專利名稱：液態化學品的加熱方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液態化學品的加熱方法和裝置，特別是涉及半導體企業常用的需要通過加熱以減低粘度來進行傳輸或使用的化學溶液的加熱方法和裝置。
背景技術：
半導體企業在生產過程中需要使用到很多的液態化學品，其中有些液態化學品在常溫下的粘度非常大，但是隨著溫度的升高其粘度會迅速的下降，所以這些液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸或使用。當然，不同的液態化學品需要的傳輸溫度也是不相同的，這需要根據每種液態化學品的理化特性進行選擇。一般采用的電加熱方式不能滿足液態化學品大流量加熱傳輸的需求。
例如半導體企業中常用的一種銅腐蝕液ST250(L121 ST250)就是這樣一種溶液。常溫下該溶液的粘度較大(參照圖1)，在20℃時的粘度為34厘斯(CS，centistokes)，在40℃時的粘度為17厘斯(CS，centistokes)，所以一般情況下，12英寸芯片半導體企業制程在傳輸和使用銅腐蝕液ST250時，需要將該溶液加熱至40℃。半導體企業中對銅腐蝕液ST250的加熱一般直接采用電加熱的方式，通過溫控器控制電加熱器時斷時續的加熱，從而控制溶液的溫度。參照圖2，所述銅腐蝕液ST250在換熱槽11中從下而上的流動，電加熱棒12插入換熱槽11中，通過電加熱棒12的傳熱表面對銅腐蝕液ST250進行加熱。溫度傳感器13和控制器14共同作用控制銅腐蝕液ST250的加熱溫度和電加熱棒12的加熱功率或者效率。然而，由于電加熱器是通過較高的傳熱溫度，較小的傳熱面積來實現液體溫度的提高的，傳熱效率低下，所以無法在短時間內實現將銅腐蝕液ST250加熱并不超過40℃，從而不能滿足銅腐蝕液ST250的大流量加熱傳輸的需求。一般電加熱器在同樣的技術要求下(從20℃加熱到40℃)的流量不會超過2LPM(升/分)；而作為大量供給多個用戶的中央供給系統要求20-25LPM(升/分)。
所述的需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸的液態化學品中，大部分對溫度的變化非常敏感，溫度的變化超出范圍會導致所述液態化學品的不穩定、降低活性，甚至導致溶液成分發生變化，從而減少溶液的使用壽命。因此，在加熱傳輸的過程中必須考慮對這些液態化學品的精確加熱，保證溫度的變化范圍。而一般采用的電加熱方式由于傳熱表面溫度較高會導致部分液態化學品的溫度超出范圍，從而減少溶液的使用壽命，造成資源浪費。
例如前述的銅腐蝕液ST250在傳輸和使用中需要加熱至40℃，除了粘度的考慮外，還兼顧了溶液活性的考慮。因為所述的銅腐蝕液ST250對溫度的變化非常敏感，如果溶液的溫度高于40℃，則溶液中的組分水就會比較容易揮發而造成溶液中水分的快速喪失，從而導致溶液成分發生變化，達到一定程度時該溶液就無法使用，必須廢棄，否則會產生不合格產品。
而如前所述，半導體企業中對銅腐蝕液ST250的加熱一般直接采用電加熱的方式。但是由于溶液直接接觸電加熱器的表面，而電加熱器的加熱方式是時斷時續的，加熱表面的溫度有時會高于40℃，所以會造成銅腐蝕液ST250中的一部分溶液溫度高于40℃，從而破壞溶液的特性以及產品質量。實際生產中采用上述電加熱方式下的一批銅腐蝕液ST250只能使用48小時，而48小時內處理的產品數量還遠遠沒有達到該批銅腐蝕液ST250的最大腐蝕容量，但是為了保證產品的質量而不得不廢棄該批溶液，所以會造成資源浪費以及加速環境污染。
另外，由于對所述液態化學品采用直接電加熱的方式，而所述液態化學品大部分都是易燃、易爆或者腐蝕性的液體，這些液體直接接觸電加熱器件的加熱表面非常危險，會帶來很大的不安全因素。出于安全的考慮，整個電加熱裝置必須全部設置在防爆房間內，從而增加了企業的成本負擔。
發明內容
鑒于上述問題，本發明所解決的技術問題是提供一種液態化學品的加熱方法和裝置，特別是涉及半導體企業常用的需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸的化學溶液的加熱方法和裝置，可以實現對液態化學品的安全加熱，實現對液態化學品的精確加熱，實現長時間連續加熱，滿足大流量加熱的需求。
為解決上述技術問題，本發明的目的是通過以下技術方案實現的本發明公開了一種液態化學品的加熱方法，所述液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸，所述加熱方法需要通過液體傳熱介質對所述液態化學品進行加熱。
優選的，所述的液體傳熱介質可以為去離子水。
優選的，所述液體傳熱介質在傳熱管外流動，所述液態化學品在傳熱管內流動。
優選的，所述液體傳熱介質和所述液態化學品的流動方向相同，即進行順流換熱。
優選的，所述液態化學品可以為銅腐蝕液ST250。
本發明還提供了一種液態化學品的加熱裝置，所述液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸，所述加熱裝置包括加熱器，用于加熱液體傳熱介質；換熱器，用于將所述液體傳熱介質的熱量傳遞至所述液態化學品。
優選的，所述的加熱裝置還包括控制加熱過程的控制器、測量所述液體傳熱介質溫度的溫度傳感器、測量所述液態化學品溫度的溫度傳感器、測量所述液態化學品流量的流量計；所述控制器與所述加熱器、所述溫度傳感器以及所述流量計相連。
優選的，所述換熱器的換熱管為螺紋蛇管。
優選的，所述液體傳熱介質和所述液態化學品同向進入所述換熱器。
優選的，所述的換熱器設置在防爆房間內。
本發明和現有技術相比，具有以下優點本發明由于采用了液體傳熱介質對所述液態化學品進行加熱，所以可以通過較小的溫差獲得較好的傳熱效果。優選的，選擇比熱大的水作為傳熱介質，則可以通過更小的溫差獲得更好的傳熱效果。由于液體傳熱介質和所述液態化學品之間的溫差較小，可以確保對所述液態化學品的平穩和長時間加熱，而不會使接觸換熱表面的液態化學品的溫度超過范圍，即可以實現對所述液態化學品的精確加熱，所以可以保證所述液態化學品的溶液質量，從而提高所述液態化學品的使用壽命。
本發明由于采用了液體傳熱介質對所述液態化學品進行加熱，并采用較大的換熱表面，可以提高換熱效率。并且本發明采用液體傳熱介質和液態化學品同方向流入換熱器，可以快速的提高所述液態化學品的溫度，從而盡快降低所述所述液態化學品的粘度，減少流動阻力，使得所述液態化學品在管道中流動時的壓降達到最小，所以可以滿足所述液態化學品大流量加熱的需求，可以達到20-25LPM(升/分)。
本發明通過液體傳熱介質進行傳熱，而避免了表面溫度高的電加熱器件直接接觸所述液態化學品，避免了電加熱可能產生的不安全因素，從而相比于傳統的直接電加熱方式而言，大大提高了加熱過程的安全度。
本發明所述的加熱裝置還可以包括控制器，所述控制器與溫度傳感器、流量計、加熱器等相連，根據獲取的溫度和流量參數可以非常方便的調節和管理整個加熱過程，例如調節加熱器的加熱功率或者效率、調節液體傳熱介質的流量和溫度等，從而達到最佳的加熱效果。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是所述銅腐蝕液ST250的粘度隨溫度變化的示意圖；圖2是現有的電加熱裝置結構示意圖；圖3是本發明所述加熱裝置的整體結構示意圖；圖4是圖3所示加熱裝置的詳細結構圖；圖5是圖3所示加熱裝置的換熱器的結構示意圖。
具體實施例方式
本發明的核心思想在于通過液體傳熱介質對所述液態化學品進行加熱，從而利用較大的傳熱面積實現對液態化學品的精確加熱，并保證對液態化學品的安全加熱，以及滿足液態化學品大流量加熱的需求。
參照圖3，是本發明所述加熱裝置的整體結構示意圖。本發明所述加熱裝置包括加熱器31和換熱器32，所述加熱器31用于加熱液體傳熱介質，所述換熱器32用于將所述液體傳熱介質的熱量傳遞至所述液態化學品。所述加熱器31可以采用本領域技術人員熟知的加熱方式，例如電加熱方式等。所述換熱器32可以采用現有的各種適合液體傳熱的換熱器，例如管殼式換熱器或者板式換熱器等。
所述的液態化學品可以是半導體企業在生產過程中經常使用的一些液態化學品，它們所具有的共同特性為在常溫下的粘度非常大，但是隨著溫度的升高其粘度會迅速的下降，所以這些液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸，以保證傳輸的效率。所述傳輸包括從廠務到生產車間的遠距離傳輸，也可以包括在生產車間內的局部傳輸。
所述的液態化學品可以為混合溶液，例如半導體企業常用的銅腐蝕液ST250(L121 ST250)，可以通過美國ATMI半導體材料公司獲得。所述的液態化學品也可以是純凈物，例如N-甲基-2-砒咯酮(NMP)，可以通過臺灣伊默克化學科技股份有限公司獲得。當然，本發明并不限制所述的液態化學品的具體成分或者具體廠商，只要所述液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸即可。
所述液體傳熱介質為了保證傳熱效率，一般需要選用比熱較大的液體。優選的，所述液體傳熱介質可以為去離子水。因為水的比熱在所有液態和固態物質中最大，為4.1868×103J·kg-1·℃-1；并且去離子水不會產生水垢等影響傳熱的物質；而且在工業上的水是非常容易獲得的。當然本發明并不限制所述液體傳熱介質的具體構成。
當本發明所述加熱裝置對所述液態化學品進行加熱時，首先在加熱器31中通過電加熱方式將所述液體傳熱介質加熱至指定的溫度，然后通過管道將加熱后的所述液體傳熱介質傳送至換熱器32中，在換熱器32中所述液體傳熱介質將自身攜帶的熱量傳遞給所述液態化學品，使其達到指定的溫度，換熱后的所述液體傳熱介質再回到加熱器31中，從而完成對所述液態化學品的加熱過程。加熱之后，所述液態化學品的溫度提高了，粘度下降了，即提高了所述液態化學品傳輸速度。
參照圖4，是圖3所示加熱裝置的詳細結構圖。圖4所示的加熱裝置包括加熱器31、換熱器32、控制器43、流量計47、溫度傳感器45、溫度傳感器46、控制閥49、泵48、電加熱棒44以及傳輸管道等。圖4所示的優選的加熱裝置中，所述液態化學品為銅腐蝕液ST250，所述的液體傳熱介質為去離子水。
去離子水在加熱器31中由電加熱棒44進行加熱，加熱器31上設置有溫度傳感器45，所述電加熱棒44、溫度傳感器45都通過信號線和所述控制器43相連，所述控制器43根據獲取的溫度參數控制所述電加熱的功率或者效率。所述去離子水的加熱溫度需要考慮銅腐蝕液ST250要求的溫度以及去離子水傳輸管道的距離。去離子水經過加熱后通過泵48傳送至換熱器32中。
所述換熱器32可以在去離子水的入口管道處設置控制閥門49，用以控制去離子水的流量，所述的控制閥49還可以通過信號線和所述的控制器43相連，以實現遠程控制。根據本發明前述的理由，得知銅腐蝕液ST250的需要溫度為40℃，所以可以設定銅腐蝕液ST250出口溫度稍低于40℃。對銅腐蝕液ST250出口溫度的控制可以通過以下方式實現在銅腐蝕液ST250出口處設置流量計47和溫度傳感器46，并分別連接信號線至所述控制器43，所述控制器43通過設定方式對流量或者加熱效率進行控制，從而達到保證銅腐蝕液ST250出口溫度的目的。
所述去離子水在換熱器32中可以從上方流入，從下方流出。優選的，所述的銅腐蝕液ST250采用和去離子水相同的流動方向。固然，在換熱器32中逆向流動可以提高換熱效率，但是本換熱器的主要目的在于精確換熱和盡快提高銅腐蝕液ST250的溫度，降低銅腐蝕液ST250的粘度，所以采用同向流動。由于銅腐蝕液ST250在入口時的粘度較大，出口時的粘度較小，所以會產生較大的壓降，影響液體傳輸。但是采用同向換熱方式可以實現銅腐蝕液ST250入口時的快速加熱，使得該液體傳輸中的壓降達到最小，從而可以滿足大流量加熱的需求，所述銅腐蝕液ST250的流量可以通過流量計顯示得到。銅腐蝕液ST250經過加熱后達到了所需的溫度，故可以進行傳輸或者使用。去離子水經過換熱后溫度降低，回到加熱器31中重新進行加熱，開始下一個加熱流程。
所述控制器43通過信號線與泵48、電加熱棒44、溫度傳感器45、溫度傳感器46、流量計47、控制閥49相連接，通過設定的控制程序對整個加熱過程進行遠程自動控制，降低員工的勞動強度。當然所述控制器43僅僅控制上述器件中的一個或者幾個，也可以實現對銅腐蝕液ST250出口溫度的控制；圖4所示的控制方式是為了達到最佳的溫度控制效果而采用的。泵48可以設置在所述加熱器31的出口管道上，其作用就是使得去離子水在加熱器31和換熱器32之間循環流動，所述控制器43可以控制所述泵48的開啟和關閉狀態從而控制去離子水的流動。所述控制器43和電加熱棒44、溫度傳感器45相連，可以控制電加熱棒44的開啟、關閉或者加熱功率，從而控制去離子水的溫度。所述控制閥49可以設置在換熱器32去離子水的入口管道上，所述控制器43和所述控制閥49相連，可以對所述控制閥49的開啟程度進行管理，從而達到調節最為傳熱介質的去離子水的流量。
所述控制器43還可以包括顯示單元，可以在顯示單元上顯示各種加熱溫度、流量等，方便技術人員了解整個加熱過程。當然所述控制器43可以包括管理芯片，所述管理芯片可以按照設定的程序自動對加熱過程進行調節和管理。所述控制器43可以設置在遠離加熱系統的其他地方，以便實現遠程管理。
由于圖4所述的加熱裝置避免了電加熱表面直接接觸易燃易爆的銅腐蝕液ST250，所以提高了本發明所述加熱裝置的安全程度。則在滿足銅腐蝕液ST250大流量加熱的需求下，可以僅僅將本加熱裝置的換熱器部分設置在防爆房間內，從而降低設備的成本，所述防爆房間是為了保證安全而特別設置的。
參照圖5，是圖3所示加熱裝置的換熱器32的結構示意圖。所述換熱器32可以采用現有的各種形式的換熱器，例如，螺紋管換熱器、浮動盤管換熱器或者板式換熱器等，所需要的換熱技術都是本領域技術人員熟知的。圖5所示的是一種蛇管換熱器，采用蛇管是為了增加換熱面積。至于所述換熱器32外殼的尺寸、蛇管的彎折次數、蛇管的數量以及蛇管的直徑等都是需要根據所述銅腐蝕液ST250加熱后溫度以及流量的大小通過計算得到的，當然所述的計算過程為本領域技術人員所熟知，在此就不再贅述。所述蛇管的表面還可以增加螺紋或者翅片，以增加銅腐蝕液ST250在換熱器中流動時的阻力和換熱面積，從而提高換熱效率。由于換熱管內流動的為化學品，為了防止腐蝕，可以采用聚四氟乙烯(PFA)、聚丙烯(PP)等耐腐蝕材料。當然，由于所加熱的液態化學品的易燃、易爆、腐蝕性帶來的換熱器材料或者設計上的其他需要，對本領域技術人員來說是熟知的，在此不再贅述。
考慮到所述銅腐蝕液ST250的粘度以及腐蝕性等特性，圖5所示的換熱器32中銅腐蝕液ST250設置在蛇管內流動，加熱后的去離子水在換熱管外流動，對蛇管進行充分的加熱。由于換熱管外的空間充滿了大量的熱水，所以所述銅腐蝕液ST250可以很快達到需要的溫度；由于加熱速度的提高，從而可以滿足銅腐蝕液ST250大流量加熱的需求。
在銅腐蝕液ST250出口管道處設置了流量計47和溫度傳感器46，并通過信號線和所述控制器43相連，實現遠程和自動控制，確保銅腐蝕液ST250的換熱后溫度達到預定的溫度。
由于水的比熱在所有液態和固態物質中最大，所以相同情況下其攜帶的熱量也是最大的，從而可以得到穩定溫度的去離子水，提高銅腐蝕液ST250換熱的精確度。正是由于水的比熱非常大，所以可以通過較小的換熱溫差就可以達到極佳的換熱效果，例如，要求銅腐蝕液ST250換熱后溫度為38℃時，作為換熱介質的去離子水的溫度可以穩定在38±0.5℃，甚至38±0.2℃，就可以滿足換熱需要。這樣穩定溫度的傳熱介質既可以滿足對銅腐蝕液ST250加熱至38℃的需要，又不會導致銅腐蝕液ST250中的部分溶液溫度高于40℃，從而影響該溶液的使用壽命，可以提高資源的利用效率。
去離子水與銅腐蝕液ST250在換熱器32中都采用從上至下的流動方向，可以使得銅腐蝕液ST250盡快的提高液體溫度，盡快的降低液體粘度，從而使得當銅腐蝕液ST250在換熱器32中傳輸時的壓降最小，從而可以滿足大流量加熱的需求。
半導體企業一般需要在傳輸端對所述液態化學品的進行加熱，當傳輸至使用端時需要補充加熱，以彌補在傳輸途中損失的熱量。半導體企業對所述液態化學品的加熱可以在傳輸端使用本發明所述加熱裝置，而在使用端仍然使用電加熱方式的加熱系統。所述的傳輸端一般位于廠務所在的位置，所述使用端一般位于生產車間內。
在傳輸端使用本發明所述加熱裝置，可以滿足大流量加熱的需要以及提高化學品的使用壽命。但是考慮到在使用端進行設備改造的難度以及在使用端僅僅對所述的液態化學品進行補充加熱(例如，從36℃加熱至40℃)，電加熱方式完全可以滿足，而且不會對液態化學品的使用壽命產生較大的影響。所以綜合考慮下，一般可以采用組合加熱方式，當然如果條件允許，在廠務傳輸端和生產車間的使用端都采用本發明所述的加熱方法和裝置，可以達到最佳的加熱效果。
本發明還提供了一種液態化學品的加熱方法，所以液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸，其核心思想在于通過液體傳熱介質對所述液態化學品進行加熱，從而達到安全加熱、精確加熱以及快速加熱提高液態化學品流量的目的。所述的液體傳熱介質可以為去離子水，所述液態化學品可以為銅腐蝕液ST250。在換熱器中，去離子水在傳熱管外流動，銅腐蝕液ST250在傳熱管內流動，所述去離子水與銅腐蝕液ST250的流動方向相同。本發明所述加熱方法未盡之信息，可以參見前述加熱裝置的描述。
以上對本發明所提供的一種液態化學品的加熱方法和裝置進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種液態化學品的加熱方法，所述液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸，其特征在于，通過液體傳熱介質對所述液態化學品進行加熱。
2.如權利要求1所述的液態化學品的加熱方法，其特征在于，所述的液體傳熱媒介物包括水。
3.如權利要求1或2所述的液態化學品的加熱方法，其特征在于，所述液體傳熱介質在傳熱管外流動，所述液態化學品在傳熱管內流動。
4.如權利要求3所述的液態化學品的加熱方法，其特征在于，所述液體傳熱介質和所述液態化學品之間通過順流方式換熱。
5.如權利要求1或2所述的液態化學品的加熱方法，其特征在于，所述液態化學品為銅腐蝕液ST250。
6.一種液態化學品的加熱裝置，所述液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸，其特征在于，包括加熱器，用于加熱液體傳熱介質；換熱器，用于將所述液體傳熱介質的熱量傳遞至所述液態化學品。
7.如權利要求6所述的液態化學品的加熱裝置，其特征在于，還包括控制加熱過程的控制器、測量所述液體傳熱介質溫度的溫度傳感器、測量所述液態化學品溫度的溫度傳感器、測量所述液態化學品流量的流量計；所述控制器與所述加熱器、所述溫度傳感器以及所述流量計相連。
8.如權利要求6或7所述的液態化學品的加熱裝置，其特征在于，所述換熱器的換熱管為螺紋蛇管。
9.如權利要求8所述的液態化學品的加熱裝置，其特征在于，所述液體傳熱介質和所述液態化學品順流進入所述換熱器。
10.如權利要求9所述的液態化學品的加熱裝置，其特征在于，所述的換熱器設置在防爆房間內。
全文摘要
本發明公開了一種液態化學品的加熱方法，所述液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸，所述加熱方法通過液體傳熱介質對所述液態化學品進行加熱。本發明還提供了一種液態化學品的加熱裝置，包括加熱器，用于加熱液體傳熱介質；換熱器，用于將所述液體傳熱介質的熱量傳遞至所述液態化學品；所述液態化學品需要通過加熱以降低粘度來進行傳輸。本發明尤其適用于常溫下粘度大，而隨著溫度升高粘度迅速下降的液態化學品，例如銅腐蝕液ST250。本發明可以滿足大流量加熱的需求；可以實現精確加熱，避免液態化學品溫度超出范圍，從而提高液態化學品的使用壽命；避免電加熱器件直接接觸易燃易爆的溶劑類化學品，從而大大提高加熱過程的安全性。
文檔編號F17D1/00GK1987285SQ20051011167
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月19日 優先權日2005年12月19日
發明者葉大軍, 李漢忠 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司