剖析高溫退火爐溫度控制硬件的設計及其特點

　　由于高溫退火爐的溫度變化速度快，要求溫度控制響應速度能夠響應該瞬態的上升和下降速度，否則溫度會產生超調，影響退火過程的質量。因此，溫度調節的基本要求是速度快，這是傳統PID溫度控制器無法滿足的。我們必須采用一種新的自適應PID調節算法，開發一種新的自適應調節算法。為了實現其溫度控制，須協調軟硬件的工作。

　　在加熱過程中，要求通過檢測溫度信號和調節加熱燈各燈區的功率，快速、正確、均勻地控制溫度。為滿足此溫度控制要求，溫度控制部件主要由“過零信號檢測板”、“計數計時板”、“爐膛溫度控制信號板”、“晶閘管加熱電源”、“溫度高溫計”、“溫度信號處理器”、“燈加熱功率調節器”、“控制計算機”等部件組成。

　　分析表明，晶閘管導通角與計數計時板上計數器的計數值有關。計數器采用1MHz頻率計數，每個計數脈沖為1微秒。較大計數值設計為10000，對應時間為10毫秒，為50Hz交流電的半個周期。每個計數和計時板上有5個計數器，每個計數器控制一個燈區，兩個計數和計時板可以控制10個燈區。計數計時板通過總線與控制計算機相連。計算機通過總線在計數計時板上設置每個計數器的計數值，調整每個燈區晶閘管的導通角，從而調整每個燈區的加熱功率，實現每個燈區加熱功率的程控調節。

　　在高溫退火爐快速熱處理過程中，控制計算機先根據控制算法設置計數計時板上每個計數器的預期計數值，即設置每個加熱燈區域的預期加熱功率。在加熱過程中，高溫計用于實時檢測硅片的溫度。溫度信號處理器將高溫計信號處理為標準溫度值。計算機將實時溫度值與設定的溫度曲線進行比較。當有溫差時，根據控制算法調整每個加熱燈區域的功率計數值，以正確控制溫度和溫度均勻性。

　　使用上述硬件設計控制溫度具有以下特點：

　?。?）熱源功率可分區控制，為溫度均勻性控制提供了硬件基礎；

　?。?）采用16位計數器調節晶閘管導通角，調節精度高?，F設計控制精度為1/10000，通過參數調整，較大控制精度可達1/6000；

　?。?）控制調節計數器采用4個8254計數器控制10個加熱燈區，控制電路簡單，集成度高；

　?。?）高溫退火爐在該硬件的支持下，溫度控制可實現全自動計算機程序控制，調節響應快，滿足自適應算法的要求。