CN106702476A - 一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统，包括高精度称重传感器，量程调节滑轨，滑轨支架量程调节旋钮，限位卡，悬挂平台，锁死旋钮。其中高精度传感器为高精度（0.1g）称重传感器，固定在量程调节滑轨的一端并与滑轨支架；量程调节滑轨由丝杆、轨道以及量程调节旋钮构成滑移结构，轨道两端分别为滑轨支架和称重传感器，轨道下方利用限位卡固定悬挂平台。通过调节支架距离，可以调节整个称重系统的量程。在不影响精度的条件下，量程可放大到10倍以上。引入量程放大系统，生长大尺寸的晶体时，称重精度可保持在0.5g以内。几乎可以生长任意重量的晶体，能有效提高晶体生长的一致性和成品率。
Description
技术领域
本发明涉及晶体生长工艺技术领域，尤其涉及一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统。
背景技术
晶体是最重要一类基础材料，常用的晶体材料包括单晶硅、蓝宝石、YAG、水晶等等。对晶体材料的要求一般都比较严格，高质量的晶体应具有极少的缺陷和较大的尺寸。因此晶体生长技术的进步往往是以晶体尺寸的提高体现的。以蓝宝石为例，它是世界上硬度仅次于金刚石的晶体材料，由于具有优良的物理、机械、化学及红外透光性能，一直是微电子、航空航天、军工等领域急需的材料，尤其是光学级大尺寸蓝宝石材料，由于其具有性能稳定、市场需求量大、综合利用率及产品附加值高等特点，生长高质量大尺寸蓝宝石的技术，一直是国内外研究开发和产业化热点，目前最大的蓝宝石材料已达到300kg，但高质量的晶体重量不超过120kg。于此类似的还有单晶硅材料，16英寸晶片目前已经成熟。
要实现大尺寸的高质量晶体生长，高精度大量程的称重系统是其中不可或缺的组成部分。晶体生长原理的要求，在晶体生长的初期（主要指引晶过程），需要晶体生长的速率很低，才能保证缺陷的消除。一般通过控制温度的方式实现，但任然需要通过称重系统体现出晶体的生长速率，在最开始阶段这个速率往往不超过0.1g/min，特别是超高温（2000度以上）生长的晶体材料，如蓝宝石甚至只能依靠重量以及目测的方式完成晶体的初期生长。因此要获得高质量的大尺寸晶体材料即要有较大的量程，同时也要有足够的精度。而实际使用中，称重传感器的精度与量程是无法兼顾的，一般在10kg以下好的传感器勉强能达到0.1g的精度。本发明采用的高精度称重的量程放大系统，采用杠杆原理用高精度低量程的传感器，可称量重量超过量程10倍的大尺寸晶体材料，结构简单，能有效提高晶体生长过程的稳定性与可靠性，提高成品率。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的主要目的在于提供一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统，能够在保持传感器精度不降低的条件下，实现量程的放大从而实现在保证晶体质量的条件下，提高晶体生长的尺寸。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明公开了一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统，包括高精度称重传感器（1），量程调节滑轨（2），滑轨支架（3）量程调节旋钮（6），限位卡（4），悬挂平台（5），锁死旋钮（7）。其中高精度传感器（1）为高精度（0.1g）低量程（10-30kg）称重传感器(1)，固定在量程调节滑轨（2）的一端并与滑轨支架(3)保持行平，并且两者距离保持恒定；量程调节滑轨（2）为高强度合金制品，由丝杆、轨道以及量程调节旋钮(6)构成滑移结构，轨道两端分别为滑轨支架(3)和称重传感器(1)，轨道下方固定放置悬挂平台（5），为保持悬挂平台(5)的位置不变，还设置了限位卡（4）。当调节量程调节旋钮（6），丝杆带动滑轨相对悬挂平台(5)移动，悬挂平台(5)与称重传感器(1)和滑轨支架(3)的距离L1，L2发生变化，根据力学平衡的原理，称重传感器(1)的显示重量m1与悬挂平台(5)的重量m2的比为：L2：L1。那么通过调节支架距离的比值，就可以调节整个称重系统的量程。在不影响精度的条件下，量程可放大到10倍以上。在晶体生长的控制过程中，称重系统的精度对晶体生长的可靠性及稳定性都有非常重要的影响，但是传感器精度在重量超过30kg后不能得到保持。通过量程放大系统的引入，在生长大尺寸的晶体时，称重精度可保持在0.5g以内。几乎可以生长任意重量的晶体，能有效提高晶体生长的一致性和成品率。结构简单，配合步进电机还可实现量程的自动调节，容易保证大尺寸晶体生长的一致性和可靠性。
（三）有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的高精度称重的量程放大系统，只需要调节滑轨支架的位置，就能利用一种低量程高精度的传感器实现各种重量的晶体生长，其放大调节范围超过10倍。整个系统结构简单可靠。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1是本发明提供的一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统示意图。
图2是本发明提供的一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统的侧面示意图，从侧面进一步展示系统的结构和关键部件的具体位置。
附图标记说明
1称重传感器 2量程调节滑轨
3滑轨支架 4限位卡
5悬挂平台 6量程调节旋钮
7锁死旋钮。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要指出的是，本发明所要求保护的结构并不限于实施例及说明书附图中的具体结构。对于本领域普通技术人员可以推知的其他结构形式，亦属于本发明所要求保护的范围之内。
在本发明中，在未作用相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图1所示的上下左右。
在本发明的实施例中,如图1所示，图1是本发明提供的高精度称重的量程放大系统结构示意图。包括高精度称重传感器1，量程调节滑轨2，滑轨支架3量程调节旋钮6，限位卡4，悬挂平台5，锁死旋钮7。其中高精度传感器1为高精度（0.1g）低量程（10-30kg）称重传感器1，固定在量程调节滑轨2的一端并与滑轨支架3保持行平，并且两者距离保持恒定；量程调节滑轨2为高强度合金制品，由丝杆、轨道以及量程调节旋钮6构成滑移结构，轨道两端分别为滑轨支架3和称重传感器(1)，轨道下方固定放置悬挂平台5，为保持悬挂平台5的位置不变，还设置了限位卡4和锁死旋钮7。当调节量程调节旋钮6，丝杆带动滑轨相对悬挂平台5移动，悬挂平台与称重传感器1和滑轨支架3的距离L1，L2发生变化，根据力学平衡的原理，称重传感器1的显示重量m1与悬挂平台5的重量m2的比为：L2：L1。那么通过调节支架距离的比值，就可以调节整个称重系统的量程。在不影响精度的条件下，量程可放大到10倍以上。在晶体生长的控制过程中，称重系统的精度对晶体生长的可靠性及稳定性都有非常重要的影响，但是传感器精度在重量超过30kg后不能得到保持。通过量程放大系统的引入，在生长大尺寸的晶体时，称重精度可保持在0.5g以内。
在本发明的实施例中,调节过程:首先使用标准的砝码，标定各个位置对应的放大系数，并确定相对误差；根据所需生长的晶体重量乘以2后确定所需的量程以及放大系数，调节滑轨位置达到所需的放大系数；锁死旋钮，固定悬挂平台，完成系统的初始设置工作，即可进行晶体的生长。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种晶体生长用高精度称重的量程放大系统，其特征在于，高精度称重传感器（1），量程调节滑轨（2），滑轨支架（3）限位卡（4），悬挂平台（5），锁死旋钮（7）；其中：量程调节滑轨（2），由丝杆、轨道以及量程调节旋钮（6）构成滑移结构，轨道两端分别为滑轨支架（3）和称重传感器（1），轨道下方固定放置悬挂平台（5），为保持悬挂平台（5）的位置不变，还设置了限位卡（4）。
2.根据权利要求1所述的晶体生长用高精度称重的量程放大系统，其特征在于，其中称重传感器（1）精度要求不大于0.2g，量程10-30kg，可放大量程至300kg。
3.根据权利要求1所述的晶体生长用高精度称重的量程放大系统，其特征在于，所述量程调节滑轨（2）材料为高强度合金钢（500kg负载不产生非弹性形变），由丝杆、滑轨组成滑移结构，丝杆一端与量程调节旋钮（6）连接，量程调节旋钮（6）可改变，可使滑轨支架在滑轨上沿水平方向移动，从而改变悬挂平台（5）与滑轨支架（3）间的距离L1。
4.根据权利要求3所述的晶体生长用高精度称重的量程放大系统量程调节滑轨（2），其特征在于，所述量程调节滑轨（2）上部两端分别连接称重传感器（1）与滑轨支架（3），下部固定有悬挂平台（5），在调节过程中重量传感器（1）与滑轨支架（3）的间距L（不小于10cm）不变。
5.根据权利要求3所述的晶体生长用高精度称重的量程放大系统量程调节滑轨，其特征在于，所述量程调节滑轨（2）的调节原理如下：实际重量m为悬挂平台与晶体重量之和，它与传感器显示重量m1之间满足如下方程：（称重量程）m=m1（传感器量程）*k（量程放大倍数）,其中k=L/（L-L1），当量程调节滑轨（2）移动时，悬挂平台（5）与滑轨支架（3）的距离L1发生变化，对应的放大倍数就会发生相应的变化，从而使量程放大，传感器精度保持不变。
6.根据权利要求1所述的晶体生长用高精度称重的量程放大系统，其特征在于，所述滑轨支架（3）材料为高强度合金钢（500kg负载不产生非弹性形变），长度和宽度与传感器相同（尺寸误差小于0.5mm）。
7.根据权利要求1所述的晶体生长用高精度称重的量程放大系统，其特征在于，所述的限位卡（4）和锁死旋钮（7）位于量程调节滑轨（2）下方与悬挂平台（5）水平，当滑轨运动时，可保持悬挂平台（5）不产生位移。
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