CN109596650B - 一种蓝宝石晶棒定向仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝宝石晶棒定向仪，包括桌体，及安装于桌体上的第一工作台和第二工作台；所述第一工作台和第二工作台之间安装有双路X射线台；所述双路X射线台靠近第一工作台和第二工作台两面均安装有X射线高压发生装置；所述第一工作台和第二工作台包括台体；及安装于台体顶面的圆形导轨；所述圆形导轨中心处安装有晶棒夹具；所述晶棒夹具与安装于台体内侧的蜗轮蜗杆减速机构其蜗杆安装；所述蜗杆外部安装有固定筒；本发明的蓝宝石晶棒定向仪；采用自动调角和自动定向，保证调角定向精度，通过两个工作台，双侧工作台可以同时进行操作，可对晶片进行端面和参考边定向；可以测量蓝宝石晶体专有的晶向（A、C、M、R）。
Description
技术领域
本发明涉及一种定向仪，具体涉及一种蓝宝石晶棒定向仪，属于定向仪技术领域。
背景技术
人工生长出来的单晶硅晶棒在加工出各种规格的晶片前，需要先将毛胚晶棒进行定向，找出需要的方向后，利用磨削设备将晶棒柱面加工出参考边或刻痕，然后按测定角度值将晶棒粘接在料板上，并且进行晶棒粘接时，晶棒柱面参考边或刻痕需指向指定角度；上述过程中，晶棒角度检测尤为重要，一旦发生偏差，不仅影响粘接精度，也严重影响后续单晶硅切片精度，导致晶体切片制品不合格率较高；为此，晶棒柱面加工前，需要对其进行定向，如中国专利申请号：201810794228.0，公开了一种晶棒定向检测系统，包括移动机构、旋转机构、支承板、X光发生组件和信号系统组件，旋转机构安装于所述移动机构上并通过所述移动机构驱动移动，支承板安装于所述旋转机构前端并通过所述旋转机构驱动旋转，在所述支承板上设有定位探针、X光发生组件、信号系统组件、第一调整机构和第二调整机构，且检测时所述定位探针与晶棒相抵，所述X光发生组件通过第一调整机构驱动做圆弧运动，所述信号系统组件通过第二调整机构驱动做圆弧运动。本发明能够精确检测晶棒的角度信息，大大提高了晶棒角度检测精度和检测效率；再如中国专利申请号：201310722056.3，公开了一种多功能蓝宝石晶棒加工设备，包括基座、磨削装置、定向仪、控制箱和工作台；磨削装置、控制箱和工作台均设置于基座上，磨削装置固定于基座顶面的一侧，工作台设置于基座的顶面上且可在基座上左右移动，基座的左端部设置有用于驱动工作台在基座上左右移动的工作台驱动电机；控制箱设置于基座的右端部上；工作台上设置有一个用于夹紧被加工的蓝宝石晶棒的夹紧装置；定向仪设置于工作台上，以检测被加工的蓝宝石晶棒的晶向。本发明的多功能蓝宝石晶棒加工设备，具有加工效率和精度高、定向精度高、设备整体占用空间小、磨头更换方便快捷等优点；但其加工不够灵活，且定向角度调整过程中，调整精度不够高，且晶向检测不够全面。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种蓝宝石晶棒定向仪，其主要用于测量蓝宝石晶棒的端面及参考面的角度，也可以用于测量其他种类晶体材料的晶棒；此型仪器设有两个工作台，双侧工作台可以同时进行操作，该机器可以测量蓝宝石晶体专有的晶向（A、C、M、R）。
本发明的蓝宝石晶棒定向仪，包括桌体，及安装于桌体上的第一工作台和第二工作台；所述第一工作台和第二工作台之间安装有双路X射线台；所述双路X射线台靠近第一工作台和第二工作台两面均安装有X射线高压发生装置；所述第一工作台和第二工作台包括台体；及安装于台体顶面的圆形导轨；所述圆形导轨中心处安装有晶棒夹具；所述晶棒夹具与安装于台体内侧的蜗轮蜗杆减速机构其蜗杆安装；所述蜗杆外部安装有固定筒；所述固定筒顶面设置有调角刻度盘；所述固定筒外部活动安装有外转盘；所述外转盘一侧部一体制成有法兰座；所述法兰座上旋接有调距标尺；所述调距标尺上通过燕尾螺栓活动安装有计数管；所述调距标尺底部固定有滑头；所述滑头活动嵌合到圆形导轨内侧；所述外转盘外部于台体内侧开设有高精度的齿环；所述齿环上啮合有调角齿盘；所述调角齿盘与调角电机安装；所述调角齿盘与测角仪其齿盘啮合；所述蜗轮蜗杆减速机构与步进电机安装；所述第一工作台顶面上还安装有滑柱；所述滑柱上安装有独立计数管；所述计数管通过调理电路和V/F转换电路电连接到PLC，所述PLC电连接的电机驱动器，及与电机驱动器电连接的步进电机和调角电机；所述蜗轮蜗杆减速机构其蜗杆同轴安装有旋转编码器；所述调理电路输出端还电连接有微安表头；所述PLC电连接有触摸屏；X射线衍射线被计数管收集并放大后，一方面送微安表头，指示衍射强度，另一方面，经过V/F变换后生成频率信号送给PLC，作为自动寻峰过程中的重要采样信号，控制步进电机动作；晶棒是由晶胞有规则的排列组成的；晶体的平面点阵可划分成若干个平面点阵族，每一平面点阵族是一组相互平行、间距相等的平面点阵，设两相邻点阵平面的间距为d，因此，可以把晶体的衍射分解成两个层次的衍射，即晶胞的散射和晶胞框架的衍射；按照晶体衍射理论分析，从结论上讲，可以把晶体产生的衍射线看成是某种晶面的反射线；而满足干涉方程时，依据布拉格公式:2dsinθ=nλ；它定量地描述了产生衍射线的必要条件，即当一束波长为λ的X射线以θ角掠射到面间距为d的晶面上，并且当λ、θ和d满足上式关系时，就会在反射方向产生一束衍射线，否则不会产生衍射线；X射线管高压发生装置工作时，加热灯丝、阴极与阳极之间加上高压时，阳极靶面(平面铜靶)上产生的X射线(特征X射线)从铍窗射出；当X射线照射到晶体表面时，转动定向仪上的转角仪，到某一合适位置(晶体面与x射线成一特定的角度)时，X射线就在晶体内按布拉格定律产生相长干涉，出现衍射现象，衍射线被计数管接收并放大后在微安表头显示衍射强度，当表头指示为最大时，读出衍射角度；摆放晶棒的晶棒夹具与涡轮涡杆动作，并通过涡杆同步的旋转编码器，能够得到衍射强度最大的定向位置数据；通过调角电机带动调角齿盘从而驱动外转盘转动，从而能够实现旋转到预定角度，通过涡轮涡杆同步的旋转编码器测得晶棒最高的衍射强度即完成当前定向；其通过承重导轨和直角台能够承载晶棒的端部和整体，从而完成晶棒的A、C、M、R向定向；工作时，PLC控制步进电机，通过涡轮涡杆，带动晶棒夹具旋转，并通过读入与涡杆同轴的旋转编码器的脉冲，采集X射线衍射角度数据；旋转编码器与涡杆同轴连接，涡轮涡杆使用360:1变比，即涡杆旋转360°，放置待测晶体的晶棒夹具旋转角度为1°，PLC采集旋转编码器的脉冲信号，每个脉冲对应晶体旋转角度为1″；触摸屏控制PLC实现各种控制动作，包括测量过程中的自动寻峰、测量角度的预置，PLC采集的测量数据传送至触摸屏，实现数据存储、数据处理、打印以及导出至计算机等功能。
作为优选的实施方案，所述第一工作台其晶棒夹具为承重导轨；所述第二工作台其晶棒夹具为直角台，其能够承载晶棒的端部和整体，保证定向精度和定向效率。
作为优选的实施方案，所述触摸屏设置有两组，分别安装于第一工作台和第二工作台。
作为优选的实施方案，所述微安表头置有两组，分别安装于第一工作台和第二工作台。
本发明与现有技术相比较，本发明的蓝宝石晶棒定向仪；采用自动调角和自动定向，保证调角定向精度，通过两个工作台，双侧工作台可以同时进行操作，可对晶片进行端面和参考边定向；可以测量蓝宝石晶体专有的晶向（A、C、M、R）。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的图1A处局部放大结构示意图。
图3为本发明的电控模块连接结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示的蓝宝石晶棒定向仪，包括桌体1，及安装于桌体1上的第一工作台2和第二工作台3；所述第一工作台2和第二工作台3之间安装有双路X射线台4；所述双路X射线台4靠近第一工作台和第二工作台两面均安装有X射线高压发生装置5；所述第一工作台2和第二工作台3包括台体6；及安装于台体顶面的圆形导轨7；所述圆形导轨7中心处安装有晶棒夹具8；所述晶棒夹具8与安装于台体内侧的蜗轮蜗杆减速机构其蜗杆9安装；所述蜗杆9外部安装有固定筒10；所述固定筒10顶面设置有调角刻度盘11；所述固定筒10外部活动安装有外转盘12；所述外转盘12一侧部一体制成有法兰座13；所述法兰座13上旋接有调距标尺14；所述调距标尺14上通过燕尾螺栓活动安装有计数管15；所述调距标尺14底部固定有滑头16；所述滑头16活动嵌合到圆形导轨7内侧；所述外转盘12外部于台体内侧开设有高精度的齿环；所述齿环上啮合有调角齿盘；所述调角齿盘与调角电机（未图示）安装；所述调角齿盘与测角仪（未图示）其齿盘啮合；所述蜗轮蜗杆减速机构与步进电机安装；所述第一工作台2顶面上还安装有滑柱17；所述滑柱17上安装有独立计数管18；所述计数管18通过调理电路和V/F转换电路电连接到PLC，所述PLC电连接的电机驱动器，及与电机驱动器电连接的步进电机和调角电机；所述蜗轮蜗杆减速机构其蜗杆同轴安装有旋转编码器；所述调理电路输出端还电连接有微安表头19；所述PLC电连接有触摸屏20；X射线衍射线被计数管收集并放大后，一方面送微安表头，指示衍射强度，另一方面，经过V/F变换后生成频率信号送给PLC，作为自动寻峰过程中的重要采样信号，控制步进电机动作；晶棒是由晶胞有规则的排列组成的；晶体的平面点阵可划分成若干个平面点阵族，每一平面点阵族是一组相互平行、间距相等的平面点阵，设两相邻点阵平面的间距为d，因此，可以把晶体的衍射分解成两个层次的衍射，即晶胞的散射和晶胞框架的衍射；按照晶体衍射理论分析，从结论上讲，可以把晶体产生的衍射线看成是某种晶面的反射线；而满足干涉方程时，依据布拉格公式:2dsinθ=nλ；它定量地描述了产生衍射线的必要条件，即当一束波长为λ的X射线以θ角掠射到面间距为d的晶面上，并且当λ、θ和d满足上式关系时，就会在反射方向产生一束衍射线，否则不会产生衍射线；X射线管高压发生装置工作时，加热灯丝、阴极与阳极之间加上高压时，阳极靶面(平面铜靶)上产生的X射线(特征X射线)从铍窗射出；当X射线照射到晶体表面时，转动定向仪上的转角仪，到某一合适位置(晶体面与x射线成一特定的角度)时，X射线就在晶体内按布拉格定律产生相长干涉，出现衍射现象，衍射线被计数管接收并放大后在微安表头显示衍射强度，当表头指示为最大时，读出衍射角度；摆放晶棒的晶棒夹具与涡轮涡杆动作，并通过涡杆同步的旋转编码器，能够得到衍射强度最大的定向位置数据；通过调角电机带动调角齿盘从而驱动外转盘转动，从而能够实现旋转到预定角度，通过涡轮涡杆同步的旋转编码器测得晶棒最高的衍射强度即完成当前定向；其通过承重导轨和直角台能够承载晶棒的端部和整体，从而完成晶棒的A、C、M、R向定向；工作时，PLC控制步进电机，通过涡轮涡杆，带动晶棒夹具旋转，并通过读入与涡杆同轴的旋转编码器的脉冲，采集X射线衍射角度数据；旋转编码器与涡杆同轴连接，涡轮涡杆使用360:1变比，即涡杆旋转360°，放置待测晶体的晶棒夹具旋转角度为1°，PLC采集旋转编码器的脉冲信号，每个脉冲对应晶体旋转角度为1″；触摸屏控制PLC实现各种控制动作，包括测量过程中的自动寻峰、测量角度的预置，PLC采集的测量数据传送至触摸屏，实现数据存储、数据处理、打印以及导出至计算机等功能。
再一实施例中，所述第一工作台2其晶棒夹具8为承重导轨；所述第二工作台3其晶棒夹具8为直角台，其能够承载晶棒的端部和整体，保证定向精度和定向效率。
再一实施例中，所述触摸屏20设置有两组，分别安装于第一工作台2和第二工作台3。
再一实施例中，所述微安表头19置有两组，分别安装于第一工作台2和第二工作台3。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (4)
1.一种蓝宝石晶棒定向仪，其特征在于：包括桌体，及安装于桌体上的第一工作台和第二工作台；所述第一工作台和第二工作台之间安装有双路X射线台；所述双路X射线台靠近第一工作台和第二工作台两面均安装有X射线高压发生装置；所述第一工作台和第二工作台包括台体；及安装于台体顶面的圆形导轨；所述圆形导轨中心处安装有晶棒夹具；所述晶棒夹具与安装于台体内侧的蜗轮蜗杆减速机构其蜗杆安装；所述蜗杆外部安装有固定筒；所述固定筒顶面设置有调角刻度盘；所述固定筒外部活动安装有外转盘；所述外转盘一侧部一体制成有法兰座；所述法兰座上旋接有调距标尺；所述调距标尺上通过燕尾螺栓活动安装有计数管；所述调距标尺底部固定有滑头；所述滑头活动嵌合到圆形导轨内侧；所述外转盘外部于台体内侧开设有高精度的齿环；所述齿环上啮合有调角齿盘；所述调角齿盘与调角电机安装；所述调角齿盘与测角仪其齿盘啮合；所述蜗轮蜗杆减速机构与步进电机安装；所述第一工作台顶面上还安装有滑柱；所述滑柱上安装有独立计数管；所述计数管通过调理电路和V/F转换电路电连接到PLC，所述PLC电连接的电机驱动器，及与电机驱动器电连接的步进电机和调角电机；所述蜗轮蜗杆减速机构其蜗杆同轴安装有旋转编码器；所述调理电路输出端还电连接有微安表头；所述PLC电连接有触摸屏；所述定向仪工作过程如下：X射线高压发生装置发射的X射线衍射线被计数管收集并放大后，一方面送微安表头，指示衍射强度，另一方面，经过V/F变换后生成频率信号送给PLC，作为自动寻峰过程中的重要采样信号，控制步进电机动作；晶棒是由晶胞有规则的排列组成的；晶体的平面点阵可划分成若干个平面点阵族，每一平面点阵族是一组相互平行、间距相等的平面点阵，设两相邻点阵平面的间距为d，因此，可以把晶体的衍射分解成两个层次的衍射，即晶胞的散射和晶胞框架的衍射；把晶体产生的衍射线看成是某种晶面的反射线；而满足干涉方程时，依据布拉格公式:2dsinθ=nλ；它定量地描述了产生衍射线的必要条件，即当一束波长为λ的X射线以θ角掠射到面间距为d的晶面上，并且当λ、θ和d满足上式关系时，就会在反射方向产生一束衍射线，否则不会产生衍射线；X射线管高压发生装置工作时，加热灯丝、阴极与阳极之间加上高压时，阳极靶面上产生的X射线从铍窗射出；当X射线照射到晶体表面时，转动定向仪上的转角仪，到某一合适位置时，即X射线在晶体内按布拉格定律产生相长干涉，出现衍射现象，衍射线被计数管接收并放大后在微安表头显示衍射强度，当表头指示为最大时，读出衍射角度；摆放晶棒的晶棒夹具与涡轮涡杆动作，并通过涡杆同步的旋转编码器，能够得到衍射强度最大的定向位置数据；通过调角电机带动调角齿盘从而驱动外转盘转动，从而能够实现旋转到预定角度，通过涡轮涡杆同步的旋转编码器测得晶棒最高的衍射强度即完成当前定向；其通过承重导轨和直角台能够承载晶棒的端部和整体，从而完成晶棒的A、C、M、R向定向；工作时，PLC控制步进电机，通过涡轮涡杆，带动晶棒夹具旋转，并通过读入与涡杆同轴的旋转编码器的脉冲，采集X射线衍射角度数据；旋转编码器与涡杆同轴连接，涡轮涡杆使用360:1变比，即涡杆旋转360°，放置待测晶体的晶棒夹具旋转角度为1°，PLC采集旋转编码器的脉冲信号，每个脉冲对应晶体旋转角度为1″；触摸屏控制PLC实现各种控制动作，包括测量过程中的自动寻峰、测量角度的预置，PLC采集的测量数据传送至触摸屏，实现数据存储、数据处理、打印以及导出至计算机。
2.根据权利要求1所述的蓝宝石晶棒定向仪，其特征在于：所述第一工作台其晶棒夹具为承重导轨；所述第二工作台其晶棒夹具为直角台。
3.根据权利要求1所述的蓝宝石晶棒定向仪，其特征在于：所述触摸屏设置有两组，分别安装于第一工作台和第二工作台。
4.根据权利要求1所述的蓝宝石晶棒定向仪，其特征在于：所述微安表头置有两组，分别安装于第一工作台和第二工作台。
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| CN109596650A (zh) | 2019-04-09 |
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