碳化硅炉专用籽晶升降旋转机构的制作方法

1.本发明涉及半导体设备领域，具体是升降旋转机构。


背景技术：

2.坩埚升降旋转装置为碳化硅炉的核心传动部件之一。
3.随着半导体行业的蓬勃发展，半导体材料已经从第一代演变为现在的第三代。第一代半导体材料的代表硅，功率在100w左右，但是频率只有大约3ghz；第二代的代表砷化镓，功率不足100w，但频率却能达到100ghz。因此前两代半导体材料更多是互为补充的关系。而第三代半导体的代表氮化镓和碳化硅，功率可以在1000w以上，频率也可以接近100ghz，优势非常明显，因此未来有可能是取代前两代半导体材料的存在。第三代半导体的这些优势，很大程度上都得益于一点:它们相比前两台半导体具有更大的禁带宽度。甚至可以说，三代半导体之间的主要区分指标就是禁带宽度。因为具有上面这些优势，第三点半导体材料可以满足现代电子科技对高温、高压、高功率、高频以及高辐射等恶劣环境的要求，因此可以在航空、航天、光伏、汽车制造、通讯、智能电网等前沿行业中有大规模应用。目前主要是制造功率半导体器件。
4.随着半导体材料的变化，如若仍然采用传统的籽晶旋转升降机构，不利于保证用于液相法的碳化硅晶体拉制，且无法实现籽晶拆装的便捷性。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供碳化硅炉专用籽晶升降旋转机构，以解决以上至少一个技术问题。
6.为了达到上述目的，本发明提供了碳化硅炉专用籽晶升降旋转机构，包括升降机构，所述升降机构的升降滑台上安装有旋转机构，其特征在于，所述旋转机构包括一旋转杆，所述旋转杆与籽晶杆可拆卸连接；
7.所述旋转杆与所述籽晶杆上下插接，所述旋转杆的外壁上螺纹连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母的外壁上设有一环状凹槽；
8.还包括一锁紧圈，所述锁紧圈包括两个夹紧圈，两个夹紧圈的一端相互铰接，两个夹紧圈的另一端可拆卸连接，所述两个夹紧圈的内壁设有嵌入所述环状凹槽的突起；
9.两个夹紧圈的下端设有下端台阶；
10.所述籽晶杆的顶部设有与所述下端台阶的顶部相抵的上端台阶，所述上端台阶的下侧面与所述下端台阶的顶面相抵。
11.本专利实现了籽晶杆的快速更换。锁紧圈卡紧在锁紧螺母外侧，锁紧圈下端台阶上表面与籽晶杆上端台阶下表面紧贴；旋转锁紧螺母向上运动，使籽晶杆上端与旋转轴下端相互卡紧，从而实现籽晶杆与旋转轴的同轴锁紧。采用锁紧圈与锁紧螺母配合的连接方式，一方面通过锁紧圈连接，另一方面通过锁紧螺母进行锁紧；实现籽晶杆的轻松快捷的装拆。
12.进一步优选地，所述升降机构包括升降滑台，所述升降滑台上安装有横向运动的调整板，所述调整板通过一水平调节机构连接一集装板；
13.所述集装板安装有磁流体旋转装置，所述磁流体旋转装置安装在所述旋转杆的外侧，且与所述旋转轴同心密封连接，所述集装板、调整板以及所述升降滑台从上至下排布，且所述集装板、所述调整板以及所述升降滑台上开设有用于旋转杆穿过的通孔；
14.所述水平调节机构包括至少三个周向排布的中空调整螺钉，所述中空调整螺钉与所述集装板的螺纹连接，所述中空调整螺钉与螺母螺纹连接；所述螺母与所述集装板的下端面相抵；
15.所述中空调整螺钉上插设有一螺栓，所述螺栓的头部与中空调整螺钉之间夹设有上下设置的球面垫圈以及锥面垫圈，且球面垫圈以及锥面垫圈套设在所述中空调整螺钉的外围；
16.所述螺栓的底部与所述调整板螺纹连接，所述螺栓的外围且所述中空调整螺钉与所述调整板之间设有上下设置的球面垫圈以及锥面垫圈。
17.便于通过中空调整螺钉的旋转，实现水平度的微调。通过螺母进行锁紧。
18.进一步优选地，所述螺栓与所述中空调整螺钉之间存有间隙。
19.进一步优选地，所述升降滑台上安装有一调心机构；
20.所述调心机构包括调整板、调整块以及压板，所述压板抵靠在所述调整板和调整块的上方，所述压板压设在所述调整块的外边缘的上方；
21.所述调整块高度与调整板高度一致，所述调整块通过螺栓锁紧固定在所述升降滑台上；
22.所述压板上开设有并排设置的腰形孔，所述压板通过穿过所述腰形孔的螺栓与所述升降滑台相连；
23.所述调整块竖直设置，所述调整块上螺纹连接有水平设置的调节螺栓，所述调节螺栓与所述调整板的外边缘的侧壁相抵；
24.所述调节螺栓上螺纹连接有螺母，所述螺母与所述调整块相抵。
25.通过4件调节螺栓配合，移动调整板，实现旋转杆的对中。对中完成后，首先水平设置的调节螺栓上有螺母锁紧，然后压板上螺栓锁紧，使调整板固定。
26.便于实现旋转杆位置的微调。进而保证装置的精度。可以实现籽晶旋转结构部分的对中调整。
27.进一步优选地的，所述集装板的下方安装有密封轴，所述密封轴与所述集装板之间安装有密封圈；
28.所述密封轴的下方与波纹管的上端密封连接，所述波纹管的下端与长晶腔体密封连接。
29.便于实现密封性。
30.进一步优选地，所述旋转机构包括伺服电机以及减速机，所述伺服电机的动力输出轴与所述减速机的动力输入端相连，所述减速机的动力输出轴通过皮带与所述旋转杆的传动连接；
31.所述减速机安装在减速机支座上，所述减速机支座安装在所述集装板上。
32.便于实现旋转杆的转动。
33.进一步优选地，所述升降机构包括一升降电机、第一减速机、第二减速机、球减速机、升降模组；
34.所述升降电机的动力输出轴与所述第一减速器的动力输入轴相连，所述第一减速机的动力输出轴与所述第二减速机的动力输入轴相连，所述第二减速机的动力输出轴通过皮带与所述球减速机的动力输入轴相连；
35.所述球减速机的动力输出轴与所述升降模组的丝杆传动连接；
36.所述升降滑台上安装有与丝杆相匹配的螺母。
37.进一步优选地，所述第二减速机带有电磁离合器，所述电磁离合器用于第二减速机进行1:1与1:249的减速比的切换。
38.升降机构可以实现低速5μm/h-7200μm/h，高速7.2mm/min-30mm/min。升降速度精度控制在
±
5μm/h。
39.进一步优选地，所述升降机构包括一安装座，所述安装座的侧面固定有一竖直设置的标尺；
40.所述升降滑台连接有一指针，所述安装座上开设有用于所述指针外露的开口，所述指针指向所述标尺。
41.便于直观的观测籽晶升降高度的调整。
42.进一步优选地，所述安装座上安装有光栅尺，所述升降滑台上安装有与所述光栅尺配合的光栅尺读取头。
43.进一步优选地，所述旋转杆的上端螺纹连接有旋转接头，所述旋转杆是中空旋转杆，所述中空旋转杆与所述旋转接头内部安装有一轴内水冷管，所述轴内水冷管的顶部与所述旋转接头相连，所述轴内水冷管与所述中空旋转杆之间存有导流通道，所述导流通道与所述轴内水冷管的内孔导通；
44.所述旋转接头上开设有与所述轴内水冷管对接导通的第一开口与所述导流通道对接导通的第二通道。
45.便于实现旋转杆内部的水冷。
附图说明
46.图1为本发明具体实施例1的一种剖视图；
47.图2为本发明具体实施例1旋转杆与籽晶杆连接处的局部结构示意图；
48.图3为本发明具体实施例1锁紧圈的一种结构示意图；
49.图4为本发明具体实施例1的水平调节机构处的剖视图；
50.图5为本发明具体实施例1的指针处的局部结构示意图；
51.图6为本发明具体实施例1的一种结构示意图；
52.图7为本发明具体实施例1水平调节机构与调心机构处的剖视图。
53.其中，1为升降电机、2为第一减速机、3为第二减速机、4为皮带a、5为球减速机、6为升降模组、7为升降滑台、8为指针、9为标尺、10为光栅尺、11为安装座，12为伺服电机、13为减速机、14为减速机支座、15为集装板、16为磁流体旋转装置、17为旋转杆、18为旋转接头、19为轴内水冷管、20为密封轴、21为波纹管、22为皮带b、23为调整螺钉、24为螺母、25为调整板、26为压板、27为调整块；28为籽晶杆、29为锁紧螺母、30为锁紧圈，30.1为第一夹紧圈，
30.2为第二夹紧圈。
具体实施方式
54.下面结合附图对本发明做进一步的说明。
55.参见图1至图7，具体实施例1：碳化硅炉专用籽晶升降旋转机构，包括升降机构，升降机构的升降滑台7上安装有旋转机构，旋转机构包括一旋转杆17，旋转杆17与籽晶杆可拆卸连接；旋转杆17与籽晶杆28上下插接。旋转杆17的底部设有内凹的锥形插槽。籽晶杆28的顶部设有外凸的锥形结构。
56.旋转杆17的外壁上螺纹连接有锁紧螺母29，锁紧螺母29的外壁上设有一环状凹槽；还包括一锁紧圈，锁紧圈30包括两个夹紧圈(第一夹紧圈30.1以及第二夹紧圈30.2)，两个夹紧圈的一端相互铰接，两个夹紧圈的另一端可拆卸连接。比如第一夹紧圈上铰接有锁紧杆，第二夹紧圈上开设有滑入锁紧杆的缺口，锁紧杆上螺纹连接有锁紧旋钮。锁紧旋钮压紧第二夹紧圈。
57.两个夹紧圈的内壁设有嵌入环状凹槽的突起；两个夹紧圈的下端设有下端台阶；籽晶杆28的顶部设有与下端台阶的顶部相抵的上端台阶，上端台阶的下侧面与下端台阶的顶面相抵。本专利实现了籽晶杆的快速更换。锁紧圈卡紧在锁紧螺母外侧，锁紧圈下端台阶上表面与籽晶杆上端台阶下表面紧贴；旋转锁紧螺母向上运动，使籽晶杆上端与旋转轴下端相互卡紧，从而实现籽晶杆与旋转轴的同轴锁紧。采用锁紧圈与锁紧螺母配合的连接方式，一方面通过锁紧圈连接，另一方面通过锁紧螺母进行锁紧；实现籽晶杆的轻松快捷的装拆。
58.参见图4，升降机构包括升降滑台7，升降滑台7上安装有横向运动的调整板25，调整板25通过一水平调节机构连接一集装板15；集装板15安装有磁流体旋转装置16，磁流体旋转装置16安装在旋转杆17的外侧，且与旋转轴同心密封连接，集装板15、调整板25以及升降滑台7从上至下排布，且集装板15、调整板25以及升降滑台7上开设有用于旋转杆17穿过的通孔；水平调节机构包括至少三个周向排布的中空调整螺钉23，中空调整螺钉23与集装板15的螺纹连接，中空调整螺钉23与螺母24螺纹连接；螺母24与集装板15的下端面相抵；中空调整螺钉23上插设有一螺栓，螺栓的头部与中空调整螺钉23之间夹设有上下设置的球面垫圈以及锥面垫圈，且球面垫圈以及锥面垫圈套设在中空调整螺钉23的外围；螺栓的底部与调整板25螺纹连接，螺栓的外围且中空调整螺钉23与调整板25之间设有上下设置的球面垫圈以及锥面垫圈。便于通过中空调整螺钉23的旋转，实现水平度的微调。通过螺母进行锁紧。
59.参见图7，升降滑台7上安装有调心机构；调心机构包括调整板25、调整块27以及压板26，压板26抵靠在调整板25以及调整块27的上方，压板26压设在调整块27的外边缘的上方；压板26上开设有并排设置的腰形孔，压板26通过穿过腰形孔的螺栓与升降滑台7相连；调整块27竖直设置，调整块27上螺纹连接有水平设置的调节螺栓，调节螺栓与调整板25的外边缘的侧壁相抵。调心机构设有四个，分布在调整板的四侧。通过4件调节螺栓的的配合，移动调整板。便于实现旋转杆17位置的微调。进而保证装置的精度。可以实现籽晶旋转结构部分的对中调整。
60.集装板15的下方安装有密封轴20，密封轴20与集装板15之间安装有密封圈；密封
轴20的下方与波纹管21的上端密封连接，波纹管21的下端与长晶腔体密封连接。便于实现密封性。
61.旋转机构包括伺服电机12以及减速机13，伺服电机12的动力输出轴与减速机13的动力输入端相连，减速机13的动力输出轴通过皮带b22与旋转杆17的传动连接；减速机13安装在减速机支座14上，减速机支座14安装在集装板15上。便于实现旋转杆17的转动。旋转杆的转速为0.1-100rmp。减速机13的动力输出轴上套设有主动皮带轮，旋转杆的外壁上套设有从动皮带轮。主动皮带轮的外径小于从动皮带轮的外径。便于实现减速。
62.升降机构包括一升降电机1、第一减速机2、第二减速机3、球减速机5、升降模组6；升降电机1的动力输出轴与第一减速机2的动力输入轴相连，第一减速机2的动力输出轴与第二减速机3的动力输入轴相连，第二减速机3的动力输出轴通过皮带a4与球减速机5的动力输入轴相连；球减速机5的动力输出轴与升降模组6的丝杆传动连接；升降滑台7上安装有与丝杆相匹配的螺母。第二减速机3带有电磁离合器，电磁离合器用于第二减速机3进行1:1与1:249的减速比的切换。升降机构可以实现低速5μm/h-7200μm/h，高速7.2mm/min-30mm/min。升降速度精度控制在
±
5μm/h。第二减速机3的动力输出轴与球减速机5的动力输出轴上套设有外径相等的皮带轮。便于降低的整体高度。
63.参见图5，升降机构包括一安装座11，安装座11的侧面固定有一竖直设置的标尺9；升降滑台7连接有一指针8，安装座11上开设有用于指针8外露的开口，指针8指向标尺9。便于直观的观测籽晶升降高度的调整。安装座11上安装有光栅尺10，升降滑台7上安装有与光栅尺10配合的光栅尺读取头。
64.旋转杆17的上端螺纹连接有旋转接头18，旋转杆17是中空旋转杆17，中空旋转杆17与旋转接头18内部安装有一轴内水冷管19，轴内水冷管19的顶部与旋转接头18相连，轴内水冷管19与中空旋转杆17之间存有导流通道，导流通道与轴内水冷管19的内孔导通；旋转接头18上开设有与轴内水冷管19对接导通的第一开口与导流通道对接导通的第二通道。便于实现旋转杆17内部的水冷。
65.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。