剖析高温退火炉温度控制硬件的设计及其特点

　　由于高温退火炉的温度变化速度快，要求温度控制响应速度能够响应该瞬态的上升和下降速度，否则温度会产生超调，影响退火过程的质量。因此，温度调节的基本要求是速度快，这是传统PID温度控制器无法满足的。我们必须采用一种新的自适应PID调节算法，开发一种新的自适应调节算法。为了实现其温度控制，须协调软硬件的工作。

　　在加热过程中，要求通过检测温度信号和调节加热灯各灯区的功率，快速、正确、均匀地控制温度。为满足此温度控制要求，温度控制部件主要由“过零信号检测板”、“计数计时板”、“炉膛温度控制信号板”、“晶闸管加热电源”、“温度高温计”、“温度信号处理器”、“灯加热功率调节器”、“控制计算机”等部件组成。

　　分析表明，晶闸管导通角与计数计时板上计数器的计数值有关。计数器采用1MHz频率计数，每个计数脉冲为1微秒。较大计数值设计为10000，对应时间为10毫秒，为50Hz交流电的半个周期。每个计数和计时板上有5个计数器，每个计数器控制一个灯区，两个计数和计时板可以控制10个灯区。计数计时板通过总线与控制计算机相连。计算机通过总线在计数计时板上设置每个计数器的计数值，调整每个灯区晶闸管的导通角，从而调整每个灯区的加热功率，实现每个灯区加热功率的程控调节。

　　在高温退火炉快速热处理过程中，控制计算机先根据控制算法设置计数计时板上每个计数器的预期计数值，即设置每个加热灯区域的预期加热功率。在加热过程中，高温计用于实时检测硅片的温度。温度信号处理器将高温计信号处理为标准温度值。计算机将实时温度值与设定的温度曲线进行比较。当有温差时，根据控制算法调整每个加热灯区域的功率计数值，以正确控制温度和温度均匀性。

　　使用上述硬件设计控制温度具有以下特点：

　　（1）热源功率可分区控制，为温度均匀性控制提供了硬件基础；

　　（2）采用16位计数器调节晶闸管导通角，调节精度高。现设计控制精度为1/10000，通过参数调整，较大控制精度可达1/6000；

　　（3）控制调节计数器采用4个8254计数器控制10个加热灯区，控制电路简单，集成度高；

　　（4）高温退火炉在该硬件的支持下，温度控制可实现全自动计算机程序控制，调节响应快，满足自适应算法的要求。