CN111457617A - 用于半导体设备反应腔体控温的热交换器和直冷机 - Google Patents
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Abstract
用于半导体设备反应腔体控温的热交换器和直冷机，制冷芯片包括若干制冷模块，制冷模块包括P型、N型材料，所述P型、N型材料两端分别由金属导体连接；在制冷芯片的热端表面连接散热块的底座，散热块的散热面接通热交换板内部的冷却液体；制冷芯片的冷端接通反应腔体。直冷机包括热交换器、冷却液罐、泵和若干管道，冷却液罐中的冷却液经泵加压并通过管道输送到热交换器的热交换板中，且在带走热量后回流到冷却液罐；而另一热交换板接通反应腔体。本发明利用半导体控温芯片对反应腔体进行温控，使得控温精度以及能耗有一个明显的改善。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于半导体生产的精确控温设备，具体地说是一种用于半导体设备反应腔体控温的热交换器和直冷机。
背景技术
在半导体制造行业中，工艺反应腔体 (即晶片卡盘)控温通常采用直冷机；而现有的直冷机通常采用常规的压缩机，不仅能耗较大，且温控的精度很差，不能满足高精度的半导体生产要求。
CN 201320656711.5号中国专利提供了一种半导体温控储存装置，包括一箱体，箱体中设置有：半导体制冷***，包括一半导体制冷片，半导体制冷片的一端与水冷头连接，与水冷头中的液体进行热交换，另一端与一散热片连接，与箱体的外部进行热交换；水循环***，与半导体制冷片实现热交换，向箱体内提供冷风或热风；控制芯片，包括一单片机，驱动水循环***和半导体制***，制造成本低，适合于较小体积的物品的恒温密封保存。
发明内容
本发明为解决现有的问题，旨在提供一种用于半导体设备反应腔体控温的热交换器和直冷机。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括制冷芯片、散热块和热交换板，其中：
制冷芯片包括若干制冷模块，所述制冷模块包括P型、N型材料，所述P型、N型材料两端分别由金属导体连接；
在所述制冷芯片的一端表面连接散热块的底座，散热块的散热面接通热交换板内部的冷却液体；制冷芯片的另一端接通反应腔体。
其中，包括若干个电性并联的制冷芯片，所述相邻的制冷芯片之间共用一个热交换板，即所述热交换板的两侧分别连接两个散热块的散热面；而制冷芯片的另一端分别接通反应腔体。
其中，包括若干个电性串联的制冷芯片，即一个热交换板设若干个制冷芯片，其一端表面连接散热块的一侧，散热块的散热面分别接通热交换板内部的冷却液体；而制冷芯片的另一端接通反应腔体。
其中，所述热交换板内部设有液冷通道，所述液冷通道浸没所述散热块的散热面。
其中，液体通道在热交换板侧边的两端分别开设有进水口和出水口，所述进水口、出水口之间设有液冷通道；所述液冷通道浸没散热快的四周和散热面之间的空间。
其中，还包括密封圈，所述热交换板设有安装口，所述安装口的一侧接通冷却液体，安装口的另一侧连接散热块，散热块的散热面浸没于冷却液体中，而安装口和散热块的底座的连接面上设有密封圈。
其中，所述制冷芯片的冷端、热端表面分别设有防潮、防腐蚀和防静电的PTFE层。
其中，所述制冷芯片的另一端通过散热块连接另一热交换板，另一热交换板接通反应腔体。
本发明还提供一种用于半导体设备反应腔体控温的直冷机，包括上述的热交换器，还包括冷却液罐、泵和若干管道，其中，冷却液罐中的冷却液经泵加压并通过管道输送到热交换器的热交换板中，且在带走热量后回流到冷却液罐，以此形成液体循环；而另一热交换板接通反应腔体。
其中，还包括单向阀，所述单向阀设于用于液体循环的任一管道上。
其中，还包括过温保护装置，所述过温保护装置包括温度开关和加热电路，所述温度开关固定在热交换器的外表面上；所述温度开关设于加热电路总线上；温度开关可依据设定的温度范围而断开、连通加热电路。
其中，还包括控制器和为其供电的电源，控制器分别连接并控制泵、加热电路；控制器还通过触屏进行人机交互；并通过USB接口存储信息。
其中，还包括监控***，所述监控***包括若干直冷机，所述若干直冷机上分别设有通讯模块，所述通讯模块分别和服务器连接，所述通讯模块向服务器传输工作状态信息；服务器连接终端显示器。
和现有技术相比，本发明利用半导体控温芯片对反应腔体进行温控，使得控温精度以及能耗有一个明显的改善；本发明所提供的热价换器制冷效果好、冷却迅速，且可以根据需要便捷地调整数量和连接方式。
附图说明
图1为实施例一热交换器的结构示意图；
图2为实施例一热交换器的结构示意图；
图3为实施例二热交换器的结构示意图；
图4为实施例二热交换器的结构示意图；
图5为实施例三热交换器的结构示意图；
图6为实施例三热交换器的结构示意图；
图7为直冷机的结构拆分示意图；
图8为过温保护装置的结构示意图；
图9为液冷通道的结构示意图；
图10为制冷芯片的结构示意图；
图11为监控***的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步地说明。
实施例一
参见图1、图2，图1、图2展示的是本发明的第一个实施例，即单个单元的热交换器，包括制冷芯片、散热块和热交换板，其中：
制冷芯片包括若干制冷模块，所述制冷模块包括P型、N型材料，所述P型、N型材料两端分别由金属导体连接。
在所述制冷芯片的热端表面连接散热块的底座，散热块的散热面接通热交换板内部的冷却液体；制冷芯片的冷端接通反应腔体。
制冷芯片在通电后（接通制冷芯片的两个引脚）工作，施加到 N型材料的正电压将电子从 P型驱动到N型材料 并且回到电压源。冷端的温度随着吸热而降低。 然后热量传导到热端以通过散热器耗散。若电压反向，上述亦反向。
制冷芯片对反应腔体进行温控的控温精度、能耗有一个明显的改善。
实施例二
参见图2，图2展示的是本发明的第二个实施例，包括两个电性并联的制冷芯片，相邻的制冷芯片之间共用一个热交换板，即所述热交换板的两侧分别连接两个散热块的散热面；而制冷芯片的冷端分别接通反应腔体。
其工作原理同实施例一；而其电路根据并联关系设置，可以调整其制冷效果。
实施例三
参见图2，图2展示的是本发明的第二个实施例，
其中，包括十二个电性串联的制冷芯片，即热交换板设若六个串联的制冷芯片。有两个并联关系的热交换板，因此共计十二个。制冷芯片的热端表面连接散热块的一侧，散热块的散热面分别接通热交换板内部的冷却液体；而制冷芯片的冷端接通反应腔体。其工作原理同实施例一；而其电路根据串联关系设置，可以调整其制冷效果；并且可以根据实际需要，增加或者减少制冷芯片的数量，进一步优化制冷效果。
作为优选，参见图9，上述任一实施例中的热交换板内部设有液冷通道，所述液冷通道浸没所述散热块的散热面。本实施例的散热面为若干并排且平行的散热板。在热交换板侧边的两端分别开设有进水口和出水口，所述进水口、出水口之间为液冷通道。所述液冷通道浸没散热快的四周和散热面之间的空间。液冷通道内的冷却液可以快速地带走从散热面处出来的热量，
热交换板设有安装口，安装口的一侧接通冷却液体，安装口的另一侧连接散热块，散热块的散热面浸没于冷却液体中，安装口和散热块的底座的连接面上设有密封圈。密封圈将冷却液体和制冷芯片隔开，保证了水密性。
作为优选，参见图10，上述任一实施例中的制冷芯片的冷端、热端表面还可以别设有防潮、防腐蚀和防静电的PTFE层。PTFE即聚四氟乙烯，对金属表面进行表面处理后，进行喷涂加工起到保护金属的效果，具有优异的防腐蚀性能：抗化学品腐蚀等性能。
实施例四
参见图7、图8，本发明还提供一种用于半导体设备反应腔体控温的直冷机，包括箱体、热交换器、冷却液罐、泵和若干管道。其中，冷却液罐中的冷却液经泵加压并通过管道输送到热交换器的热交换板中，热交换器通过支架固定在箱体内；在带走热量后回流到冷却液罐，以此形成液体循环；而另一热交换板接通反应腔体。
使用中，控制器接受传感从工艺反应腔体 (晶片卡盘) 返回的工艺流体的温度,并通过TE芯片组改变供应给工艺反应腔体的工艺流体的温度, 以补偿工艺条件的变化。
泵是提供工艺冷却液体进行循环的动力装置，使冷却液能在热交换器、冷却液罐和工艺反应腔之间进行循环流动。
其中，参见图7，还包括单向阀，所述单向阀设于用于液体循环的任一管道上。单向阀内的冷却液体只能沿进水口方向流动，出水口处介质无法回流。它用于液压***中防止液体反向流动。当在冷却液罐里液体加满时，单向阀处会形成液体的循环，同时也会阻止多余的液体进入冷却液罐。
其中，参见图8，还包括过温保护装置，所述过温保护装置包括温度开关和加热电路，所述温度开关固定在热交换器的外表面上；所述温度开关设于加热电路总线上；温度开关可依据设定的温度范围而断开、连通加热电路，且固定在热交换器表面。当热交换器温度过高时，温度开关会断开加热电路；而当热交换器温度恢复正常后电路才会联通。
其中，还包括控制器和为其供电的电源，控制器分别连接并控制泵、加热电路。；控制器接受主机台反馈回来的信号对温度进行控制，到达生产设备需要的条件。在控制部分加了散热块可以有效的降低控制单元产生的热量，提高单元的使用寿命。
控制器还通过触屏进行人机交互，可以在上面显示实际温度曲线的变化方便客户观察。
控制器通过USB接口存储信息，可以在USB接口下载到近三个月的温度数据，方便解决问题。
此外，还设有隔离板，隔离板用于分割电子控制单元和机械部分，起到保护电子控制单元的作用，同时也确保控制部分产生的热量不影响到热交换器的正常工作。
进一步地，参见图11，还设置有监控***。所述监控***包括若干直冷机，所述若干直冷机上分别设有通讯模块，所述通讯模块分别和服务器连接，所述通讯模块向服务器传输工作状态信息；服务器连接终端显示器。
通过加装一套通讯模块（包含RS232、RS484等主流通讯信号），使不同的直冷机能与服务器进行实时的通讯，从而可以让用户在终端显示器处实时监测所有冷水机的工作状态。
本***每个终端显示器可以同时监测255台直冷机。在半导体行业工厂，直冷机的使用非常广泛，每个工厂会有上千台的直冷机设备，直冷机的安装位置也会非常分散，用户每天需要花费大量的人力来进行巡检。通过使用直冷机中央监测***，用户可以在办公室或者车间里的专用终端显示器实时的监测每台直冷机的工作状况，可以大大的提高用户的工作效率并且节省大量的人力资源。
上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。
Claims (13)
1.一种用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：包括制冷芯片、散热块和热交换板，其中：
制冷芯片包括若干制冷模块，所述制冷模块包括P型、N型材料，所述P型、N型材料两端分别由金属导体连接；
在所述制冷芯片的一端表面连接散热块的底座，散热块的散热面接通热交换板内部的冷却液体；制冷芯片的另一端接通反应腔体。
2.根据权利要求1所述的用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：包括若干个电性并联的制冷芯片，所述相邻的制冷芯片之间共用一个热交换板，即所述热交换板的两侧分别连接两个散热块的散热面；而制冷芯片的另一端分别接通反应腔体。
3.根据权利要求1所述的用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：包括若干个电性串联的制冷芯片，即一个热交换板设若干个制冷芯片，其一端表面连接散热块的一侧，散热块的散热面分别接通热交换板内部的冷却液体；而制冷芯片的另一端接通反应腔体。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：所述热交换板内部设有液冷通道，所述液冷通道浸没所述散热块的散热面。
5.根据权利要求4所述的用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：液体通道在热交换板侧边的两端分别开设有进水口和出水口，所述进水口、出水口之间设有液冷通道；所述液冷通道浸没散热快的四周和散热面之间的空间。
6.根据权利要求4或5所述的用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：还包括密封圈，所述热交换板设有安装口，所述安装口的一侧接通冷却液体，安装口的另一侧连接散热块，散热块的散热面浸没于冷却液体中，而安装口和散热块的底座的连接面上设有密封圈。
7.根据权利要求1、2或3所述的用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：所述制冷芯片的冷端、热端表面分别设有防潮、防腐蚀和防静电的PTFE层。
8.根据权利要求1、2或3所述的用于半导体设备反应腔体控温的热交换器，其特征在于：所述制冷芯片的另一端通过散热块连接另一热交换板，另一热交换板接通反应腔体。
9.一种用于半导体设备反应腔体控温的直冷机，其特征在于：包括权利要求1-8所述任一的热交换器，还包括冷却液罐、泵和若干管道，其中，冷却液罐中的冷却液经泵加压并通过管道输送到热交换器的热交换板中，且在带走热量后回流到冷却液罐，以此形成液体循环；而另一热交换板接通反应腔体。
10.根据权利要求9所述的用于半导体设备反应腔体控温的直冷机，其特征在于：还包括单向阀，所述单向阀设于用于液体循环的任一管道上。
11.根据权利要求9所述的用于半导体设备反应腔体控温的直冷机，其特征在于：还包括过温保护装置，所述过温保护装置包括温度开关和加热电路，所述温度开关固定在热交换器的外表面上；所述温度开关设于加热电路总线上；温度开关可依据设定的温度范围而断开、连通加热电路。
12.根据权利要求9所述的用于半导体设备反应腔体控温的直冷机，其特征在于：还包括控制器和为其供电的电源，控制器分别连接并控制泵、加热电路；控制器还通过触屏进行人机交互；并通过USB接口存储信息。
13.根据权利要求9-12任一所述的用于半导体设备反应腔体控温的直冷机，其特征在于：还包括监控***，所述监控***包括若干直冷机，所述若干直冷机上分别设有通讯模块，所述通讯模块分别和服务器连接，所述通讯模块向服务器传输工作状态信息；服务器连接终端显示器。
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