一种碳化硅装料取晶体装置的制作方法

1.本发明属于碳化硅生产领域，具体的说是一种碳化硅装料取晶体装置。


背景技术：

2.碳化硅单晶具有高导热率、高击穿电压、化学稳定性很高等优良的半导体物理性质，可以制作成在高温、强辐射条件下工作的高频、高功率电子器件和光电子器件；
3.以碳化硅粉末为原材料，将坩埚中的碳化硅粉末加热到一定温度就会显著升华，而分解的碳化硅气体会沿着温度梯度输运并在碳化硅籽晶处凝聚，通常，将籽晶放置在中空贯通的籽晶托架上端，籽晶托架放置在坩埚内部。或者直接将籽晶安放在坩埚盖的底端。
4.公开号为cn112226814a的一项中国专利公开了一种碳化硅晶体取下装置，包括两个支撑盘和三个连接杆，三个连接杆位于两个支撑盘之间，三个连接杆的上下两端分别与两个支撑盘互相靠近的一面固定连接，三个连接杆的下端均安装有装夹机构，压盘对晶体产生缓慢且均匀的压力，可使晶体完整脱落，解决了现有技术用直接顶出方式使晶体脱落不均匀导致破裂的问题。
5.现有的碳化硅生产流程取出晶体时，一般使用叉车或者龙门吊的方式，将坩埚缓慢取出，在慢慢放下，再将坩埚盖开启，同时过程中需要多处使用人工进行协助配合，导致人工成本较大，且速度较慢问题。
6.为此，本发明提供一种碳化硅装料取晶体装置。


技术实现要素：

7.为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种碳化硅装料取晶体装置，包括底座，所述底座的顶端固定安装有驱动电机，所述驱动电机的顶端固定连接有传动杆，贯穿所述传动杆的外侧靠顶端设置有延长杆，所述延长杆的底面靠一端设置有机械爪，所述机械爪和延长杆之间连接有升降模块，所述升降模块用于带动机械爪上下移动，工作时，通过驱动电机带动传动杆和延长杆进行摆动，带动机械爪移动到生产碳化硅的熔炉上，使用升降模块将机械爪放下，并用机械爪将加热的坩埚抓住，再上提，即可将加热的坩埚拿出，之后再启动驱动电机将坩埚和机械爪移动到预定的位置并放下，放下后，再次利用机械爪将坩埚揭开，即可将籽晶托架上生长的碳化硅晶体取出，从而实现了机械式碳化硅晶体取出功能，相较于叉车或龙门吊的取出方式更加快速方便，无需复杂的人工操作。
9.优选的，所述延长杆远离机械爪的一端固定安装有配重块，所述传动杆的内侧设置有平移模块，所述平移模块与延长杆传动连接，所述平移模块用于驱动延长杆水平移动，工作时，配合配重块的设置，保证了整个装置在拉起坩埚时可以较为稳定的安放在地面上，减少重心不稳的问题，而平移模块的设置，可以轻微调整延长杆端部的位置，保证机械爪可以居中抓住坩埚，进一步提高抓取稳定性。
10.优选的，所述机械爪的中部底端固定安装有激光测距模块，所述激光测距模块用
于测量机械爪到坩埚的距离，所述坩埚包括坩埚本体和坩埚盖，所述坩埚盖的顶端呈中心凸起的弧形设置，工作时，在调整机械爪位置时，若是通过人眼去调整不仅较为耗时，且需要经验丰富的老师傅，通过设置激光测距模块，激光测距模块可以向下发出激光再接收激光，以此来测算出距离，配合坩埚盖的结构设置，使得其中心位置距离激光测距模块距离最近，且自外侧到中心的距离逐渐增长，通过让激光测距模块的测量数据控制驱动电机和平移模块带动机械爪移动，就无需人工进行定位，降低了人工成本的同时，还实现了全自动化处理过程。
11.优选的，所述机械爪的底端转动连接有四组延长臂，四组延长臂呈环形排布，所述延长臂包括两组框板，两组框板之间固定连接，且两组框板之间留有间隙，两组框板的之间靠底端固定连接有横杆，所述横杆的外侧转动连接有转环，所述转环的底端固定连接有抓臂，所述转环的顶端设置有卡位组件，所述卡位组件用于限制转环的移动，所述抓臂呈弧形设置，工作时，在抓住坩埚时，由于坩埚整体质量较重，若是每次通过挤压摩擦力将坩埚拿出，容易导致坩埚的侧壁被过度挤压，通过设置抓臂，随着机械爪的张开和下沉，由于坩埚的直径为确定值，当中心位置被激光测距模块确定好后，机械爪只需张开预定的大小，就可以让延长臂刚好沿着坩埚的外壁下滑，使得抓臂的底面可以紧贴坩埚的外侧，当延长臂底端的抓臂接触到熔炉的底面时，会因为挤压导致旋转，配合抓臂的弧形设置，使得抓臂会向内侧进行内扣旋转，通过增加升降模块的力度，可以让四组抓臂插入坩埚的底面，让坩埚被抓臂支撑住，此时使用卡位组件将转环限制住不让其旋转，通过此种设置，用四组抓臂将坩埚支撑住的方式，相比于挤压摩擦不仅更加稳定，同时不会损伤坩埚的外侧壁。
12.优选的，所述卡位组件包括阻挡块，所述阻挡块与转环的外侧固定连接，两组框板之间固定连接有限位筒，所述限位筒的内侧滑动连接有卡杆，所述卡杆位于转环的上方，工作时，当抓臂旋转后，使得阻挡块也跟着旋转，旋转的阻挡块会将卡杆吸上顶开，当阻挡块越过卡杆后，在重力的作用下卡杆会向下滑动，将阻挡块卡住，让抓臂无法向回运动，通过此种设置，不仅可以稳定的卡住抓臂，且无需设置复杂的机械装置。
13.优选的，所述抓臂的自由端呈圆弧状设置，所述阻挡块呈倒钩形设置，所述阻挡块与抓臂呈相对设置，工作时，抓臂端部的弧形设置，可以增加与坩埚的接触面，同时接触面圆润还能降低单点压强，而阻挡块的结构设置，使得阻挡块逆时针转动时，可以有效的将卡杆向上顶，而在回归时，无法再将阻挡块向回顶，只能通过人工或其他动力拉动卡杆才能恢复。
14.优选的，所述限位筒和卡杆均与竖直平面呈倾斜设置，所述卡杆靠近阻挡块的一端呈内收弧形设置，工作时，配合卡杆的倾斜设置以及阻挡块一端的内收弧形设置，让阻挡块逆时针旋转时顶开卡杆的过程更加轻松，但是在回归时，由于阻挡块和卡杆之间的夹角过大，导致难以将卡杆向上顶，保证了坩埚的稳定提升过程。
15.优选的，四个所述延长臂同侧相邻的为一组，共两组，两组延长臂之间设置有串联绳，所述串联绳两端贯穿框板的一侧与两个卡杆的顶端固定连接，工作时，当坩埚被取出放置后，需要将抓臂回收，此时只需控制机械爪张开，此时四组延长臂也会相互分离，随着延长臂的分离，会使得串联绳被拉直，进而会让卡杆向上滑动，没有了卡杆的阻挡，此时在重力的作用下抓臂会回归到竖直状态，之后即可正常将坩埚盖向上夹起，通过此种设置，实现了有效回收卡杆的同时还无需设置复杂的机械结构，不仅降低了成本，且减少了故障的发
生。
16.优选的，其中一个所述的框板的内侧开设有滑槽，所述滑槽的内侧滑动连接有传动条，所述传动条的底面固定安装有若干组等距设置的卡齿，所述转环的一端固定安装有齿轮，所述齿轮与卡齿相互啮合，工作时，很多碳化硅生长的籽晶托架都是直接安放在坩埚盖的底面上，因此需要保证坩埚盖的稳定提升和移动过程，在延长臂挤压坩埚盖的侧面时，会挤压移动传动条，使得卡齿和齿轮发生传动进而带动抓臂旋转，可以让抓臂内扣，将坩埚盖底端扣住，进而保证了坩埚盖的稳定支撑效果。
17.优选的，所述滑槽和传动条均呈弧形设置，所述传动条包括若干个相互固定接的弹性金属板，所述卡齿的端部转动连接有滑球，所述传动条的外侧设置有挤压罩，所述挤压罩为弹性金属网编织而成，所述挤压罩与框板的一侧固定连接，工作时，配合传动条的结构设置，使得传动条可以向上进行弯曲收卷，不仅不会脱出框板的外侧，同时还能借助重力回归，同时配合卡齿外侧的滑球，可以让传动条的滑动过程变得轻松快捷，而挤压罩的设置，不仅可以减少外界异物进入滑槽中，还能让传动条可以被正确挤压。
18.本发明的有益效果如下：
19.1.本发明所述的一种碳化硅装料取晶体装置，通过驱动电机、升降模块和机械爪的相互配合设置，实现了机械式碳化硅晶体取出功能，相较于叉车或龙门吊的取出方式更加快速方便，无需复杂的人工操作。
20.2.本发明所述的一种碳化硅装料取晶体装置，通过设置激光测距模块，激光测距模块可以向下发出激光再接收激光，以此来测算出距离，配合坩埚盖的结构设置，使得其中心位置距离激光测距模块距离最近，且自外侧到中心的距离逐渐增长，通过让激光测距模块的测量数据控制驱动电机和平移模块带动机械爪移动，就无需人工进行定位，降低了人工成本的同时，还实现了全自动化处理过程。
21.3.本发明所述的一种碳化硅装料取晶体装置，通过设置抓臂，用四组抓臂将坩埚支撑住的方式，相比于挤压摩擦不仅更加稳定，同时不会损伤坩埚的外侧壁。
附图说明
22.下面结合附图对本发明作进一步说明。
23.图1是本发明的立体图；
24.图2是本发明机械爪的侧视图；
25.图3是本发明中延长臂的剖视图；
26.图4是本发明中框板的部分结构示意图；
27.图中：1、底座；2、传动杆；3、延长杆；4、升降模块；5、机械爪；6、激光测距模块；8、延长臂；9、框板；10、限位筒；11、卡杆；12、阻挡块；13、转环；14、抓臂；15、串联绳；16、驱动电机；17、传动条；18、齿轮；19、卡齿；20、滑槽；21、挤压罩。
具体实施方式
28.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
29.实施例一
30.如图1至图2所示，本发明实施例所述的一种碳化硅装料取晶体装置，包括底座1，所述底座1的顶端固定安装有驱动电机16，所述驱动电机16的顶端固定连接有传动杆2，贯穿所述传动杆2的外侧靠顶端设置有延长杆3，所述延长杆3的底面靠一端设置有机械爪5，所述机械爪5和延长杆3之间连接有升降模块4，所述升降模块4用于带动机械爪5上下移动，工作时，通过驱动电机16带动传动杆2和延长杆3进行摆动，带动机械爪5移动到生产碳化硅的熔炉上，使用升降模块4将机械爪5放下，并用机械爪5将加热的坩埚抓住，再上提，即可将加热的坩埚拿出，之后再启动驱动电机16将坩埚和机械爪5移动到预定的位置并放下，放下后，再次利用机械爪5将坩埚揭开，即可将籽晶托架上生长的碳化硅晶体取出，从而实现了机械式碳化硅晶体取出功能，相较于叉车或龙门吊的取出方式更加快速方便，无需复杂的人工操作。
31.如图1至图2所示，所述延长杆3远离机械爪5的一端固定安装有配重块，所述传动杆2的内侧设置有平移模块，所述平移模块与延长杆3传动连接，所述平移模块用于驱动延长杆3水平移动，工作时，配合配重块的设置，保证了整个装置在拉起坩埚时可以较为稳定的安放在地面上，减少重心不稳的问题，而平移模块的设置，可以轻微调整延长杆3端部的位置，保证机械爪5可以居中抓住坩埚，进一步提高抓取稳定性。
32.如图1至图2所示，所述机械爪5的中部底端固定安装有激光测距模块6，所述激光测距模块6用于测量机械爪5到坩埚的距离，所述坩埚包括坩埚本体和坩埚盖，所述坩埚盖的顶端呈中心凸起的弧形设置，工作时，在调整机械爪5位置时，若是通过人眼去调整不仅较为耗时，且需要经验丰富的老师傅，通过设置激光测距模块6，激光测距模块6可以向下发出激光再接收激光，以此来测算出距离，配合坩埚盖的结构设置，使得其中心位置距离激光测距模块6距离最近，且自外侧到中心的距离逐渐增长，通过让激光测距模块6的测量数据控制驱动电机16和平移模块带动机械爪5移动，就无需人工进行定位，降低了人工成本的同时，还实现了全自动化处理过程。
33.如图2至图3所示，所述机械爪5的底端转动连接有四组延长臂8，四组延长臂8呈环形排布，所述延长臂8包括两组框板9，两组框板9之间固定连接，且两组框板9之间留有间隙，两组框板9的之间靠底端固定连接有横杆，所述横杆的外侧转动连接有转环13，所述转环13的底端固定连接有抓臂14，所述转环13的顶端设置有卡位组件，所述卡位组件用于限制转环13的移动，所述抓臂14呈弧形设置，工作时，在抓住坩埚时，由于坩埚整体质量较重，若是每次通过挤压摩擦力将坩埚拿出，容易导致坩埚的侧壁被过度挤压，通过设置抓臂14，随着机械爪5的张开和下沉，由于坩埚的直径为确定值，当中心位置被激光测距模块6确定好后，机械爪5只需张开预定的大小，就可以让延长臂8刚好沿着坩埚的外壁下滑，使得抓臂14的底面可以紧贴坩埚的外侧，当延长臂8底端的抓臂14接触到熔炉的底面时，会因为挤压导致旋转，配合抓臂14的弧形设置，使得抓臂14会向内侧进行内扣旋转，通过增加升降模块4的力度，可以让四组抓臂14插入坩埚的底面，让坩埚被抓臂14支撑住，此时使用卡位组件将转环13限制住不让其旋转，通过此种设置，用四组抓臂14将坩埚支撑住的方式，相比于挤压摩擦不仅更加稳定，同时不会损伤坩埚的外侧壁。
34.如图3所示，所述卡位组件包括阻挡块12，所述阻挡块12与转环13的外侧固定连接，两组框板9之间固定连接有限位筒10，所述限位筒10的内侧滑动连接有卡杆11，所述卡杆11位于转环13的上方，工作时，当抓臂14旋转后，使得阻挡块12也跟着旋转，旋转的阻挡
块12会将卡杆11吸上顶开，当阻挡块12越过卡杆11后，在重力的作用下卡杆11会向下滑动，将阻挡块12卡住，让抓臂14无法向回运动，通过此种设置，不仅可以稳定的卡住抓臂14，且无需设置复杂的机械装置。
35.如图3所示，所述抓臂14的自由端呈圆弧状设置，所述阻挡块12呈倒钩形设置，所述阻挡块12与抓臂14呈相对设置，工作时，抓臂14端部的弧形设置，可以增加与坩埚的接触面，同时接触面圆润还能降低单点压强，而阻挡块12的结构设置，使得阻挡块12逆时针转动时，可以有效的将卡杆11向上顶，而在回归时，无法再将阻挡块12向回顶，只能通过人工或其他动力拉动卡杆11才能恢复。
36.如图3所示，所述限位筒10和卡杆11均与竖直平面呈倾斜设置，所述卡杆11靠近阻挡块12的一端呈内收弧形设置，工作时，配合卡杆11的倾斜设置以及阻挡块12一端的内收弧形设置，让阻挡块12逆时针旋转时顶开卡杆11的过程更加轻松，但是在回归时，由于阻挡块12和卡杆11之间的夹角过大，导致难以将卡杆11向上顶，保证了坩埚的稳定提升过程。
37.如图3所示，四个所述延长臂8同侧相邻的为一组，共两组，两组延长臂8之间设置有串联绳15，所述串联绳15两端贯穿框板9的一侧与两个卡杆11的顶端固定连接，工作时，当坩埚被取出放置后，需要将抓臂14回收，此时只需控制机械爪5张开，此时四组延长臂8也会相互分离，随着延长臂8的分离，会使得串联绳15被拉直，进而会让卡杆11向上滑动，没有了卡杆11的阻挡，此时在重力的作用下抓臂14会回归到竖直状态，之后即可正常将坩埚盖向上夹起，通过此种设置，实现了有效回收卡杆11的同时还无需设置复杂的机械结构，不仅降低了成本，且减少了故障的发生。
38.实施例二
39.如图4所示，对比实施例一，其中本发明的另一种实施方式为：其中一个所述的框板9的内侧开设有滑槽20，所述滑槽20的内侧滑动连接有传动条17，所述传动条17的底面固定安装有若干组等距设置的卡齿19，所述转环13的一端固定安装有齿轮18，所述齿轮18与卡齿19相互啮合，工作时，很多碳化硅生长的籽晶托架都是直接安放在坩埚盖的底面上，因此需要保证坩埚盖的稳定提升和移动过程，在延长臂8挤压坩埚盖的侧面时，会挤压移动传动条17，使得卡齿19和齿轮18发生传动进而带动抓臂14旋转，可以让抓臂14内扣，将坩埚盖底端扣住，进而保证了坩埚盖的稳定支撑效果。
40.所述滑槽20和传动条17均呈弧形设置，所述传动条17包括若干个相互固定接的弹性金属板，所述卡齿19的端部转动连接有滑球，所述传动条17的外侧设置有挤压罩21，所述挤压罩21为弹性金属网编织而成，所述挤压罩21与框板9的一侧固定连接，工作时，配合传动条17的结构设置，使得传动条17可以向上进行弯曲收卷，不仅不会脱出框板9的外侧，同时还能借助重力回归，同时配合卡齿19外侧的滑球，可以让传动条17的滑动过程变得轻松快捷，而挤压罩21的设置，不仅可以减少外界异物进入滑槽20中，还能让传动条17可以被正确挤压。
41.工作时，通过驱动电机16带动传动杆2和延长杆3进行摆动，带动机械爪5移动到生产碳化硅的熔炉上，使用升降模块4将机械爪5放下，并用机械爪5将加热的坩埚抓住，再上提，即可将加热的坩埚拿出，之后再启动驱动电机16将坩埚和机械爪5移动到预定的位置并放下，放下后，再次利用机械爪5将坩埚揭开，即可将籽晶托架上生长的碳化硅晶体取出，从而实现了机械式碳化硅晶体取出功能，相较于叉车或龙门吊的取出方式更加快速方便，无
需复杂的人工操作；工作时，配合配重块的设置，保证了整个装置在拉起坩埚时可以较为稳定的安放在地面上，减少重心不稳的问题，而平移模块的设置，可以轻微调整延长杆3端部的位置，保证机械爪5可以居中抓住坩埚，进一步提高抓取稳定性；工作时，在调整机械爪5位置时，若是通过人眼去调整不仅较为耗时，且需要经验丰富的老师傅，通过设置激光测距模块6，激光测距模块6可以向下发出激光再接收激光，以此来测算出距离，配合坩埚盖的结构设置，使得其中心位置距离激光测距模块6距离最近，且自外侧到中心的距离逐渐增长，通过让激光测距模块6的测量数据控制驱动电机16和平移模块带动机械爪5移动，就无需人工进行定位，降低了人工成本的同时，还实现了全自动化处理过程；工作时，在抓住坩埚时，由于坩埚整体质量较重，若是每次通过挤压摩擦力将坩埚拿出，容易导致坩埚的侧壁被过度挤压，通过设置抓臂14，随着机械爪5的张开和下沉，由于坩埚的直径为确定值，当中心位置被激光测距模块6确定好后，机械爪5只需张开预定的大小，就可以让延长臂8刚好沿着坩埚的外壁下滑，使得抓臂14的底面可以紧贴坩埚的外侧，当延长臂8底端的抓臂14接触到熔炉的底面时，会因为挤压导致旋转，配合抓臂14的弧形设置，使得抓臂14会向内侧进行内扣旋转，通过增加升降模块4的力度，可以让四组抓臂14插入坩埚的底面，让坩埚被抓臂14支撑住，此时使用卡位组件将转环13限制住不让其旋转，通过此种设置，用四组抓臂14将坩埚支撑住的方式，相比于挤压摩擦不仅更加稳定，同时不会损伤坩埚的外侧壁；工作时，当抓臂14旋转后，使得阻挡块12也跟着旋转，旋转的阻挡块12会将卡杆11吸上顶开，当阻挡块12越过卡杆11后，在重力的作用下卡杆11会向下滑动，将阻挡块12卡住，让抓臂14无法向回运动，通过此种设置，不仅可以稳定的卡住抓臂14，且无需设置复杂的机械装置；工作时，抓臂14端部的弧形设置，可以增加与坩埚的接触面，同时接触面圆润还能降低单点压强，而阻挡块12的结构设置，使得阻挡块12逆时针转动时，可以有效的将卡杆11向上顶，而在回归时，无法再将阻挡块12向回顶，只能通过人工或其他动力拉动卡杆11才能恢复；工作时，配合卡杆11的倾斜设置以及阻挡块12一端的内收弧形设置，让阻挡块12逆时针旋转时顶开卡杆11的过程更加轻松，但是在回归时，由于阻挡块12和卡杆11之间的夹角过大，导致难以将卡杆11向上顶，保证了坩埚的稳定提升过程；工作时，当坩埚被取出放置后，需要将抓臂14回收，此时只需控制机械爪5张开，此时四组延长臂8也会相互分离，随着延长臂8的分离，会使得串联绳15被拉直，进而会让卡杆11向上滑动，没有了卡杆11的阻挡，此时在重力的作用下抓臂14会回归到竖直状态，之后即可正常将坩埚盖向上夹起，通过此种设置，实现了有效回收卡杆11的同时还无需设置复杂的机械结构，不仅降低了成本，且减少了故障的发生；工作时，很多碳化硅生长的籽晶托架都是直接安放在坩埚盖的底面上，因此需要保证坩埚盖的稳定提升和移动过程，在延长臂8挤压坩埚盖的侧面时，会挤压移动传动条17，使得卡齿19和齿轮18发生传动进而带动抓臂14旋转，可以让抓臂14内扣，将坩埚盖底端扣住，进而保证了坩埚盖的稳定支撑效果；工作时，配合传动条17的结构设置，使得传动条17可以向上进行弯曲收卷，不仅不会脱出框板9的外侧，同时还能借助重力回归，同时配合卡齿19外侧的滑球，可以让传动条17的滑动过程变得轻松快捷，而挤压罩21的设置，不仅可以减少外界异物进入滑槽20中，还能让传动条17可以被正确挤压。
42.上述前、后、左、右、上、下均以说明书附图中的图1为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
43.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。