一种MPCVD设备温度控制装置及控制方法与流程

一种mpcvd设备温度控制装置及控制方法
技术领域
1.本发明涉及mpcvd设备技术领域，具体为一种mpcvd设备温度控制装置及控制方法。


背景技术：

2.mpcvd设备是一种常见的气相沉积设备，特别是在金刚石的生产中，mpcvd设备通过等离子体在基片台上的基片表面沉积金刚石。为实现批量生产，会按照阵列的方式在基片台上放置基片，同时为了实现金刚石在各个基片表面均匀沉积，会要求各个基片的上表面温度在金刚石的生长过程尽量保持一致。
3.现有技术在基片台上配置加热器，并通过加热器来实现基片温度的控制；但是，加热器是对整个基片台进行控温，并无法实现对基片台某一区域的温度控制。此加热方式仅适用于制备金刚石薄膜，不能精准控制基片台各个区域的散热以及调控各个基片的温度，加热器并不能使得所有基片温度保持一致。
4.因此，人们需要一种mpcvd设备温度控制装置及控制方法来解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种mpcvd设备温度控制装置及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种mpcvd设备温度控制装置，该温度控制装置包括基片台、底座，所述底座设置在基片台下方，底座内设置有感应组件、冷却组件，所述感应组件与基片台固定，所述冷却组件与基片台管道连接，所述感应组件连接有控制系统。感应组件通过塞贝克效应对基片台各个区域的温度进行监测，并将监测时产生的电流传输到控制系统中，控制系统根据电流大小对冷却组件中水流的流速进行控制，基片台温度越高，冷却水的流速就越大，冷却组件对基片台各个区域的温度进行调节，从而实现基片台局部温度的调节。
7.所述基片台包括若干组基片；所述感应组件包括若干组感应板，每组所述感应板分别对应设置在每组基片的下方，每组所述感应板下方均设置有转接箱，每组所述转接箱均与控制系统电性连接；所述冷却组件包括若干组基舱，每组所述基舱分别对应设置在每组转接箱的下方，每组所述基舱上均设置有传输管，所述传输管的另一端依次经过转接箱、感应板并与基片管道连接，每组所述基片远离传输管的一端设置有出水支管。若干组基片组成基片台，每组基片下方均安装有感应板，感应板对基片上的温度进行监测，并通过塞贝克效应产生电流，转接箱与感应板电性连接，转接箱连接外部控制系统，控制系统对感应板产生的电流大小进行检测，并通过电流大小得知基片温度的高低，控制系统并对流入转接箱中的电流大小进行调节，转接箱通过从控制系统处流入的电流对传输管中的冷却水进行再次调节，基舱作为冷却水进入传输管的中转舱，转接箱控制基舱内部的水压，使基舱内部水压变大或变小，使传输管中的水流流速变大或减小。本控制装置通过加快冷却水的流速
以及降低冷却水的温度，从而达到快速降低基片温度的效果，每一个感应板监测一个基片，每一个基舱连接一个基片，通过多对一的方式，实现对每一个基片温度的精准控制，通过若干组感应板和基舱的设置，从而实现对基片台每一个区域温度的精准控制。
8.每组所述感应板的下方均设置有第一半导体和第二半导体，所述第一半导体和第二半导体的另一端均插入转接箱的内部，每组所述转接箱的内部均设置有转接组件，所述转接组件与第一半导体及第二半导体电性连接，若干组所述转接组件均与控制系统电性连接；所述感应组件还包括若干组调控组件，每组所述调控组件分别与每组转接组件电性连接，所述调控组件一端设置在传输管中，调控组件另一端设置在基舱中。第一半导体和第二半导体以及感应板相互配合通过塞贝克效应对基片的温度进行监测并产生电流，控制系统通过转接组件对第一半导体和第二半导体产生的电流进行监测，并通过转接组件向调控组件中传输电流，调控组件通过珀尔帖效应对传输管中的冷却水温度进行调节，同时对基舱中膨胀板的温度进行调控，膨胀板温度上升使传输管中的冷却水的流速提高，膨胀板温度降低使传输管中冷却水的流速减小。
9.所述转接组件包括端子排、换向箱，所述端子排分别与第一半导体、第二半导体、换向箱以及控制系统电性连接；所述调控组件包括冷却网、加热板，所述加热板设置在基舱中，所述冷却网设置在传输管中，所述冷却网两侧分别设置有第三半导体、第四半导体，所述第三半导体与换向箱电性连接，所述第四半导体与加热板电性连接，所述加热板与换向箱电性连接。换向箱改变控制系统输入到调节组件中电流的流动方向，换向箱使电流从第三半导体流入加热板中或使电流从加热板流入第三半导体中，通过电流流动方向的改变使冷却网制冷或制热，使加热板制热或制冷，冷却网、第三半导体、第四半导体以及加热板为实现珀尔帖效应的基础元件，冷却网对传输管中冷却水的温度进行调节，加热板使基舱内部的水压变大或减小。
10.每组所述基舱内部均设置有塑型板，所述塑型板上方设置有固定板，所述固定板两端设置有固定柱，所述固定柱的另一端与基舱内壁固定，所述塑型板上端两侧分别设置有竖板，所述塑型板下方设置有膨胀板，塑型板两端内部均设置有延伸板，每组所述延伸板上均设置有随动板，两组所述随动板分别位于两组竖板的外侧，随动板与膨胀板固定，所述加热板设置在膨胀板内部。两组竖板、固定板以及基舱相互配合形成中转水箱，随动板通过延伸板在基舱中进行滑动，通过随动板的滑动实现基舱内部水压的变化，固定柱和固定板相互配合对塑型板在基舱中位置的固定，塑型板对膨胀板的膨胀方向进行控制，膨胀板由膨胀系数高的材料做成，膨胀板受热膨胀，由于塑型板对膨胀板的膨胀方向进行控制，使膨胀板只能在横向上膨胀，通过膨胀板的膨胀实现随动板的滑动，延伸板在伸出塑型板后替代塑型板对膨胀板进行膨胀方向上的控制。
11.所述膨胀板由膨胀系数高的材料做成，每组所述基舱上均开设有两组通水槽，一组所述通水槽与传输管连接，另一组所述通水槽连接有总进水管，所述基舱内部上端设置有套壳，所述套壳内部对应两组随动板的方向分别设置有两组限流板，两组所述限流板均穿过竖板并分别与两组随动板固定，两组所述限流板以及套壳两端载对应通水槽的位置均开设有水流槽，所述限流板对套壳上的水流槽进行阻挡，限流板与套壳相互配合对冷却水的流速进行控制。膨胀板膨胀后，随动板在基舱中往外运动，并拉动限流板在套壳中滑动，从而使限流板对水流的阻挡面积减小，使冷却水进入中转水箱的口径变大，从而使中转水
箱中的水压变大，使传输管中的冷却水的流速变大。
12.所述换向箱包括换向壳，所述换向壳上设置有盖板，所述换向壳的壳体上设置有第一引出端子和第二引出端子，所述换向壳内部设置有转动机器，所述转动机器与盖板固定，所述盖板与端子排滑动连接，盖板上开设有环形的滑槽，所述滑槽内设置有第一接引柱和第二接引柱，所述第一接引柱和第二接引柱均与端子排电性连接，所述第一接引柱与第一引出端子电性连接，所述第二接引柱与第二引出端子电性连接。
13.一种mpcvd设备温度控制方法，该控制方法包括如下步骤：
14.s1、启动mpcvd设备，同时启动控制系统；
15.s2、感应组件对基片台各个区域的温度进行监控，并将温度监控信息反馈给控制系统；
16.s3、控制系统根据s2中的温度监控信息控制冷却组件对基片台各个区域的温度进行调控；
17.s4、关闭mpcvd设备，并关闭控制系统。
18.步骤s2的具体步骤如下：
19.a)每个感应板分别对每个基片的温度进行感应；
20.b)感应板接受基片传递的热量，感应板与第一半导体、第二半导体通过塞贝克效应产生电流；
21.c)第一半导体和第二半导体通过端子排将电流传输给控制系统。
22.步骤s3的具体步骤如下：
23.1)控制系统根据电流的大小分析每个基片的温度；
24.2)控制系统根据基片的温度对流入第三半导体或加热板的温度进行控制；
25.3)冷却网对传输管中冷却水的温度进行调控；
26.4)加热板对膨胀板的温度进行控制，使基舱中的水压增大或减小，使传输管中冷却水的流速变大或变小；
27.5)调温和调速后的冷却水进入基片中，实现对基片温度的调控。
28.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
29.1、本控制装置通过加快冷却水的流速以及降低冷却水的温度，从而达到快速降低基片温度的效果，每一个感应板监测一个基片，每一个基舱连接一个基片，通过多对一的方式，实现对每一个基片温度的精准控制，通过若干组感应板和基舱的设置，从而实现对基片台每一个区域温度的精准控制。
30.2、本技术通过再次降低冷却水的温度以及提高冷却水的流速提高对基片降温的效率，而且，通过对冷却水进行升温和对冷却水流速进行降低，从而降低基片的降温效率，进而可以快速实现该基片与周围基片温度的统一，通过加速基片的降温速度以及降低基片的降温速度，可以快速实现基片台温度的统一。
附图说明
31.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
32.图1是本发明的各个组件的位置安装示意图；
33.图2是本发明的整体结构示意图；
34.图3是本发明的转接组件与调控组件的连接结构示意图；
35.图4是本发明的基舱内部结构示意图；
36.图5是本发明的换向箱结构示意图；
37.图6是本发明的图2中a区域的结构示意图；
38.图7是本发明的基舱俯视结构示意图；
39.图8是本发明的套壳与限流板的结构示意图；
40.图9是本发明的感应板与第一半导体和第二半导体的结构示意图。
41.图中：1、基片；2、感应组件；3、冷却组件；4、底座；5、控制系统；2
‑
1、感应板；2
‑
2、第一半导体；2
‑
3、第二半导体；2
‑
4、转接箱；2
‑
5、防护壳；2
‑
6、第三半导体；2
‑
7、第四半导体；2
‑
8、加热板；2
‑
41、转接组件；2
‑
42、端子排；2
‑
43、换向壳；2
‑
44、盖板；2
‑
45、转动机器；2
‑
46、第一接引柱；2
‑
47、第二接引柱；2
‑
48、第一引出端子；2
‑
49、第二引出端子；2
‑
51、冷却网；3
‑
1、基舱；3
‑
2、塑型板；3
‑
3、随动板；3
‑
4、延伸板；3
‑
5、固定板；3
‑
6、固定柱；3
‑
7、套壳；3
‑
8、限流板；3
‑
9、传输管；3
‑
10、总进水管；3
‑
11、总出水管；3
‑
12、膨胀板。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
43.请参阅图1
‑
9，本发明提供技术方案：一种mpcvd设备温度控制装置，该温度控制装置包括基片台、底座4，底座安装在基片台下方，底座4内从上往下依次安装有感应组件2、冷却组件3，感应组件2与基片台固定，冷却组件3与基片台管道连接，感应组件2连接有控制系统5，冷却组件3与外接的供水系统连接。
44.基片台包括若干组基片1，若干组基片1共同组成基片台，每组基片1中均开设有s型的降温水槽。
45.感应组件2包括若干组感应板2
‑
1，每组感应板2
‑
1分别对应安装在每组基片1的下方，每组感应板2
‑
1下方均设置有转接箱2
‑
4，转接箱2
‑
4安装在底座4中，并不与感应板2
‑
1接触。
46.每组感应板2
‑
1的下方均安装有第一半导体2
‑
2和第二半导体2
‑
3，第一半导体2
‑
2和第二半导体2
‑
3的另一端均插入转接箱2
‑
4的内部。
47.每组所述转接箱2
‑
4的一侧安装有防护壳2
‑
5，每组转接箱2
‑
4的内部均安装有转接组件2
‑
41，转接组件2
‑
41包括端子排2
‑
42、换向箱，端子排2
‑
42分别与第一半导体2
‑
2、第二半导体2
‑
3、换向箱以及控制系统5电性连接，第一半导体2
‑
2和第二半导体2
‑
3通过端子排2
‑
42将电流传递到控制系统5中，控制系统5对电流的大小进行分析，从而得知基片1的温度。
48.进一步的优化，控制系统5将若干组第一半导体2
‑
2和第二半导体2
‑
3传递的电流进行收集，并用于缓解温度控制装置的电流能耗。
49.端子排2
‑
42上对应换向箱的位置连接并固定有两组导电柱；
50.换向箱包括换向壳2
‑
43，换向壳2
‑
43上转动安装有盖板2
‑
44，换向壳2
‑
43内部设置有转动机器2
‑
45，转动机器2
‑
45为将电能、空气压缩后产生的能量转为机械能的设备，如电动机、旋转气缸等，转动机器2
‑
45与盖板2
‑
44固定，转动机器2
‑
45使盖板2
‑
44在换向壳2
‑
43进行180
°
的转动。
51.换向壳2
‑
43的壳体上安装有第一引出端子2
‑
48和第二引出端子2
‑
49，盖板2
‑
44上开设有环形的滑槽，两组导电柱均位于滑槽中，滑槽内设置有第一接引柱2
‑
46和第二接引柱2
‑
47，两组导线柱分别与第一接引柱2
‑
46和第二接引柱2
‑
47接触并将电流导入第一接引柱2
‑
46和第二接引柱2
‑
47，第一接引柱2
‑
46与第一引出端子2
‑
48电性连接，第二接引柱2
‑
47与第二引出端子2
‑
49电性连接。
52.初始状态时，电流通过导电柱从第一接引柱2
‑
46中流入，并通过第一引出端子2
‑
48流向第三半导体2
‑
6，当盖板2
‑
44在转动机器2
‑
45的支撑下进行转动时，电流通过导电柱从第二接引柱2
‑
47中流入，并通过第二引出端子2
‑
49流向第四半导体2
‑
7。
53.感应组件2还包括若干组调控组件；
54.调控组件包括冷却网2
‑
51、加热板2
‑
8，加热板2
‑
8安装在基舱3
‑
1中，防护壳2
‑
5套设在传输管3
‑
9的外侧，对传输管3
‑
9进行位置固定和隔温，冷却网2
‑
51安装在传输管3
‑
9中，冷却网2
‑
51由至少两组滤网构成，冷却网2
‑
51两侧分别安装有第三半导体2
‑
6、第四半导体2
‑
7，防护壳2
‑
5将冷却网2
‑
51、第三半导体2
‑
6及第四半导体2
‑
7罩在内部，第三半导体2
‑
6和第四半导体2
‑
7通过冷却网2
‑
51连接在一起。
55.电流通过冷却网2
‑
51流入第三半导体2
‑
6或第四半导体2
‑
7，当电流从第三半导体2
‑
6经过冷却网2
‑
51流入第四半导体2
‑
7时，冷却网2
‑
51吸收周围的热量，并对冷却水进行再次降温，第三半导体2
‑
6与第一引出端子2
‑
48电性连接，第四半导体2
‑
7与加热板2
‑
8电性连接，加热板2
‑
8与第二引出端子2
‑
49电性连接。
56.加热板2
‑
8由底板、第三半导体2
‑
6、第四半导体2
‑
7组成，第三半导体2
‑
6与第二引出端子2
‑
49电性连接，加热板2
‑
8中的第四半导体2
‑
7和冷却网2
‑
51上的第四半导体2
‑
7电性连接。
57.第三半导体2
‑
6和第四半导体2
‑
7使冷却网2
‑
51吸热的同时使底板散热，或者使冷却网2
‑
51散热的同时使冷却网2
‑
51吸热。
58.冷却组件3包括若干组基舱3
‑
1，每组基舱3
‑
1分别对应安装在每组转接箱2
‑
4的下方并固定在底座4上。
59.每组基舱3
‑
1内部均安装有塑型板3
‑
2，塑型板3
‑
2上方固定有固定板3
‑
4，固定板3
‑
4两端固定有固定柱3
‑
6，固定柱3
‑
6的另一端与基舱3
‑
1内壁固定。
60.塑型板3
‑
2上端两侧分别固定有竖板，竖板另一端与基舱3
‑
1内壁固定，塑型板3
‑
2下方安装有膨胀板3
‑
12，膨胀板3
‑
12由膨胀系数高的材料做成，塑型板3
‑
2两端内部均滑动安装有延伸板3
‑
4，每组延伸板3
‑
4上均安装有随动板3
‑
3，两组随动板3
‑
3分别位于两组竖板的外侧，随动板3
‑
3与基舱3
‑
1滑动连接，随动板3
‑
3与膨胀板3
‑
12固定，加热板2
‑
8安装在膨胀板3
‑
12内部。
61.每组基舱3
‑
1上均固定有传输管3
‑
9，每组基舱3
‑
1上均开设有两组通水槽，并在每组通水槽的上方固定有梯形的通水壳，一组通水壳与传输管3
‑
9连接，另一组通水壳连接有总进水管3
‑
10，总进水管3
‑
10与供水系统连接，总进水管3
‑
10呈s型连通所有的通水壳，并
在连通最后一组通水壳后封闭自身的管路，传输管3
‑
9的另一端依次经过防护壳2
‑
5、感应板2
‑
1并与基片1管道连接，每组基片1远离传输管3
‑
9的一端固定安装有出水支管，出水支管穿过感应板2
‑
1及底座4，若干组出水支管均与总出水管3
‑
11连接，总出水管3
‑
11与供水系统连接。
62.基舱3
‑
1内部上端安装有套壳3
‑
7，套壳3
‑
7内部对应两组随动板3
‑
3的方向分别滑动安装有两组限流板3
‑
8，两组限流板3
‑
8均穿过竖板并分别与两组随动板3
‑
3固定，两组限流板3
‑
8以及套壳3
‑
7两端载对应通水槽的位置均开设有水流槽，限流板3
‑
8对套壳3
‑
7上的水流槽进行阻挡，限流板3
‑
8与套壳3
‑
7相互配合对冷却水的流速进行控制。
63.一种mpcvd设备温度控制方法，该控制方法包括如下步骤：
64.s1、启动mpcvd设备，同时启动控制系统；
65.s2、感应组件对基片台各个区域的温度进行监控，并将温度监控信息反馈给控制系统，该温度监控信息为感应板与第一半导体和第二半导体产生的电流；
66.s3、控制系统根据s2中的温度监控信息控制冷却组件对基片台各个区域的温度进行调控；
67.s4、关闭mpcvd设备，并关闭控制系统。
68.步骤s2的具体步骤如下：
69.a)每个感应板分别对每个基片的温度进行感应；
70.b)感应板接受基片传递的热量，感应板与第一半导体、第二半导体通过塞贝克效应产生电流；
71.c)第一半导体和第二半导体通过端子排将电流传输给控制系统。
72.步骤s3的具体步骤如下：
73.1)控制系统根据电流的大小分析每个基片的温度；
74.2)控制系统根据基片的温度对流入第三半导体或加热板的温度进行控制；
75.3)冷却网对传输管中冷却水的温度进行调控；
76.4)加热板对膨胀板的温度进行控制，使基舱中的水压增大或减小，使传输管中冷却水的流速变大或变小；
77.5)调温和调速后的冷却水进入基片中，实现对基片温度的调控。
78.本发明的工作原理：
79.供水系统通过总进水管3
‑
10向每个基舱3
‑
1中灌输冷却水，冷却水通过通水槽以及限流板3
‑
8与套壳3
‑
7组成的流动通道进入到基舱3
‑
1中，并储存在中转水箱中，并通过传输管3
‑
9进入到基片1中，冷却水在吸收基片1的热量后通过出水支管进入到总出水管3
‑
11中，最后再次回流到供水系统中。
80.感应板2
‑
1对基片1的温度进行感应，并吸收基片1的温度，在基片1升温后，感应板2
‑
1吸热的热量增加，第一半导体2
‑
2和第二半导体2
‑
3产生的电流变大，控制系统5通过第一半导体2
‑
2和第二半导体2
‑
3传输的电流得知基片1的温度。
81.当基片1的温度升高时，控制系统5向第三半导体2
‑
6中输入相对应的电流，使电路从第三半导体2
‑
6经过冷却网2
‑
51流入第四半导体2
‑
7中，从而使冷却网2
‑
51对传输管3
‑
9中的冷却水进行再次降温，同时电流在加热板2
‑
8中流过，使加热板2
‑
8的温度升高，从而使膨胀板3
‑
12的体积膨胀。
82.由于塑型板3
‑
2对膨胀板3
‑
12的限制，使膨胀板3
‑
12只能在横向上进行膨胀，从而使随动板3
‑
3在膨胀板3
‑
12的支撑下在基舱3
‑
1中滑动，随动板3
‑
3带动限流板3
‑
8在套壳3
‑
7中滑动，从而使冷却水进入中转水箱的入口变大，以及使冷却水进入到传输管3
‑
9中的入口变大，由于进入中转水箱的入口变大，从而使得中转水箱中的水压变大，并且由于进入传输管3
‑
9中的入口变大，使得传输管3
‑
9入口处的水压变大，使得传输管3
‑
9中的水流流速提高，使得冷却水在传输管3
‑
9中的流速提高。
83.通过增速和再次降温的冷却水实现基片1的快速降温，从而实现该基片1与周围基片1温度的统一。
84.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
85.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。