具有外殼集成冷卻系統(tǒng)的爐系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種紅外線焙燒爐，其包括外殼集成冷卻系統(tǒng)，以在冷卻過程中提供作為第一步的高性能的冷卻。所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻歧管，該冷卻歧管被集成到外殼中并由與鄰近的焙燒區(qū)相同的材料制成。因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)由與外殼其余部分相同的材料制成，所述冷卻系統(tǒng)可應(yīng)付被暴露在較高的溫度下。所述冷卻系統(tǒng)定位成使得其出口的平面相對于下方通過的產(chǎn)品處在特定間隙的水平面處。當(dāng)產(chǎn)品從冷卻歧管下經(jīng)過時(shí)，空氣的高壓冷卻射流朝向產(chǎn)品被向下引導(dǎo)，從而迅速地把產(chǎn)品的溫度從較高的焙燒溫度降低，并且最小化產(chǎn)品在較高的溫度下的滯留時(shí)間。
【專利說明】具有外殼集成冷卻系統(tǒng)的爐系統(tǒng)【背景技術(shù)】
[0001]太陽能電池或光伏電池通過在太陽能電池晶片的頂部和底部上以期望的圖案沉積導(dǎo)電油墨而制造。將晶片在爐系統(tǒng)中熱處理以干燥導(dǎo)電油墨并且燒掉粘結(jié)劑和其他材料，然后材料被焙燒以在晶片表面上形成金屬化圖案。用于這種金屬化工藝的爐系統(tǒng)通常使用紅外線加熱燈以提供處理晶片所需的快速熱處理環(huán)境。
[0002]已知的晶片焙燒爐通常具有的特點(diǎn)為包括三段:在入口處的干燥區(qū)，在所述入口處將晶片裝入爐內(nèi)；燃盡/焙燒區(qū)，其一般被認(rèn)為是中間區(qū)；以及位于末端處并具有取出晶片的出口的冷卻段。在一些晶片焙燒爐中，單帶輸送機(jī)用于移動(dòng)晶片來穿過所述各段，并且因此，晶片以相同的速度移動(dòng)穿過各段?？蛇x地，考慮到帶速取決于段的變化，已知的多帶結(jié)構(gòu)中單獨(dú)的帶運(yùn)行穿過每段。 [0003]已知的是，晶片應(yīng)在其已達(dá)到其最聞溫度后被迅速冷卻，從而確保最聞質(zhì)量的晶片。然而，由于把晶片從燃盡/焙燒區(qū)轉(zhuǎn)移到冷卻區(qū)所必需的時(shí)間，已知的爐導(dǎo)致已加熱的晶片滯留在這種高溫下。
[0004]所需要的是一個(gè)晶片處理爐，其提供了溫度下的最小滯留時(shí)間連同非?？斓睦鋮s曲線。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]紅外焙燒爐包括外殼集成冷卻系統(tǒng)，以在冷卻過程中提供作為第一步的高性能的冷卻。該冷卻系統(tǒng)包括冷卻歧管，所述冷卻歧管被集成到外殼中并由與鄰近的焙燒區(qū)相同的外殼材料制成。因?yàn)槔鋮s系統(tǒng)由與外殼其余部分相同的材料制成，所述冷卻歧管可以應(yīng)付被暴露于較高的溫度。所述冷卻系統(tǒng)定位成使得其出口的平面相對于下方通過的產(chǎn)品處在特定間隙的水平面處。當(dāng)產(chǎn)品從冷卻歧管下經(jīng)過時(shí)，空氣的高壓冷卻射流朝向產(chǎn)品被向下引導(dǎo)，從而迅速地把產(chǎn)品的溫度從較高的焙燒溫度降低，并且最小化產(chǎn)品在較高溫度下的滯留時(shí)間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]參照以下描述結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明的各實(shí)施例，其中:
[0007]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的紅外線爐的框圖；
[0008]圖2是圖1的紅外線爐的局部剖視圖；
[0009]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的外殼集成冷卻歧管的分解圖；
[0010]圖4A-4C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的梯狀通氣件的分解圖；
[0011]圖5A是外殼集成冷卻歧管的示意性側(cè)視圖；并且
[0012]圖5B表示外殼集成冷卻歧管的冷卻曲線。
[0013]應(yīng)當(dāng)理解的是，為了簡單和清晰地說明，在附圖中所示的元件不一定被準(zhǔn)確地或按比例地繪制。例如，一些元件的尺寸可能為了清晰起見而相對于其它元件被夸大，或者幾個(gè)物理組件可以被包括在一個(gè)功能塊或元件中。此外，在被認(rèn)為適當(dāng)?shù)牡胤?，附圖標(biāo)記在附圖中重復(fù)出現(xiàn)以指示相應(yīng)的或類似的元件。此外，一些在附圖中示出的塊可以被組合成單一的功能。
【具體實(shí)施方式】
[0014]在下面的詳細(xì)描述中提出了許多具體細(xì)節(jié)以便徹底理解本發(fā)明的各種實(shí)施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的是，本發(fā)明的各實(shí)施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)施。在其他情況下，公知的方法、步驟、組件和結(jié)構(gòu)可能沒有被詳細(xì)描述，以便不混淆本發(fā)明的各實(shí)施例的細(xì)節(jié)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明各種的實(shí)施例，爐具備有外殼集成的冷卻系統(tǒng)以在冷卻過程中提供作為第一步的高性能的冷卻。所述冷卻系統(tǒng)包括冷卻歧管，該冷卻歧管被集成到外殼中并由與焙燒區(qū)相同的外殼材料制成，并毗鄰焙燒區(qū)設(shè)置。因?yàn)槔鋮s歧管由與外殼其余部分相同的材料制成，所述冷卻歧管可以應(yīng)付被暴露于較高的溫度。冷卻歧管定位成使得其出口的平面相對于下方通過的產(chǎn)品處在特定間隙的水平面處。當(dāng)產(chǎn)品從冷卻歧管下經(jīng)過時(shí)，空氣的高壓冷卻射流朝向產(chǎn)品被向下引導(dǎo)，從而迅速地把產(chǎn)品的溫度從較高的焙燒溫度降低，藉此最小化產(chǎn)品在較高溫度下的滯留時(shí)間。外殼可以由絕熱體磚或其它已知的絕熱材料制成。
[0016]現(xiàn)在參照圖1，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的紅外線爐系統(tǒng)100包括通常已知為相繼連續(xù)布置的干燥段102、燃盡/焙燒段104和冷卻段106。高性能對流(HPC)冷卻器段108位于冷卻段106之后。
[0017]在操作中，要處理的工件(諸如晶片或其它物體或產(chǎn)品)被放入干燥段102起始處的開口 110中，并且例如借助輸送帶等從一個(gè)段向前移動(dòng)到下一段。如通常所知的，晶片例如取決于工藝、技術(shù)和晶片類型而暴露于不同的氣體和溫度下。然而，處理晶片的詳情對于本發(fā)明實(shí)施例中的操作或描述而言沒有必要，如以下將更詳細(xì)描述的。晶片從段106進(jìn)入HPC冷卻器段108中，然后處理過的晶片在開口 112處從HPC冷卻器段108離開。
[0018]現(xiàn)在參照圖2，示出了爐100的剖視圖。在操作中，工件202 (即，要處理的物體或產(chǎn)品，諸如太陽能電池晶片)被提供給干燥段102的入口 110并通過傳送帶204在一個(gè)或多個(gè)加熱器下被傳送，所述傳送帶204限定了爐膛線(hearth line),在本實(shí)施例中，所述加熱器是具有玻璃陶瓷蓋的電線圈加熱器。所述加熱器沿干燥器段102的長度被設(shè)置在傳送帶的上方和下方，以加熱工件202的頂部和底部。
[0019]在干燥器段102的末端，工件202被傳送到燃盡/焙燒段104，燃盡/焙燒段104有時(shí)被稱為“焙燒處理”段。燃盡/焙燒段104包括一排紅外線加熱燈206，所述紅外線加熱燈206設(shè)在用于加熱被輸送經(jīng)過燃盡/焙燒段104的工件202的上段和下段的每個(gè)中。盡管所示的只有一個(gè)區(qū)域，但燃盡/焙燒段104可具有多個(gè)區(qū)域，藉此提供具有可依照期望的工藝來對工件202提供溫度曲線的不同溫度的不同區(qū)域。
[0020]當(dāng)工件202已到達(dá)燃盡/焙燒段104的末端時(shí)，它被輸送到冷卻系統(tǒng)106。工件202的溫度在冷卻段106中迅速被降低至約600°C。冷卻段106包括如下會(huì)討論的空氣充氣室209。有利地，工件202當(dāng)其在空氣充氣室209的下方通過時(shí)被迅速地冷卻下來。
[0021]HPC冷卻器108包括梯狀充氣室216，當(dāng)工件202在傳送帶230上經(jīng)過該段時(shí)，所述梯狀充氣室216把高速冷卻空氣朝向工件202向下引導(dǎo)。被向下引導(dǎo)的空氣用于沖擊以便冷卻以及用于沖擊以便在較低速度的空氣通過傳送帶230向上流動(dòng)時(shí)提供壓制力。上空氣充氣室218收集空氣，并將其引導(dǎo)到上換熱器220以進(jìn)一步從空氣中除去熱量。換熱器220運(yùn)行從而把熱量從爐中直接移出至室內(nèi)環(huán)境大氣或經(jīng)過HVAC系統(tǒng)。下空氣充氣室222提供空氣到下?lián)Q熱器224，以便以高流量但低流速來提供均勻的冷卻空氣，從而冷卻運(yùn)行穿過HPC冷卻器108的帶。梯狀充氣室216將均勻分布的空氣向下提供在工件202上。
[0022]多個(gè)排氣墩208被提供在燃盡/焙燒段104和冷卻段106之間，以便防止由空氣充氣室209向下引導(dǎo)到工件202上的冷卻氣體或空氣干擾燃盡/焙燒段104中的工藝氣體。
[0023]現(xiàn)在參照圖3，空氣充氣室209包括上空氣充氣室部210和下空氣充氣室部212。上、下空氣充氣室部210、212 —起形成空腔301，空氣經(jīng)由開口 302、304被引入所述空腔301，然后通過多個(gè)噴射孔214被向下引導(dǎo)到工件202上。上、下部210、212由與外殼其余部分相同的材料，例如絕熱磚制成，以便使空氣充氣室209能應(yīng)付與鄰近燃盡/焙燒段104相關(guān)的高溫?？商娲?，可以只提供一個(gè)開口 302用于將空氣引入到空腔301中。
[0024]如圖4A-4C所示，梯狀充氣室216包括多個(gè)充氣橫檔402，所述充氣橫檔402的每個(gè)包括多個(gè)用于將空氣向下朝向工件202引導(dǎo)的橫檔噴口 404。每個(gè)橫檔402具有至少一個(gè)入口 406，通過所述入口 406來提供空氣以便穿過橫檔噴口 404將空氣向下朝向工件202引導(dǎo)。一個(gè)或多個(gè)鼓風(fēng)機(jī)推動(dòng)空氣 通過管道(未示出)，所述管道與該梯狀充氣室216的每一側(cè)流體連接從而通過入口 406提供空氣。充氣橫檔402彼此間隔開以允許回流空氣，例如允許被溫?zé)岬墓ぜ?02反射離開的空氣穿過橫檔402朝向上空氣充氣室218和上換熱器220向上通過。充氣橫檔402之間的空間允許不受限制的低速流。這個(gè)開放的梯狀結(jié)構(gòu)最小化了可能會(huì)導(dǎo)致工件202在傳送帶230上移動(dòng)的渦流。
[0025]現(xiàn)在參照圖5A和5B，曲線圖502表示工件202的溫度，當(dāng)工件202在空氣充氣室209下方通過時(shí)，工件202的溫度從其焙燒溫度TFIRE非常迅速地下降到期望的冷卻溫度Tax^在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，空氣充氣室209具有126mm的寬度(W)。有利地，工件在它被轉(zhuǎn)移到HPC冷卻器段108之前，不在其焙燒溫度Tfike下滯留比必要時(shí)間更長的時(shí)間。
[0026]應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明的各實(shí)施例不限于處理晶片的焙燒爐，而是可以用于處理其它類型的產(chǎn)品的其它類型的熔爐來實(shí)施。
[0027]為了清楚起見，本發(fā)明已經(jīng)在各分開的實(shí)施例的上下文中描述了的特定特征也可以以組合的方式在單個(gè)實(shí)施例中提供。反過來，為簡潔起見，本發(fā)明在單個(gè)實(shí)施例的上下文中描述的各種特征也可以單獨(dú)地或以任何合適的次級(jí)組合方式來提供。
[0028]應(yīng)當(dāng)理解的是，這里論述的各種方法和裝置的具體實(shí)施例不限于應(yīng)用到下文所提出的或在附圖中所圖示的構(gòu)造的細(xì)節(jié)以及部件或步驟的安排中。所述方法和裝置能夠按照各種方式由正被實(shí)行或執(zhí)行的其他實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)方式或?qū)嵤├氖纠齼H為示意目的而提供于此并且不旨在進(jìn)行限制。與這些實(shí)施例中的任何一個(gè)相關(guān)聯(lián)的所討論的特定領(lǐng)域、元件和特征都不旨在從任何其它實(shí)施例中的類似作用中被排除。此外，本文所用的措辭和術(shù)語是出于描述的目的而不應(yīng)被視為限制。此處使用的“包括”，“包含”，“具有”，“含有”，“涉及”及其變體意在包括其后列出的項(xiàng)目及其等同物，以及其他項(xiàng)目。
[0029]已經(jīng)因此描述了本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的若干特征，應(yīng)當(dāng)理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易做出各種改變、修改和改進(jìn)。這樣的改變、修改和改進(jìn)旨在是本公開的一部分，并旨在處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，前面的描述和附圖僅是示例的方式，并且本發(fā)明的范圍應(yīng)該是由所附權(quán)利要求和它們的等價(jià)物的合理解釋來確定。
【權(quán)利要求】
1.一種紅外線(IR)焙燒爐，包括: 具有至少一個(gè)加熱段和鄰近的冷卻段的爐外殼；和 位于所述爐外殼的冷卻段內(nèi)的冷卻系統(tǒng)， 其中，所述冷卻系統(tǒng)被集成到所述爐外殼中并且由與所述爐外殼相同的材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線焙燒爐，其中，所述與爐外殼相同的材料是絕熱磚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線焙燒爐，其中，所述冷卻系統(tǒng)包括: 在所述冷卻系統(tǒng)中限定的第一容器或空間，以及 在所述冷卻系統(tǒng)中限定的多個(gè)第一開口，所述多個(gè)第一開口與所述第一容器或空間流體連接， 其中，每個(gè)所述開口的軸線基本上垂直于延伸穿過所述至少一個(gè)加熱段和冷卻段的爐膛平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外線焙燒爐，其中，在所述冷卻系統(tǒng)中限定多個(gè)第二開口，所述多個(gè)第二開口布置成橫跨爐膛平面寬度的一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外線焙燒爐，其中，所述多個(gè)第二開口是線性布置的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紅外線焙燒爐，其中，所述爐膛平面由穿過爐外殼縱向延伸的傳送帶來限定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外線焙燒爐,進(jìn)一步包括: 對流冷卻段，其定位成鄰近所述冷卻段以從所述冷卻段接受工件，其中，所述對流冷卻段被配置成從所述工件的上方和下方提供冷卻空氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅外線焙燒爐，其中，所述對流冷卻段包括: 傳送帶，所述工件布置在所述傳送帶上；和 梯狀充氣室，其設(shè)置在所述傳送帶上方并且配置成提供被向下引導(dǎo)至所述工件頂面的冷卻空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紅外線焙燒爐，其中，所述對流冷卻段還包括: 下空氣充氣室，其設(shè)置在傳送帶下方并且配置成將冷卻空氣提供到傳送帶的底部部分，其中，來自所述梯狀充氣室的空氣的速度大于來自所述下空氣充氣室的空氣的速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的紅外線焙燒爐，其中: 所述傳送帶包括網(wǎng)狀材料，并且 其中，來自所述梯狀充氣室的空氣的速度大于來自所述下空氣充氣室的空氣的速度，以使得所述工件不會(huì)從所述傳送帶被抬起。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紅外線焙燒爐，其中，所述梯狀充氣室包括: 多個(gè)充氣橫檔，每個(gè)所述充氣橫檔包括多個(gè)用于朝向工件的頂面引導(dǎo)冷卻空氣的橫檔噴口。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的紅外線焙燒爐，其中，每個(gè)所述橫檔噴口包括與相應(yīng)充氣橫檔的內(nèi)部流體連接的多個(gè)孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的紅外線焙燒爐，其中，所述充氣橫檔彼此分隔開，以便讓回流的空氣通過。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的紅外線焙燒爐，其中，相鄰充氣橫檔之間的間距大得足以防止可能導(dǎo)致所述工件在傳送帶上移動(dòng)的空氣渦流。
【文檔編號(hào)】H01L21/677GK103765143SQ201280038052
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月28日
【發(fā)明者】T·R·多爾蒂, D·J·布特蘭德 申請人:Btu國際公司