半导体温度控制装置及其控制方法
阅读说明：本技术 半导体温度控制装置及其控制方法 (Semiconductor temperature control device and control method thereof ) 是由 冯涛 宋朝阳 靳李富 李文博 马健 曹小康 芮守祯 董春辉 何茂栋 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种半导体温度控制装置及其控制方法,该装置包括压缩制冷单元、循环液单元和载冷剂单元,循环液单元包括多个循环液通道,压缩制冷单元包括蒸发器,载冷剂单元包括载冷剂水箱、多个换热器及多个三通阀,每一循环液通道包括循环液水箱,换热器与三通阀一一对应设置,载冷剂水箱的出口通过分支管路同时与多个换热器的载冷剂入口连通,三通阀的第一入水口与分支管路中对应的分支相连通,三通阀的第二入水口与换热器的载冷剂出口相连,三通阀的出口与蒸发器的载冷剂入口相连,蒸发器的载冷剂出口与载冷剂水箱相连,换热器的循环液出口连通循环液水箱,换热器的循环液入口用于连通循环液的回流管路,提高循环液通道的控温精度且能耗小。(The invention provides a semiconductor temperature control device and a control method thereof, the device comprises a compression refrigeration unit, a circulation liquid unit and a secondary refrigerant unit, the circulation liquid unit comprises a plurality of circulation liquid channels, the compression refrigeration unit comprises an evaporator, the secondary refrigerant unit comprises a secondary refrigerant water tank, a plurality of heat exchangers and a plurality of three-way valves, each circulation liquid channel comprises a circulation liquid water tank, the heat exchangers and the three-way valves are arranged in a one-to-one correspondence manner, the outlets of the secondary refrigerant water tanks are simultaneously communicated with secondary refrigerant inlets of the plurality of heat exchangers through branch pipelines, the first water inlets of the three-way valves are communicated with corresponding branches in the branch pipelines, the second water inlets of the three-way valves are connected with the secondary refrigerant outlets of the heat exchangers, the outlets of the three-way valves are connected with the secondary refrigerant inlets of the evaporator, the secondary refrigerant outlets of the evaporator are connected with the secondary refrigerant water tanks, and a circulating liquid inlet of the heat exchanger is used for communicating a return pipeline of circulating liquid, so that the temperature control precision of a circulating liquid channel is improved, and the energy consumption is low.)
技术领域
本发明涉及半导体制冷技术领域，尤其涉及一种半导体温度控制装置及其控制方法。
背景技术
在半导体生产过程中常用温控设备作为刻蚀、物理气相沉积、化学气相沉积等加工工艺的辅助制造设备。在这些工艺过程中，需要提供高精度、稳定的循环液入口温度。
若使用单一的制冷单元控制多个独立目标温度的媒体或物体，因每个通道的运行温度区间可能不同，现在多是设置多路完全独立的压缩机系统或者通过一路压缩机和多路膨胀阀共同配合以实现多个独立温度的控制。但，采用多路完全独立的压缩机系统需要多个压缩机，能耗高；一个压缩机连接多路膨胀阀，调节膨胀阀时会影响其他各路膨胀阀的流量，控温精度低，容易出现运行不稳或失控。
发明内容
本发明提供一种半导体温度控制装置及其控制方法，用以解决现有技术中多个独立温度控制时容易出现运行不稳或失控进而导致控温精度低的缺陷。
本发明提供一种半导体温度控制装置，包括压缩制冷单元及循环液单元，还包括载冷剂单元，所述循环液单元包括多个循环液通道，
所述压缩制冷单元包括蒸发器，所述载冷剂单元包括载冷剂水箱、多个换热器及多个三通阀，每一所述循环液通道包括循环液水箱，所述换热器与所述三通阀一一对应设置，
所述载冷剂水箱的出口通过分支管路同时与多个所述换热器的载冷剂入口连通，每一所述三通阀的第一入水口与所述分支管路对应的分支相连通，所述三通阀的第二入水口与所述换热器的载冷剂出口相连，所述三通阀的出水口与所述蒸发器的载冷剂入口相连，所述蒸发器的载冷剂出口与所述载冷剂水箱相连，所述换热器的循环液出口连通所述循环液水箱，所述换热器的循环液入口用于连通循环液的回流管路。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置，所述载冷剂水箱的进口设有第一温度传感器。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置，每一所述循环液通道还包括加热器，所述加热器用于加热所述循环液水箱内的循环液温度。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置，每一所述循环液水箱的出水口安装有第二温度传感器。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置，每一所述循环液水箱的进口安装有第三温度传感器，每一所述换热器的循环液入口设有第四温度传感器。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置，每一所述循环液水箱的出口安装有循环液水泵。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置，所述载冷剂水箱的出口安装有载冷剂水泵。
本发明还提供一种半导体温度控制装置控制方法，所述半导体温度控制装置为如上所述的半导体温度控制装置，所述载冷剂水箱输出的载冷剂通过分支管路分流，所述分支管路的每一分支通过所述三通阀控制流经所述换热器的载冷剂流量，其中，所述载冷剂单元的目标温度S0小于多个所述循环液通道中目标温度的最小值Smin。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置控制方法，根据所述循环液水箱的入口温度控制所述三通阀的开度，根据所述循环液水箱的出口温度控制所述加热器的开度。
根据本发明提供的一种半导体温度控制装置控制方法，根据所述载冷剂单元的目标温度与当前温度控制所述压缩制冷单元的输出。
本发明提供的半导体温度控制装置及其控制方法，借助载冷剂单元为循环液单元提供恒温的载冷剂，经由分支管路将恒温载冷剂分流并通过三通阀调节分支管路各分支流入换热器的制冷剂量，进而控制换热器的制冷输出，当调节三通阀时，各分支管路中其他各支路中的载冷剂量保持不变，从而避免阀体调节过程中容易出现的管路压力波动，提高各循环液通道的控温精度；另外，通过一个压缩制冷单元实现多个独立温度的控制，能耗小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的半导体温度控制装置的结构示意图；
附图标记：
1：压缩制冷单元； 2：载冷剂单元； 3：循环液单元；
4：蒸发器； 5：载冷剂水箱； 6：换热器；
7：循环液水箱； 8：三通阀； 9：加热器；
10：第一温度传感器； 11：第二温度传感器； 12：第三温度传感器；
13：第四温度传感器； 14：循环液水泵； 15：载冷剂水泵。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1描述本发明半导体温度控制装置的结构。
如图1所示，本发明实施例提供一种半导体温度控制装置，其包括压缩制冷单元1、载冷剂单元2及循环液单元3。每一循环液单元3包括多个循环液通道，压缩制冷单元1包括蒸发器4，载冷剂单元2包括载冷剂水箱5、多个换热器6及多个三通阀8，每一循环液通道包括循环液水箱7。
载冷剂水箱5的出口通过分支管路同时与多个换热器6的载冷剂入口连通，三通阀8的第一入水口与连接换热器6的载冷剂入口的管路连通，每一换热器6的载冷剂出口均与对应的三通阀8的第二入水口相连通，各三通阀8的出水口与蒸发器4的载冷剂入口相连。由此，经由分支管路分流至各换热器6的载冷剂通过三通阀8调节流入换热器6内的流量，从而控制换热器6的制冷输出。换热器6的循环液出口通过循环液水箱7与负载相连，以冷却负载；流经负载后的循环液回流至换热器6的循环液入口。
该半导体温度控制装置中，蒸发器4、载冷剂水箱5、多个三通阀8和多个换热器6的载冷剂管路形成封闭的载冷剂回路，每个换热器6的循环液管路和循环液水箱7共同形成封闭的循环液回路，循环液回路用于冷却负载。
本发明实施例提供的半导体温度控制装置，借助载冷剂单元2为循环液单元3提供恒温的载冷剂，经由分支管路将恒温载冷剂分流并通过三通阀8调节分支管路各分支内流入换热器6的制冷剂量，进而控制换热器6的制冷输出。由于三通阀8与分支管路中的分支连通，也即在分流后才连通载冷剂流通管路，当调节三通阀8时，各分支管路中流通的载冷剂量保持不变，从而避免阀体调节过程中容易出现的管路压力波动，提高各循环液通道的控温精度。而且，整个半导体温度控制装置通过一个压缩制冷单元1实现多个独立温度的控制，能耗小。
为了方便监测压缩制冷单元1的制冷能力，在载冷剂水箱5的进口设有第一温度传感器10。该第一温度传感器10用于采集载冷剂的当前温度。具体地，根据第一温度传感器10采集的载冷剂当前温度和载冷剂的目标温度控制压缩制冷单元1的输出。
具体地，每一循环液通道还包括加热器9，加热器9用于加热循环液水箱7内的循环液温度。加热器9采用电加热管或电加热棒等加热结构，电加热管插装在循环液水箱7内且靠近循环液水箱7的底部，电加热管的电触头外露于循环液水箱7以便与外部电路连接。通过和接触器连接以控制加热器9的开启与关闭。
每一循环液水箱7的出水口安装有第二温度传感器11。其中，第二温度传感器11用于检测循环液水箱7的出液温度，根据第二温度传感器11检测的循环液出水温度与循环液预设目标温度的差值控制加热器9的加热量，根据差值变化增大或减少加热量。
在上述实施例基础上，每一循环液水箱7的进口安装有第三温度传感器12，每一换热器6的循环液入口设有第四温度传感器13。第三温度传感器12用于检测循环液进入循环液水箱7的温度，第四温度传感器13用于检测循环液流过负载后的回流温度，根据第三温度传感器12、第四温度传感器13以及循环液预设目标温度判断控温状态，控温状态分为空载、加载中和卸载中三个。根据不同的控温状态控制三通阀8的开度以调整换热器6的制冷输出量，降低能耗。
其中，每一循环液水箱7的出口安装有循环液水泵14。载冷剂水箱5的出口安装有载冷剂水泵15。
具体地，如图1所示，循环液通道有三条，每条循环液通道均包括加热器9、循环液水箱7及循环液水泵14。经过换热器6冷却后的循环液汇入循环液水箱7，在循环液水泵14的泵送下冷却负载，待负载被冷却后通过回流至换热器6的循环液入口。对应的，载冷剂水箱5排出的载冷剂经由分支管路分为三路，分支管路的分支、换热器6的载冷剂管路及三通阀8形成载冷剂流道，三条载冷剂流道的入口均与载冷剂水箱5的出口连通，三条载冷剂流道的出口均与蒸发器4的载冷剂管路连通。其中，每条载冷剂流道中，三通阀8的一个入水口与换热器6的载冷剂出口相连，三通阀8的另一个入水口与分支管路中对应的分支相连通以便分流汇入换热器6的载冷剂流量，三通阀8的出水口与蒸发器4的载冷剂入口相连。每条循环液通道中，在循环液水箱7的进口和出口分别设置温度传感器，在循环液的回流管路上同样设有温度传感器。本发明实施例提供的半导体温度控制装置，载冷剂单元2中通过分支管路将载冷剂分为多路，比如，三个循环液通道中，载冷剂单元2向分支管路的第一个分支提供20％的载冷剂，向分支管路的另外两个分支分别提供50％和30％的载冷剂，当然，也可以向分支管路的三个分支提供等量的载冷剂，具体根据实际需要设置。分支管路的每一分支与三通阀8连通，借助三通阀8调节流入换热器6载冷剂量，进而控制换热器6的制冷输出。本发明实施例提供的半导体温度控制装置，调节三通阀8的开度时不会影响分支管路中其他分支的载冷剂流量，从而避免阀体调节过程中管路压力波动，借助三通阀8控制调节进入换热器6的载冷剂量，从而控制换热器6的制冷输出量。
除此之外，本发明实施例还提供一种半导体温度控制装置控制方法，以控制上述半导体温度控制装置，载冷剂水箱5通过分支管路分流，分流后分支管路中各分支的载冷剂互不影响。分支管路的每一分支通过三通阀8控制流经换热器6的载冷剂流量。其中，载冷剂单元2的目标温度S0小于多个循环液通道中目标温度的最小值Smin。以三个循环液通道为例，第一个循环液通道的目标温度为25°，第二个循环液通道的目标温度为30°，第三个循环液通道的目标温度为20°，则载冷剂单元2的目标温度S0低于20°。比如，载冷剂单元2的目标温度S0可以为15°或10°，具体与蒸发器4的换热量及载冷剂的流量有关系。
根据循环液水箱7的入口温度控制三通阀8的开度，根据循环液水箱7的出口温度控制加热器9的开度。根据载冷剂单元2的目标温度与当前温度控制压缩制冷单元1的输出。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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