Описание установки

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Кафедра физикохимии и технологии микросистемной техники

Описание установки для окисления и диффузии

для лабораторных работ по курсу:

Физика и технология изделий электронной техники

Санкт-Петербург

2012г.

Описание установки

Установка для окисления и диффузии состоит из печи СДО/125/4А и газовой системы

1. Диффузионная печь СДО-125/4А – это компактный агрегат с четырьмя термическими модуляторами, каждый из модулей имеет собственную автоматическую систему терморегулирования.

Конструктивно печь состоит из двух частей (рис1): приборного основания и нагревательных камер.

На лицевой стороне приборного основания расположены: регуляторы температуры РЕПИД-1; клеммы для подключения вольтметров (для контроля напряжения секций нагревателя), кнопки включения нагревателей, автоматический выключатель общего питания печи. Над приборным основанием устанавливается каркас нагревательных камер с наружными декоративными крышками. Внутрь каркаса по направляющим основания вставляют четыре лёгкосъёмные нагревательные камеры. В процессе эксплуатации печи любую из нагревательных камер можно демонтировать и заменять без нарушения работы остальных. Для обеспечения конвективного охлаждения стенок нагревательных камер потоком воздуха предусмотрены зазоры между боковыми крышками по всей длине каркаса. Декоративные крышки тепло изолированы слоем волокна, покрытого алюминиевой фольгой. температура поверхности крышек не превышает 35С. В качестве нагревателя используют проволоку диаметром 5, 5 мм из жаростойкого сплава ОХ27105А в виде полос с размером 3х20 мм. Шаг намотки спирали определяют путем установки специальных керамических изоляторов. Выступающие концы изоляторов служат опорой керамической трубе-муфелю, помешенной внутрь нагревателя.

Центральная секция нагревателя длиной 500 мм служит для создания зоны равномерного нагрева, а крайние – для выравнивания температуры по краям центральной секции. Толщины теплоизолирующего слоя камеры благодаря низкой теплопроводности каолинового волокна составляет по – 50 мм.

Трехзонное регулирование температуры в диффузионной печи осуществляют с помощью пяти платино-платинородиевых термопар, которые вводятся через специальные керамические изоляторы сквозь теплоизолирующий слой таким образом, чтобы горячие спаи термопар находились между трубой муфелями спиралью. Печи типа СДО-125А имеют типовую систему авторегулирования температуры, включающие регулятор температуры РЕПИД_1, силовой блок БПС-о1 и объект-термическую камеру (рис2). Регулятор РЕПИД-1 имеет три независимых канала регулирования. На вход центрального канала подается термо-э. д. с. от температуры 1, величина которой пропорциональна абсолютному значению температуры в центральной зоне нагревателя. Термопары 2, 3, 4, 5 включены встречно, поэтому на входы двух других каналов поступает информация о разности температур между центральной и крайней зонами нагревателя. При такой системе управления крайние секции нагревателя компенсируют тепловые потери на торцах печи 6 и выравнивают температурный профиль центральной зоны. Длина рабочей зоны ч равномерным распределением температуры в печах СДО-125А не менее 400 мм.

В разрывы одного из электродов термопары 1 включен компенсатор термо-э. д. с холодных концов 7, который предназначен для устранения погрешности показаний термопары, возникшей в случае изменения температуры свободных концов. Температурная погрешность дифференциальных термопар крайних секций равна нулю, поэтому отпадает необходимость установки компенсирующих устройств.

Сигнал о блоке задания температуры (БЗТ) центрального канала регулирования используется для установки необходимого значения температуры, а с помощью БЗТ крайних сигналов корректируется температурный профиль по длине печи. Все три канала регулирования температуры работают по единому принципу.

Рассмотрим работу центрального канала регулирования. Входной сигнал в виде термо-э. д. с. от термопары 1 поступает в схему сравнения БЗИ, где он сравнивается с заранее установленным опорным напряжением. Разность между заданным и текущим значением температуры в виде напряжения раз баланса поступает в блок усилителя постоянного тока (БУЛТ). Затем усиленный сигнал разбаланса подается в блок функционального тока преобразователя (БФП). В блоке функционального преобразователя происходит формирование сигнала управления по одному из законов: пропорциональному. Пропорционально0интегральному или пропорционально-интрегрально-дифференциальному. Сигнал управления поступает в блок управления тиристорами (БУТ), где он формирует управляемые по фазе импульсы, необходимые для управления тиристорами. Основными элементами силового блока питания БСП являются кремниевые управляемые симметричные тиристоры (триаки), включенные во вторичные обмотки силового трансформатора. При фазоимпульсном управлении тиристор открыт не весь положительный полупериод, а лишь часть его, во время которого через нагреватель протекает ток. Среднее значение подводимой к нагревателю мощности, а следовательно, и температура в рабочей камере зависят от времени включения тиристора. Таким образом величина мощности, подводимой к нагревателю пропорциональна разности текущего значения температуры и заданного. Точность поддержания температуры в печи 0, 5⁰С, а диапазон рабочих температур – 500-1250⁰С.

Конструктивно регулятор температуры РЕПИД оформлен в виде единого блока, к задней стенке корпуса которого крепятся компенсаторы холодных концов термопары. Все элементы силового блока питания размещены на шасси. В передней части установлен блок тиристоров, на задней части – трансформатор силового питания. Под блоком тиристоров, расположенным на вертикальной стойке, крепятся вентилятор воздушного охлаждения, магнитный пускатель и предохранители.

Рис. 1. Общий вид четырехтрубной однозонной диффузионной печи СДО-125/4А а) – вид спереди: 1 – регуляторы температуры РЕПИД; 2 – клеммы для контроля напряжения секций нагревателя; 3 – кнопки включения нагревателя; 4 – патрон-нагреватель; 5 – рамка для поддержки патрона-нагревателя; 6 – контрольные приборы регулятора; 7 – выключатель общего питания печи; 8 – печной трансформатор. б) – вид сбоку: 9 – боковая крышка; 10 – задняя крышка; 11 – подставка патрона нагревателя; 12 – каркас приборного основания; 13 – окно для вентиляции; 14 – домкрат.

Рис. 2. Структурная схема трехканальной системы авторегулирования температуры печи: 1 – центральная термопара; 2, 4 – сравнивающая термопара; 3, 5 – крайняя термопара; 6 – нагревательная камера; 7 – компенсатор температуры холодных концов термопары; 8 – БЗТ крайнего канала регулирования; 9 – БЗТ центрального канала регулирования; 10 – БУПТ; 11 – БФП; 12 – БУТ; 13 – блок питания БП; 14 – усилитель мощности БПС на триаках Д1 – Д3 и силовом трансформаторе Т_р.

Рис. 3. Схема газовой системы установки для окисления и диффузии. 1-7 – ротаметры с вентилями регулировка расхода; 8, 9 – краны испарителей воды; 10, 11 – испарители воды; 12-15 – запорные вентили; 16-19 – манометры; Ф – газовый фильтр; РД – редуктор давления.