用于半导体生产的热交换器温控方法及温控系统与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于半导体生产的热交换器温控方法及温控系统。


背景技术：

2.热交换器温控装置用来在集成电路制造工艺中提供稳定流量、稳定温度的循环液体。设备在实际工艺中以制冷为主，加热为辅，对于空载及负载状态时的温控精度要求较高，同时需要兼顾整个设备的能耗效率。为了系统满足在20℃有较强的制冷能力，同时考虑装置的经济性，制冷回路上控制制冷剂流量的电动两通阀选用常规的球阀，选型规格需要对应的放大。由于常规球阀的控制精度偏低，全量程内在1％
‑
2％。在低温段制冷量输出偏大，可以满足空载和负载的温控精度。而高温段时空载需要输出的制冷量很小，球阀的控制精度满足不了
±
0.1℃的温控精度。


技术实现要素：

3.本发明提供一种用于半导体生产的热交换器温控方法及温控系统，用以解决现有技术中温控系统在高温段时空载需要输出的制冷量很小，难以达到温控精度的缺陷，实现通过高低温度区间内对pid的分区控制满足宽温区及空载负载状态的高精度的效果。
4.本发明提供一种用于半导体生产的热交换器温控方法，包括：
5.确定开启制冷的区pid，设定区pid的范围值；
6.确定水箱的入口温度与水箱的入口目标温度之差在区pid的范围值内，区pid调用参数pid2。
7.根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，还包括：
8.确定水箱的入口温度与水箱的入口目标温度之差大于区pid的范围值的最大值，或确定水箱的入口温度与水箱的入口目标温度之差小于区pid的范围值的最小值，区pid调用参数pid1。
9.根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，所述确定开启制冷的区pid的步骤包括：
10.确定水箱的入口目标温度大于或等于第一判定温度，开启制冷的区pid。
11.根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，所述确定开启制冷的区pid的步骤包括：
12.确定水箱的入口目标温度大于或等于第一判定温度，且热交换器的放热通路的回口温度与水箱的入口目标温度之差小于第二判定温度，开启制冷的区pid。
13.根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，还包括：
14.确定关闭制冷的区pid，区pid调用参数pid1。
15.根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，所述确定关闭制冷的区pid的步骤包括：
16.确定水箱的入口目标温度大于或等于第一判定温度，且热交换器的放热通路的回口温度与水箱的入口目标温度之差大于或等于第二判定温度，关闭制冷的区pid。
17.根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，所述确定关闭制冷的区pid的步骤包括：
18.确定水箱的入口目标温度小于第一判定温度，关闭制冷的区pid。
19.根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，所述pid2的积分系数和微分系数均为0。
20.本发明还提供一种应用上述用于半导体生产的热交换器温控方法进行温控的温控系统，包括热交换器、水箱和泵体，所述热交换器的吸热通路用于与制冷系统连通形成制冷回路，所述热交换器的放热通路、所述水箱、所述泵体和负载连通形成循环回路，所述水箱的入口处设置第一温度传感器，所述热交换器的吸热通路的进口处设有电动两通阀。
21.根据本发明提供的一种温控系统，所述热交换器的放热通路的回口处设有第二温度传感器。
22.本发明提供的用于半导体生产的热交换器温控方法，当确定开启制冷的区pid时，设定区pid的范围值t＝tc。获取循环回路中水箱的入口温度t3以及水箱的入口目标温度sv，当t3与sv之间的关系满足
‑
tc≤t3
‑
sv≤tc时，即由热交换器的放热通路流出进入水箱的循环液的温度在目标温度附近变化范围内时，为了避免由于制冷回路上设置的控制制冷剂进入热交换器的吸热通路的电动两通阀精度不够造成温控不稳，使此时制冷的区pid调用参数pid2。由此通过参数pid2控制电动两通阀的开度，控制经过热交换器的吸热通路的制冷剂的流量，进而控制由热交换器的放热通路流出进入水箱的循环液的温度。
23.本发明的用于半导体生产的热交换器温控方法设计的温控系统结构简单，负载能力强，是一种宽温度范围的热交换器的控制方法。通过控制制冷回路的制冷剂流量来控制制冷量的输出，相较于通过控制循环回路的三通控制循环液换热能耗更低，并且通过高低温度区间内对pid的分区控制满足宽温区及空载负载状态的高精度。
24.除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。
26.图1是本发明提供的用于半导体生产的热交换器温控方法的区pid启用控制流程示意图；
27.图2是本发明提供的用于半导体生产的热交换器温控方法的区pid调用参数流程示意图；
28.图3是本发明提供的用于半导体生产的热交换器温控方法的pid参数范围示意图；
29.图4是本发明提供的温控系统的结构示意图。
30.附图标记：
31.100：热交换器；200：水箱；300：泵体；400：负载；500：第一温度传感器；600：电动两通阀；700：第二温度传感器；800：第三温度传感器；900：流量传感器；210：加热器。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
33.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。
35.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
37.如图2、图3和图4所示，本发明实施例提供的用于半导体生产的热交换器温控方法，包括：
38.确定开启制冷的区pid，设定区pid的范围值；
39.确定水箱200的入口温度与水箱200的入口目标温度之差在区pid的范围值内，区pid调用参数pid2。
40.本发明实施例的用于半导体生产的热交换器温控方法，当确定开启制冷的区pid时，设定区pid的范围值t＝tc。获取循环回路中水箱200的入口温度t3以及水箱200的入口目标温度sv，当t3与sv之间的关系满足
‑
tc≤t3
‑
sv≤tc时，即由热交换器100的放热通路流出进入水箱200的循环液的温度在目标温度附近变化范围内时，为了避免由于制冷回路上
设置的控制制冷剂进入热交换器100的吸热通路的电动两通阀600精度不够造成温控不稳，使此时制冷的区pid调用参数pid2。由此通过参数pid2控制电动两通阀600的开度，控制经过热交换器100的吸热通路的制冷剂的流量，进而控制由热交换器100的放热通路流出进入水箱200的循环液的温度。
41.本发明的用于半导体生产的热交换器温控方法设计的温控系统结构简单，负载能力强，是一种宽温度范围的热交换器100的控制方法。通过控制制冷回路的制冷剂流量来控制制冷量的输出，相较于通过控制循环回路的三通控制循环液换热能耗更低，并且通过高低温度区间内对pid的分区控制满足宽温区及空载负载状态的高精度。
42.本实施例中，为了满足温控系统在20℃有较强的制冷能力，同时考虑装置的经济性，电动两通阀600可选用常规的球阀，选型规格需要对应的放大。由于常规球阀的控制精度偏低，全量程内在1％
‑
2％。在低温段制冷量输出偏大，可以满足空载和负载的温控精度，而在高温段时空载需要输出的制冷量很小，球阀的控制精度难以满足
±
0.1℃的温控精度，因此通过本发明对制冷输出的pid进行分区控制来实现，提高高温段的空载负载温控精度，从而使热交换器100满足20℃
‑
90℃的温度范围，同时20℃有较强的制冷能力。
43.如图2所示，根据本发明提供的一个实施例，本发明实施例的用于半导体生产的热交换器温控方法还包括：
44.确定水箱200的入口温度与水箱200的入口目标温度之差大于区pid的范围值的最大值，或确定水箱200的入口温度与水箱200的入口目标温度之差小于区pid的范围值的最小值，区pid调用参数pid1。
45.本实施例中，当确定开启制冷的区pid时，设定区pid的范围值t＝tc。获取循环回路中水箱200的入口温度t3以及水箱200的入口目标温度sv，当t3与sv之间的关系满足t3
‑
sv≤
‑
tc或t3
‑
sv≥tc时，即由热交换器100的放热通路流出进入水箱200的循环液的温度在目标温度以外且不在变化范围内时，制冷的区pid调用参数pid1，满足正常空载负载的精度要求，以此通过高低温度区间内对pid的分区控制满足宽温区及空载负载状态的高精度。
46.根据本发明提供的一个实施例，确定开启制冷的区pid的步骤包括：
47.确定水箱200的入口目标温度大于或等于第一判定温度，开启制冷的区pid。
48.本实施例中，热交换器100满足的温度区间为20℃
‑
90℃，获取水箱200的入口目标温度sv和第一判定温度ta，当sv与ta之间的关系满足sv≥ta时，开启制冷的区pid，设定区pid的范围值t＝tc。本实施例通过sv和ta的关系判定控制区pid的开启状态，同时设定不同的pid参数满足空载和负载的温控精度。
49.如图1所示，根据本发明提供的一个实施例，确定开启制冷的区pid的步骤包括：
50.确定水箱200的入口目标温度大于或等于第一判定温度，且热交换器100的放热通路的回口温度与水箱200的入口目标温度之差小于第二判定温度，开启制冷的区pid。
51.本实施例中，热交换器100满足的温度区间为20℃
‑
90℃，获取水箱200的入口目标温度sv和第一判定温度ta，获取热交换器100的放热通路的回口温度t2以及第二判定温度tb，当sv与ta之间的关系满足sv≥ta，且t2、sv与tb之间的关系满足t2
‑
sv<tb时，开启制冷的区pid，设定区pid的范围值t＝tc。本实施例通过sv和ta的关系判定以及t2、sv与tb之间的关系判定两个条件共同控制区pid的开启状态，同时设定不同的pid参数满足空载和负载的温控精度。
52.本实施例中，当sv≥ta时，开启制冷的区pid，设定区pid的范围值t＝tc。这里由于进入区pid启用的范围后，制冷量输出为恒定值，当负载来时，热交换器100的放热通路的回口温度t2先产生变化，此时水箱200的入口温度t3后变化，若在t3超过sv温度值tc时，即使区pid的参数由pid2切换为pid1，即仅通过sv和ta的关系判定控制区pid的开启状态，此时温控会滞后，导致温控精度会变差。因此通过提前判断t2和sv的差值，设置第二判定温度tb，当负载来时，由负载400流入热交换器100的放热通路的回口的循环液的温度与目标温度的差值小于第二判定温度时，即启用区pid，保证负载时的温控精度。
53.如图2所示，根据本发明提供的一个实施例，本发明实施例的用于半导体生产的热交换器温控方法还包括：
54.确定关闭制冷的区pid，区pid调用参数pid1。
55.本实施例中，当确定关闭制冷的区pid时，区pid直接调用参数pid1。
56.如图1所示，根据本发明提供的一种用于半导体生产的热交换器温控方法，确定关闭制冷的区pid的步骤包括：
57.确定水箱200的入口目标温度大于或等于第一判定温度，且热交换器100的放热通路的回口温度与水箱200的入口目标温度之差大于或等于第二判定温度，关闭制冷的区pid。
58.本实施例中，热交换器100满足的温度区间为20℃
‑
90℃，获取水箱200的入口目标温度sv和第一判定温度ta，获取热交换器100的放热通路的回口温度t2以及第二判定温度tb，当sv与ta之间的关系满足sv≥ta，且t2、sv与tb之间的关系满足t2
‑
sv≥tb时，关闭制冷的区pid。本实施例通过sv和ta的关系判定以及t2、sv与tb之间的关系判定两个条件共同控制区pid的关闭状态，同时设定不同的pid参数满足空载和负载的温控精度。
59.本实施例中，当sv≥ta时，开启制冷的区pid，设定区pid的范围值t＝tc。这里由于进入区pid启用的范围后，制冷量输出为恒定值，当负载来时，热交换器100的放热通路的回口温度t2先产生变化，此时水箱200的入口温度t3后变化，若在t3超过sv温度值tc时，即使区pid的参数由pid2切换为pid1，即仅通过sv和ta的关系判定控制区pid的开启状态，此时温控会滞后，导致温控精度会变差。因此通过提前判断t2和sv的差值，设置第二判定温度tb，当负载来时，由负载400流入热交换器100的放热通路的回口的循环液的温度与目标温度的差值大于或等于第二判定温度时，即关闭区pid，提前将pid参数由pid2切换为pid1，保证负载时的温控精度。
60.如图1所示，根据本发明提供的一个实施例，确定关闭制冷的区pid的步骤包括：
61.确定水箱200的入口目标温度小于第一判定温度，关闭制冷的区pid。
62.本实施例中，热交换器100满足的温度区间为20℃
‑
90℃，获取水箱200的入口目标温度sv和第一判定温度ta，当sv与ta之间的而关系满足sv<ta时，制冷的区pid不启用分区功能，各个温度制冷pid为对应的pid参数。本实施例通过sv和ta的关系判定控制区pid的关闭状态，同时设定不同的pid参数满足空载和负载的温控精度。
63.根据本发明提供的一个实施例，pid2的积分系数和微分系数均为0。本实施例中，为了保证温控精度稳定，pid2的参数需满足制冷量输出为恒定值的要求，其中pid2(p2，i2，d2)中p2比例系数为较小的值，i2积分系数和d2微分系数都为0。
64.在一个实施例中，
65.获取水箱200的入口目标温度sv和第一判定温度ta；
66.判断sv与ta的关系：
67.当sv≥ta时，区pid启用，设定区pid的范围值t＝tc；
68.当sv<ta时，区pid关闭，区pid调用参数pid1；
69.区pid启用后，获取水箱200的入口温度t3；
70.判断sv、t3和tc的关系：
71.当
‑
tc≤t3
‑
sv≤tc时，区pid调用参数pid2；
72.当t3
‑
sv≤
‑
tc或t3
‑
sv≥tc时，区pid调用参数pid1。
73.在另一个实施例中，
74.获取水箱200的入口目标温度sv、第一判定温度ta、热交换器100的放热通路的回口温度t2和第二判定温度tb；
75.判断sv与ta的关系及sv、t2与tb的关系：
76.当sv≥ta且t2
‑
sv<tb时，区pid启用，设定区pid的范围值t＝tc；
77.当sv≥ta且t2
‑
sv≥tb时，区pid关闭，区pid调用参数pid1；
78.当sv<ta时，区pid关闭，区pid调用参数pid1；
79.区pid启用后，获取水箱200的入口温度t3；
80.判断sv、t3和tc的关系：
81.当
‑
tc≤t3
‑
sv≤tc时，区pid调用参数pid2；
82.当t3
‑
sv≤
‑
tc或t3
‑
sv≥tc时，区pid调用参数pid1；
83.如图4所示，本发明实施例还提供一种应用上述实施例的用于半导体生产的热交换器温控方法进行温控的温控系统，包括热交换器100、水箱200和泵体300，热交换器100的吸热通路用于与制冷系统连通形成制冷回路，热交换器100的放热通路、水箱200、泵体300和负载400连通形成循环回路，水箱200的入口处设置第一温度传感器500，热交换器100的吸热通路的进口处设有电动两通阀600，热交换器100的放热通路的回口处设有第二温度传感器700。
84.本发明实施例的温控系统，制冷回路中流通制冷剂，循环回路中流通循环液，制冷系统为厂务冷却水系统，电动两通阀600在制冷回路上控制进入热交换器100的吸热通路的制冷剂的流量，从而控制制冷量的输出。热交换器100为蒸发器，水箱200内设置加热器210，水箱200中的循环液由泵体300泵入负载400，热交换器100的放热通路与水箱200的入口连通的管路上设置第一温度传感器500、负载400与热交换器100的放热通路连通的管路上设置第二温度传感器700，泵体300与负载400连通的管路上设置第三温度传感器800，第三温度传感器800后的管路上设置流量传感器900。
85.电动两通阀600控制厂务水作为制冷剂在蒸发器内与循环回路流入蒸发器的循环液进行换热，循环液制冷降温。循环回路外部连接主设备，主设备在进行工艺制程时会造成蒸发器的回口温度升高，控制水箱200的入口温度在一定温度波动，加热器210控制水箱200的出口温度稳定在给定的目标温度，保证出口温度的控温精度。第一温度传感器500用于检测水箱200的入口温度，第二温度传感器700用于检测热交换器100的放热通路的回口温度。
86.本实施例中，为了满足温控系统在20℃有较强的制冷能力，同时考虑装置的经济性，电动两通阀600可选用常规的球阀，选型规格需要对应的放大。由于常规球阀的控制精
度偏低，全量程内在1％
‑
2％。在低温段制冷量输出偏大，可以满足空载和负载的温控精度，而在高温段时空载需要输出的制冷量很小，球阀的控制精度难以满足
±
0.1℃的温控精度，因此通过本发明对制冷输出的pid进行分区控制来实现，提高高温段的空载负载温控精度，从而使热交换器100满足20℃
‑
90℃的温度范围，同时20℃有较强的制冷能力。本发明的温控系统结构简单，通过电动球阀在pcw侧控制厂务水流量，满足20℃时有较大的负载能力，同时兼顾能耗。
87.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。