一種真空室用高溫CVD加熱線圈結構的製作方法

2023-06-12 10:39:11 1

本實用新型涉及高溫真空設備製造技術領域，特指一種真空室用高溫CVD加熱線圈結構。

背景技術：
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碳化矽(SiC)是一種重要的寬帶隙半導體材料，高溫、高頻、大功率SiC器件在新能源(光伏發電與風電)、電動汽車、電機控制、軌道交通、電網、武器裝備等領域具有巨大的應用前景。

SiC CVD外延材料生長在SiC技術產業鏈中佔據著重要地位，並發揮著重要作用，這是因為：1、SiC CVD外延材料生長是SiC功率器件製造的一項關鍵技術；2、SiC器件結構材料需要通過CVD外延生長技術來實現，因為1800℃以下雜質原子在SiC中的擴散可以忽略；3、組成SiC功率器件材料的各n-型、p-型結構層有時需要完全通過CVD外延生長來實現，如n-IGBT器件材料；(4)SiC CVD外延材料生長技術的快速發展，推動了SiC功率器件的研發與商業化。

SiC外延生長技術發展方向與趨勢主要體現在以下幾個方面：1、10kV級4H-SiC功率器件及其材料。SiC的特點是製造高壓、超高壓器件；2、尺寸為Ф150mm(6」)的大面積SiC外延生長。除6英寸SiC晶片以商業化外，8英寸SiC晶片也已被演示，通過增大SiC晶片直徑，可降低SiC功率器件的製造成本，實現規模應用與普及；3、低缺陷密度的SiC外延材料生長，以便提高器件成品率、降低成本；4、長載流子壽命技術，改善器件特性(10kV-5μs，20kV-10μs)。

作為SiC功率器件製造的一項關鍵技術，SiC外延生長設備的性能、安全性、操作性、易維護性等已成為評價外延設備的重要因素。在目前已商業化的SiC外延設備中，SiC外延生長室有兩種典型的結構，即基於不鏽鋼腔室的「溫壁」CVD外延生長系統和基於石英腔室的「熱壁」CVD外延生長系統。所謂「熱壁」是指SiC襯底晶片四周的溫度相同，反之，如果與SiC晶片相對一側的溫度低於SiC晶片側的溫度，則該系統稱為「冷壁」或「溫壁」。由於「熱壁」系統在大面積、厚膜SiC外延生長方面具有明顯的優勢，以及不鏽鋼系統具有明顯的安全性優勢。

另外，「熱壁」SiC外延生長溫度一般在1550-1650℃的範圍內，常常採用銅螺線管的高頻或中頻感應加熱方法，而SiC外延生長的基本條件是低壓(壓力為100mbar)、高溫，即在滿足高溫條件的同時，還要滿足低壓條件。

為此，本發明提出一種真空室用高溫CVD加熱線圈結構，以解決加熱線圈與不鏽鋼腔室的電絕緣與漏氣率高問題，實現基於不鏽鋼腔室的高安全性「熱壁」SiC外延生長設備所需要的低壓與高溫外延條件。

技術實現要素：
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本實用新型的目的在於克服現有技術的不足，提供一種真空室用高溫CVD加熱線圈結構。

為了解決上述技術問題，本實用新型採用了下述技術方案：該真空室用高溫CVD加熱線圈結構包括：不鏽鋼殼體，該不鏽鋼殼體中設置有水冷結構，且該不鏽鋼殼體內形成有密閉腔室；銅管加熱線圈組件，其包括銅管加熱線圈以及安裝於銅管加熱線圈兩端的第一、第二固定連接結構和連接於第一、第二固定連接結構之間的不鏽鋼基座，該銅管加熱線圈組件通過不鏽鋼基座配合第一螺釘鎖固於不鏽鋼殼體中，該銅管加熱線圈置於所述密閉腔室內，該銅管加熱線圈具有供冷卻水通過的中空通道，且其兩端分別形成冷卻水進水端和冷卻水出水端，該冷卻水進水端和冷卻水出水端分別穿過第一、第二固定連接結構均顯露於不鏽鋼殼體外；所述第一、第二固定連接結構與不鏽鋼基座之間分別設置有第一、第二密封圈，且該不鏽鋼基座與不鏽鋼殼體內壁之間設置有第三密封圈。

進一步而言，上述技術方案中，所述第一固定連接結構包括依次套接於冷卻水進水端外圍的第一上銅固定圓盤、第一上絕緣固定圓盤、第一下絕緣固定圓盤、第一下銅固定圓盤，其之間通過第一螺絲鎖固，其中，第一上絕緣固定圓盤及第一下絕緣固定圓盤夾緊於不鏽鋼基座上下兩端，且該第一上絕緣固定圓盤下端及第一下絕緣固定圓盤上端均卡不鏽鋼基座中，該第一上絕緣固定圓盤壓在第一密封圈上，第一上絕緣固定圓盤與第一上銅固定圓盤之間設置有第四密封圈。

進一步而言，上述技術方案中，所述不鏽鋼基座設置有供所述第一、第二固定連接結構穿設的第一、第二安裝孔，且該第一、第二安裝孔外圍還分別設置於第二、第三溝槽，所述第一、第二密封圈分別置於第二、第三溝槽中，且該第一、第二密封圈上端均凸出於第二、第三溝槽外。

進一步而言，上述技術方案中，所述第一上銅固定圓盤和第一下銅固定圓盤分別設置有供所述冷卻水進水端穿設的第一、第二穿孔，該第一、第二穿孔與冷卻水進水端外壁之間均通過焊接密封固定。

進一步而言，上述技術方案中，所述第一上銅固定圓盤下端面設置於第一環形溝槽，所述第四密封圈置於該第一環形溝槽中，且該第四密封圈的厚度大於第一環形溝槽的深度，以致該第四密封圈下端凸出於第一環形溝槽外。

進一步而言，上述技術方案中，所述第一上絕緣固定圓盤下端成型有第一嵌位凸臺，該第一嵌位凸臺由上向下卡嵌於第一安裝孔中，該第一上絕緣固定圓盤抵壓於第一安裝孔上邊緣外，並壓在第一密封圈上；所述第一下絕緣固定圓盤上端成型有第二嵌位凸臺，該第二嵌位凸臺由下向上卡嵌於第一安裝孔中，該第一下絕緣固定圓盤抵壓於第一安裝孔下邊緣外，且該第一上絕緣固定圓盤與第一下絕緣固定圓盤之間設置有密封墊，該密封墊外圍與第一安裝孔內壁密封銜接。

進一步而言，上述技術方案中，所述第二固定連接結構與第一固定連接結構相同。

進一步而言，上述技術方案中，所述不鏽鋼殼體呈現長方體狀，其包括底盤、若干安裝於底盤外圍的側板以及安裝於側板上端的頂蓋，該底盤及側板和頂蓋內均設置有水冷結構，該底盤上設置有一安裝位，所述不鏽鋼基座及第一、第二固定連接結構均以可拆卸方式安裝於底盤的安裝位上。

進一步而言，上述技術方案中，所述底盤於安裝位外圍設置有第四環形溝槽，該第三密封圈置於該第四環形溝槽中，且該第三密封圈的厚度大於第四環形溝槽的深度，以致該第三密封圈下端凸出於第四環形溝槽外。

進一步而言，上述技術方案中，所述銅管加熱線圈中部纏繞形成有一呈方形或圓形的螺旋部，該螺旋部中形成有供感應加熱體安裝的安裝空間。

採用上述技術方案後，本實用新型與現有技術相比較具有如下有益效果：本實用新型中的不鏽鋼殼體及銅管加熱線圈組件均為獨立的裝配體，為組件化結構，其之間通過可快速拆裝的方式進行組裝，也就是說，本實用新型實現了組件化結構與模塊化安裝，突破了真空室內水冷式中加熱線圈安裝困難的瓶頸，且本實用新型具有成本低，安裝簡單，易維護，高安全性等特點，令本實用新型具有極強的市場競爭力。此外，本實用新型設計避免了不鏽鋼腔室的漏氣問題，實現了氣密封與水冷系統的共存結構。另外，本實用新型應用廣泛，不但可用於SiC單晶生長爐、SiC外延生長爐和離子注入後高溫退火爐，還可用於SiC上石墨烯生長爐、氮化鋁高溫生長爐等其他高溫設備。

附圖說明：

圖1是本實用新型的主視圖(可內視)；

圖2是本實用新型的左視圖(可內視)；

圖3是本實用新型中底盤的結構示意圖；

圖4是本實用新型中銅管加熱線圈組件的結構示意圖；

圖5是本實用新型中銅管加熱線圈組件的主視圖；

圖6是本實用新型中第一上銅固定圓盤的結構示意圖；

圖7是本實用新型中第一上絕緣固定圓盤的結構示意圖；

圖8是本實用新型中不鏽鋼基座的主視圖；

圖9是本實用新型中不鏽鋼基座的後視圖。

具體實施方式：

下面結合具體實施例和附圖對本實用新型進一步說明。

見圖1-9所示，為一種真空室用高溫CVD加熱線圈結構，其包括：不鏽鋼殼體1以及以可拆裝方式安裝於不鏽鋼殼體1中的銅管加熱線圈組件200。

所述不鏽鋼殼體1中設置有水冷結構，且該不鏽鋼殼體1內形成有密閉腔室10；具體而言，所述不鏽鋼殼體1呈現長方體狀，其包括底盤11、若干安裝於底盤11外圍的側板12以及安裝於側板12上端的頂蓋13，該底盤11及側板12和頂蓋13內均設置有水冷結構，該底盤11上設置有一安裝位111。

所述銅管加熱線圈組件200包括銅管加熱線圈2以及安裝於銅管加熱線圈2兩端的第一、第二固定連接結構3、4和連接於第一、第二固定連接結構3、4之間的不鏽鋼基座5，該銅管加熱線圈組件200通過不鏽鋼基座5配合第一螺釘鎖固於不鏽鋼殼體1中，該銅管加熱線圈2置於所述密閉腔室10內，該銅管加熱線圈2具有供冷卻水通過的中空通道，且其兩端分別形成冷卻水進水端21和冷卻水出水端22，該冷卻水進水端21和冷卻水出水端22分別穿過第一、第二固定連接結構3、4均顯露於不鏽鋼殼體1外；所述不鏽鋼基座5及第一、第二固定連接結構3、4均以可拆卸方式安裝於底盤11的安裝位111上。

所述銅管加熱線圈2由銅管繞制形成，該銅管加熱線圈2中部纏繞形成有一呈方形或圓形的螺旋部23，該螺旋部23中形成有供感應加熱體安裝的安裝空間，銅管加熱線圈2具有供冷卻水通過的中空通道，中空通道通冷卻水，以冷卻銅管加熱線圈。

所述第一、第二固定連接結構3、4與不鏽鋼基座5之間分別設置有第一、第二密封圈61、62，且該不鏽鋼基座5與不鏽鋼殼體1內壁之間設置有第三密封圈63，以致銅管加熱線圈組件200與不鏽鋼殼體1形成密封裝配。

所述底盤11於安裝位111外圍設置有第四環形溝槽112，該第三密封圈63置於該第四環形溝槽112中，且該第三密封圈63的厚度大於第四環形溝槽112的深度，以致該第三密封圈63下端凸出於第四環形溝槽112外。

所述第一固定連接結構3包括依次套接於冷卻水進水端21外圍的第一上銅固定圓盤31、第一上絕緣固定圓盤32、第一下絕緣固定圓盤33、第一下銅固定圓盤34，其之間通過第一螺絲鎖固，其中，第一上絕緣固定圓盤32及第一下絕緣固定圓盤33夾緊於不鏽鋼基座5上下兩端，且該第一上絕緣固定圓盤32下端及第一下絕緣固定圓盤33上端均卡不鏽鋼基座5中，該第一上絕緣固定圓盤32壓在第一密封圈61上，第一上絕緣固定圓盤32與第一上銅固定圓盤31之間設置有第四密封圈64。所述第一上絕緣固定圓盤32與第一下絕緣固定圓盤33對稱裝配，其夾緊設置於不鏽鋼基座5上下兩端，第一上銅固定圓盤31與第一下銅固定圓盤34對稱裝配。

所述第一上絕緣固定圓盤32、第一下絕緣固定圓盤33、第一下銅固定圓盤34分別設置有供上述第一螺絲穿過的第二、第三、第四通孔301、302、303，且上述第一上銅固定圓盤設置有與所述第一螺絲適配的非通透的第二螺紋孔304，該第一螺絲依次穿過第四通孔303、第三通孔302、第二通孔301後，螺旋固定於第二螺紋孔304，以致將第一上銅固定圓盤31、第一上絕緣固定圓盤32、第一下絕緣固定圓盤33、第一下銅固定圓盤34鎖固。

所述不鏽鋼基座5設置有供所述第一、第二固定連接結構3、4穿設的第一、第二安裝孔51、52，且該第一、第二安裝孔51、52外圍還分別設置於第二、第三溝槽53、54，所述第一、第二密封圈61、62分別置於第二、第三溝槽53、54中，且該第一、第二密封圈61、62上端均凸出於第二、第三溝槽53、54外。

所述不鏽鋼基座5設置有與所述第一螺釘適配的非通透的第一螺紋孔501，所述底盤11於安裝位111外圍設置有與第一螺紋孔501適配的第一通孔101，該第一螺釘穿過該底盤11的第一通孔101螺旋固定於不鏽鋼基座5的第一螺紋孔501中，以致將不鏽鋼基座5固定於底盤11上。

所述不鏽鋼基座5可設有水冷結構，該水冷結構為一個水槽，水槽兩端為出水口和進水口，通過水冷方式對其進行冷卻、散熱。

所述第一上銅固定圓盤31和第一下銅固定圓盤34分別設置有供所述冷卻水進水端21穿設的第一、第二穿孔311、341，該第一、第二穿孔311、341與冷卻水進水端21外壁之間均通過焊接密封固定，以此不僅保證產品結構的穩定性，還可保證其裝配結構的氣密性。

所述第一上銅固定圓盤31下端面設置於第一環形溝槽312，所述第四密封圈64置於該第一環形溝槽312中，且該第四密封圈64的厚度大於第一環形溝槽312的深度，以致該第四密封圈64下端凸出於第一環形溝槽312外。

所述第一上絕緣固定圓盤32下端成型有第一嵌位凸臺321，該第一嵌位凸臺321由上向下卡嵌於第一安裝孔51中，該第一上絕緣固定圓盤32抵壓於第一安裝孔51上邊緣外，並壓在第一密封圈61上；所述第一下絕緣固定圓盤33上端成型有第二嵌位凸臺331，該第二嵌位凸臺331由下向上卡嵌於第一安裝孔51中，以此可使第一上絕緣固定圓盤32和第一下絕緣固定圓盤33穩定包夾固定於不鏽鋼基座5上，保證產品結構的穩定性。另外，第一下絕緣固定圓盤33抵壓於第一安裝孔51下邊緣外，且該第一上絕緣固定圓盤32與第一下絕緣固定圓盤33之間設置有密封墊，該密封墊外圍與第一安裝孔51內壁密封銜接，以此可進一步保證產品結構的密閉性。

所述第二固定連接結構4與第一固定連接結構3相同，在此不再一一贅述。

本實用新型中的不鏽鋼殼體1及銅管加熱線圈組件200均為獨立的裝配體，為組件化結構，其之間通過可快速拆裝的方式進行組裝，也就是說，本實用新型實現了組件化結構與模塊化安裝，突破了真空室內水冷式中加熱線圈安裝困難的瓶頸，且本實用新型具有成本低，安裝簡單，易維護，高安全性等特點，令本實用新型具有極強的市場競爭力。此外，本實用新型設計避免了不鏽鋼腔室的漏氣問題，實現了氣密封與水冷系統的共存結構。另外，本實用新型應用廣泛，不但可用於SiC單晶生長爐、SiC外延生長爐和離子注入後高溫退火爐，還可用於SiC上石墨烯生長爐、氮化鋁高溫生長爐等其他高溫設備。

當然，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並非來限制本實用新型實施範圍，凡依本實用新型申請專利範圍所述構造、特徵及原理所做的等效變化或修飾，均應包括於本實用新型申請專利範圍內。