè)置的矩形隔板，通過矩形隔板形成緩和 的平流氣體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制裝置，其特征是:所述壓力控制部分分別安裝在擴(kuò)散 爐的氣體匯總管道之前的各個(gè)分管道上，壓力開關(guān)與PLC控制器的輸入端口連接，并通過 PLC控制器控制電磁閥輸出，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定要求時(shí)打開電磁閥開關(guān)，進(jìn)行供氣。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制裝置，其特征是:所述氣體擴(kuò)散方式控制部分分別安 裝在擴(kuò)散爐尾部，其氣室大小根據(jù)擴(kuò)散爐的大小而定，當(dāng)氣體通過一定厚度氣體隧道時(shí)，將 紊亂的渦流氣體約束成緩和的平流層氣體。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)控制裝置，其特征是:所述氣體障板采用耐高溫陶瓷材質(zhì) 制成。
【文檔編號(hào)】C30B31/18GK106012025SQ201610582108
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日
【發(fā)明人】高鵬, 耿浩, 徐晉勇, 唐焱, 張應(yīng)紅, 孫寧, 唐亮, 高成, 王巖, 黃偉
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)