一种高温炉真空密封炉膛结构的制作方法

1.本发明涉及高温氧化炉、退火炉技术领域，具体为一种高温炉真空密封炉膛结构。


背景技术：

2.sic作为第三代半导体材料的典型代表，是高温、高频、抗辐射、大功率应用场合下极为理想的半导体材料；由于碳化硅功率器件可显著降低电子设备的能耗，因此碳化硅器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源器件”。sic材料的扩散、氧化、退火等工艺过程其主要特点就是需要高温或真空加高温及工艺气体条件，特别是高温一般为1400℃-2000℃，是以往其工作温度为800-1200℃的第二代半导体设备从加热器和工艺室的结构、方式、材质等组件所不能实现的。
3.目前，连接外部电源和加热器的电极杆需要与顶部的多层隔热屏以及支撑固结隔热屏的炉盖在电极杆孔中穿过，对于所穿过的孔需要设置绝缘套，即隔热屏孔和电极杆之间同轴套装绝缘套进行绝缘，保证加热器的电极杆不与隔热屏进行短路；由于炉膛内部的1700-2100℃高温，能够承受此高温的绝缘材料几乎没有(氧化锆只能耐温1800℃以下，陶瓷只能耐1600℃以下等等)，或者说可以找到新的绝缘材料勉强可以实现高温绝缘，但其材料非常昂贵，同时不能长时间应用，故此，常规的绝缘材料由于耐温不够，不能进入此类高温设备的应用中，这就限制了sic高温炉的应用和发展。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高温炉真空密封炉膛结构，采用电极杆带隔热屏的方式，可以解决此类高温设备不必采用高温绝缘材料的难题。
5.本发明提供的一种高温炉真空密封炉膛结构，包括炉盖、炉壳、炉底法兰通过螺栓紧固、密封圈密封，且炉底法兰安装有密封法兰和工艺管的真空密封炉膛，真空密封炉膛内部包括由所述工艺管限定的工艺腔室，用于进行工艺片的工艺过程，真空密封炉膛内部还设有炉盖隔热屏组、炉壳隔热屏组、炉底隔热屏组，所述炉盖隔热屏组、炉壳隔热屏组、炉底隔热屏组与所述工艺管之间设有加热腔，所述加热腔内设置加热器，
6.穿过所述炉盖和炉盖隔热屏组设置有加热器电极杆，用于连接所述加热器和外部电源，所述加热器电极杆近加热器段设有电极杆隔热屏组，用于保护所述加热器电极杆的绝缘套，不受高温损害，所述电极杆隔热屏组与所述炉盖隔热屏组隔断设置，所述加热器电极杆远加热器段设有绝缘套。
7.作为一种改进，所述电极杆隔热屏组、炉盖隔热屏组、炉壳隔热屏组、炉底隔热屏组均由等间距层叠的隔热屏组成，所述电极杆隔热屏组未裸露于所述加热腔部分的每层隔热屏与所述炉盖隔热屏的每层隔热屏之间同一水平面隔断设置，所述电极杆隔热屏之间贴近所述加热器电极杆处设有电极杆隔热屏隔套，用于支撑所述电极杆隔热屏组中的每层隔热屏。
8.作为一种改进，所述炉盖隔热屏组、炉壳隔热屏组、炉底隔热屏组的隔热屏由内向
外材料依次为钨、钼、不锈钢，所述电极杆隔热屏组与所述炉盖隔热屏组同一水平高度的隔热屏材料相同。
9.作为一种改进，所述加热器通过加热器电极杆吊装于所述加热腔内，用于给所述工艺腔室提供热源，所述加热器上部通过开槽方式三等分开，所述加热器底部为完整圆形筒状，所述加热器上部三等分处中间与所述加热器电极杆电连接。
10.作为一种改进，所述加热器电极杆的炉外部分套设电极绝缘水冷密封套，所述加热器电极杆与所述电极绝缘水冷密封套通过密封圈密封，所述电极绝缘水冷密封套与所述炉盖固结，所述加热器电极杆炉外端部还设置接线组件，用于外接电源。
11.作为一种改进，所述炉壳外部设置热偶密封座，测温热偶通过热偶密封圈套装于所述热偶密封座内，并穿过所述炉壳隔热屏组至所述加热腔。
12.与现有技术相比，本发明提供的一种高温炉真空密封炉膛结构具有如下有益效果：
13.(1)本发明提供的一种高温炉真空密封炉膛结构，通过在真空密封炉膛内设置炉盖隔热屏、炉壳隔热屏、炉底隔热屏，避免内部的温度从结合面散出，使得高温炉加热达到的温度能够稳定的保持，减少能源消耗。
14.(2)本发明提供的一种高温炉真空密封炉膛结构，采用带隔热屏的加热器电极杆，可以实现隔阻温度传递，每层隔热屏基本上可以降低200℃左右的热辐射，所以多层隔热屏可以将炉膛内部的热量减低到1500℃以下，可以适合用通用陶瓷材质的绝缘套长期稳定实现耐温和绝缘作用的温度，这样就可以避开了炉膛高温的直接绝缘，还没有适合材料和材料过于昂贵和寿命短的致命问题。
15.(3)本发明提供的一种高温炉真空密封炉膛结构，通过设置测温热偶对炉内测温，有效监控了炉内的温度，保证工艺过程的安全和产品合格率。
16.根据下文结合附图对本发明的具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
17.图1为本发明提供的一种高温炉真空密封炉膛结构的一种实施例的结构示意图；
18.图2为图1所示的a处的结构示意图；
19.图3为一种高温炉真空密封炉膛结构中电极杆与加热器装配示意图；
20.图4为一种加热器俯视图；
21.其中，1、炉盖，2、炉壳，3、炉底法兰，4、密封法兰，5、工艺管，6、炉盖隔热屏组，7、炉壳隔热屏组，8、炉底隔热屏组，9、加热器，10、加热器电极杆，11、电极杆隔热屏组，12、绝缘套，13、电极杆隔热屏隔套，14、电极绝缘水冷密封套，15、接线组件，16、热偶密封座，17、测温热偶。
具体实施方式
22.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。
23.请参阅图1-3，本发明第一实施例提供的一种高温炉真空密封炉膛结构，包括炉盖1、炉壳2、炉底法兰3通过螺栓紧固、密封圈密封，且炉底法兰3安装有密封法兰4和工艺管5的真空密封炉膛，真空密封炉膛内部包括由所述工艺管5限定的工艺腔室，用于进行工艺片的工艺过程，真空密封炉膛内部还设有炉盖隔热屏组6、炉壳隔热屏组7、炉底隔热屏组8，炉盖隔热屏组6、炉壳隔热屏组7、炉底隔热屏组8与工艺管5之间设有加热腔，加热腔内设置加热器9。
24.其中，密封法兰4与工艺管5法兰可开闭活动安装，密封法兰4和工艺管5在和炉底法兰3处于密封状态下，形成分别密封的两个独立空间，即真空密封状态的炉膛和工艺管5和密封法兰4形成的工艺腔室，该状态下，炉膛内加热器9在无氧环境中进行加热，工艺腔室进行工艺片的氧化、真空退火工艺过程；当工艺片的工艺过程结束后，密封法兰4通过一定技术手段运动移开，此时炉膛仍为真空状态，但工艺腔室为非真空状态，无法进行需要真空环境的工艺，但工艺腔室可以通过充入工艺气体，继续进行无需真空环境的其他工艺，例如氧化工艺；或者不充入工艺气体，进行工艺片的取、放工作。
25.炉壳2可以是单层板，也可以是带水冷的双层板，附图中只展示了单层板的形式。
26.穿过炉盖1和炉盖隔热屏组6设置有加热器电极杆10，用于电连接加热器9和外部电源(图中未标出)，加热器电极杆近加热器段设有电极杆隔热屏组11，用于保护加热器电极杆的绝缘套12不受高温损害，电极杆隔热屏组11与炉盖隔热屏组6隔断设置，加热器电极杆远加热器段设有绝缘套12。
27.需要说明的是，三组隔热屏的最好采用迷宫状密封接缝，接缝处是非接触的，这样做能保证不同方向的热辐射的反射不受到干扰，迷宫状密封接缝虽有缝隙，有热量散出，但是极少。另外，加热器电极杆近加热器段设有电极杆隔热屏组11，可以避免高温影响加热器电极杆的绝缘套12，并且电极杆隔热屏组11与炉盖隔热屏组6隔断设置以及加热器电极杆远加热器段设有绝缘套12可以保证加热器电极杆10中的电流不会与隔热屏的短路(因为隔热屏为金属材质)，大幅度降低了耐高温绝缘套材质成本和实现高温炉电极杆绝缘的难度问题。
28.第二实施例，基于第一实施例，电极杆隔热屏组11、炉盖隔热屏组6、炉壳隔热屏组7、炉底隔热屏组8均由等间距层叠的隔热屏组成，其中，间距一般在8-10mm之间，电极杆隔热屏组11未裸露于加热腔部分的每层隔热屏与所述炉盖隔热屏的每层隔热屏之间同一水平面隔断设置，这样设置可以保证同一高度区域的温度相同，避免热传递产生干扰，电极杆隔热屏11之间贴近加热器电极杆处设有电极杆隔热屏隔套13，用于支撑电极杆隔热屏组中的每层隔热屏。
29.第三实施例，基于第二实施例，炉盖隔热屏组6、炉壳隔热屏组7、炉底隔热屏组8的隔热屏由内向外材料依次为钨、钼、不锈钢，所述电极杆隔热屏组11与所述炉盖隔热屏组6同一水平高度的隔热屏材料相同，这样设置可以保证同一高度区域的温度相同，避免热传递产生干扰；钨、钼、不锈钢三种材质的耐热性能不同，且价格有很大差异，这样设置可以减少成本。
30.第四实施例，基于第一实施例，如图4，加热器9通过加热器电极杆10吊装于所述加热腔内，用于给工艺腔室的工艺过程提供热源，加热器9上部通过开槽方式三等分开，加热
器9底部为完整圆形筒状，加热器9上部三等分处中间与加热器电极杆10电连接，通过开槽设置成三等分，形成了三路电路，加热器9的材质是均匀的，即电阻相同，等分后每部分的加热器产生的热能也是相同的，可以保证工艺腔室内的受热均匀。
31.第五实施例，基于第一实施例，加热器电极杆10的炉外部分套设电极绝缘水冷密封套14，加热器电极杆10与电极绝缘水冷密封套14通过密封圈密封，电极绝缘水冷密封套14与炉盖1固结，加热器电极杆10炉外端部还设置接线组件15，用于外接电源。
32.第六实施例，基于第一实施例，炉壳2外部设置热偶密封座16，测温热偶17通过热偶密封圈套装于热偶密封座16内，并穿过炉壳隔热屏组7至加热腔内。测温热偶17用于检测炉内温度。
33.本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
34.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。