CN114346938A - 回转夹持装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，提供一种回转夹持装置。上述的回转夹持装置，包括：金属夹持工具用于与驱动机构连接，以驱动金属夹持工具旋转；管材的第一端由金属夹持工具夹持，管材的第二端用于伸入晶体生长设备内，管材的熔化或软化温度高于晶体生长设备的加热温度。本发明提供的回转夹持装置，通过采用金属材料制作金属夹持工具，满足了精密机械加工的需求；管材采用耐高温材料可以在晶体生长设备内动作，金属夹持工具位于晶体生长设备低温区，管材的一端位于晶体生长设备高温区，实现了管材与金属夹持工具无需调整即可达到高同轴度，且传递一定旋转力矩的目的，解决了现有技术中单纯采用金属材料或陶瓷材料无法满足半导体材料制作需求的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种回转夹持装置。
背景技术
在半导体产业日趋成熟的前提下，其材料制备技术是整个产业的基础。其中，晶体类材料是半导体材料的关键分类之一。晶体材料的制备，通常涉及到晶体生长技术及相关的设备。通常晶体生长设备内部所提供的温度，需要大于原材料本身的熔化/气化温度，以达到将其原子结构重新排布的目的，其温度典型值在几百到几千摄氏度不等。
随着半导体晶体生长技术和应用领域的发展，对晶体块体/薄膜的尺寸要求不断增大，这对大尺寸晶体材料的厚度、形貌、成分等的均匀性提出了很高要求。在材料制备技术中，引入靶材、坩埚等容器的旋转，是解决材料各方面均匀性的常见方法之一。
通常在这种旋转的场合中，一方面需要回转体具有较高的耐热、抗氧化性，能够承受数百至上千度的高温；同时该回转体在旋转过程中需要有较高的同轴度，以避免坩埚/靶材等机构在旋转的过程中出现摆动。对于常见技术，高精度的旋转需求采用金属件的机械加工来保证，但一般的金属如各种牌号的不锈钢等，都无法使用在上千度的有氧环境下；而耐高温的材料，如莫来石、刚玉、碳化硅等陶瓷材料，又无法进行精密的机械加工，且由于通常较脆，易损坏，无法与刚性的金属材料通过夹持、顶紧等装置进行连接。基于此，提供一种夹持装置成为业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种回转夹持装置，用以解决现有技术中回转夹持装置不能满足半导体材料制作的缺陷。
本发明提供一种回转夹持装置，包括：金属夹持工具，所述金属夹持工具用于与驱动机构连接，以驱动所述金属夹持工具旋转；管材，所述管材的第一端由所述金属夹持工具夹持，所述管材的第二端用于伸入晶体生长设备内，其中，所述管材的熔化或软化温度高于所述晶体生长设备的加热温度。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，所述金属夹持工具包括：底座；筒形件，所述筒形件套接在所述底座内，所述管材的第一端位于所述筒形件内；多个定位块，所述定位块位于所述筒形件与所述管材之间，每个所述定位块分别与所述底座和所述筒形件插接；端盖，所述端盖罩设在所述底座的敞口处并与所述底座连接，所述管材的第二端贯穿所述端盖并延伸至所述端盖的外部。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，所述金属夹持工具还包括柔性垫，所述柔性垫设置在所述定位块与所述管材之间。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，所述底座的第一端为敞口端，所述底座的第一端的端面沿所述底座的圆周方向设有多个第一销槽，所述第一销槽与所述筒形件的第一端卡接，所述底座的第一端与所述端盖连接；所述底座的第二端的端面中心设有连接孔，所述连接孔的直径小于所述管材的直径，所述底座的第二端的端面沿所述底座的圆周方向设有多个第一定位孔，所述第一定位孔与所述定位块的第二端插接。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，所述筒形件的第一端的外表面沿所述筒形件的圆周方向设置有多个第一定位销，所述第一定位销与所述第一销槽卡接；所述筒形件的第一端的端面中心设有第一通孔，所述管材的第二端穿过所述第一通孔延伸至所述筒形件的外部，所述筒形件的第一端的端面沿所述筒形件的圆周方向设置有多个第二定位孔，所述定位块的第一端插设在所述第二定位孔内；所述筒形件的第二端与所述底座的第二端的端面接触。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，所述筒形件的内表面与所述定位块的外表面设有配合使用的斜面，以使多个所述定位块抱紧所述管材。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，每个所述定位块的第一端设有第二定位销，所述第二定位销插设在所述筒形件的第二定位孔内，所述定位块的第二端设有第三定位销，所述第三定位销插设在所述底座的第一定位孔内。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，每个所述定位块的内表面具有圆弧面，每个所述定位块的外表面具有圆锥面，所述圆弧面与所述管材的外表面相适配，所述圆锥面与所述筒形件的内表面相适配。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，所述端盖的中心设有第二通孔，所述管材的第二端穿过所述第二通孔延伸至所述端盖的外部，所述端盖的内表面与所述底座的外表面螺纹连接。
根据本发明提供的一种回转夹持装置，所述管材为陶瓷管材、石英管材或蓝宝石管材。
本发明提供的回转夹持装置，通过采用金属材料制作金属夹持工具，满足了精密机械加工的需求；管材采用耐高温材料可以在晶体生长设备内动作，在实际工作时，金属夹持工具位于晶体生长设备低温区，管材的一端位于晶体生长设备高温区，实现了管材与金属夹持工具无需调整即可达到高同轴度，且传递一定旋转力矩的目的，解决了现有技术中单纯采用金属材料或陶瓷材料无法满足半导体材料制作需求的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的回转夹持装置的整体结构示意图；
图2是图1中示出的底座的剖面图；
图3是图1中示出的底座的俯视图；
图4是图1中示出的筒形件的剖面图；
图5是图1中示出的筒形件的俯视图；
图6是图1中示出的定位块的剖面图；
图7是图1中示出的定位块的俯视图；
图8是图1中示出的定位块的仰视图；
图9是图1中示出的端盖的剖面图；
附图标记：
10：管材；20：底座；21：第一销槽；22：连接孔；23：第一定位孔；24：外螺纹；30：筒形件；31：第一定位销；32：第一通孔；33：第二定位孔；40：定位块；41：第二定位销；42：第三定位销；50：端盖；51：第二通孔；52：内螺纹；60：柔性垫。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面结合图1-图9描述本发明的回转夹持装置。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，回转夹持装置包括：金属夹持工具和管材10。金属夹持工具用于与驱动机构连接，以驱动金属夹持工具旋转。管材10的第一端由金属夹持工具夹持，管材10的第二端用于伸入晶体生长设备内，其中，管材10的熔化或软化温度高于晶体生长设备的加热温度。
具体来说，金属夹持工具由金属材料经过精密加工制造而成，金属夹持工具与驱动机构连接，在驱动机构的驱动下，金属夹持工具可夹持管材10进行旋转，实现管材10与金属夹持工具同轴转动并传递一定旋转力矩的目的。进一步地，驱动机构可以为电机。管材10采用耐高温、抗氧化的材料制成，可选地，管材10可采用莫来石、刚玉、碳化硅等陶瓷材料，也可以采用石英管材或蓝宝石管材。管材10的第二端伸入晶体生长设备内可承受晶体生长设备内数百至上千度的高温，满足耐热和抗氧化的性能需求。
本发明实施例提供的回转夹持装置，通过采用金属材料制作金属夹持工具，满足了精密机械加工的需求；管材采用耐高温材料可以在晶体生长设备内动作，在实际工作时，金属夹持工具位于晶体生长设备低温区，管材的一端位于晶体生长设备高温区，实现了管材与金属夹持工具无需调整即可达到高同轴度，且传递一定旋转力矩的目的，解决了现有技术中单纯采用金属材料或陶瓷材料无法满足半导体材料制作需求的问题。
如图1所示，在本发明的一个实施例中，金属夹持工具包括：底座20、筒形件30、多个定位块40和端盖50。筒形件30套接在底座20内，管材10的第一端位于筒形件30内，定位块40位于筒形件30与管材10之间，每个定位块40分别与底座20和筒形件30插接，端盖50罩设在底座20的敞口处并与底座20连接，以将筒形件30、定位块40封装在底座20内，管材10的第二端贯穿端盖50并延伸至端盖50的外部。
具体来说，在实际安装时，先将定位块40的一端与底座20插接，将管材10设置在多个定位块40围设成的空间内，然后再将筒形件30插入底座20与定位块40之间，将端盖50与底座20连接，端盖50推动筒形件30向底座20内运动，筒形件30挤压定位块40，使多个定位块40抱紧管材10，从而将管材10夹持牢固。
本发明实施例提供的回转夹持装置，装配及拆卸过程简单，方便管材进行更换，无需机械调整即可实现金属材料与非金属材料的同轴连接，可作为晶体生长炉、晶体薄膜炉等设备的高精度旋转支撑杆，满足了半导体材料制造的需求。
进一步地，在本发明的一个实施例中，金属夹持工具还包括柔性垫60，柔性垫60设置在定位块40与管材10之间，柔性垫60具有一定的弹性和摩擦力，避免了热胀冷缩造成的应力问题。可选地，柔性垫60可以为橡胶垫或塑料垫。为便于装配，可将柔性垫60粘附在管材10上，以防止装配过程中，柔性垫60折皱。
如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，底座20的第一端为敞口端，底座20的第一端的端面沿底座20的圆周方向设置有多个第一销槽21，该第一销槽21与筒形件30的第一端卡接，以对筒形件30进行定位。底座20的第一端还与端盖50连接，具体地，底座20可与端盖50采用螺栓连接，在本实施例中，底座20的第一端的外表面设置有外螺纹24，端盖50的内表面设置有内螺纹52，底座20与端盖50通过螺纹连接。
底座20的第二端的端面中心设置有连接孔22，该连接孔22用于连接驱动机构，在本实施例中，该连接孔22的直径小于管材10的直径。底座20的第二端的端面沿底座20的圆周方向设有多个第一定位孔23，该第一定位孔23与定位块40的第二端插接。
进一步地，在本实施例中，第一销槽21的数量为四个，四个第一销槽21沿底座20的圆周方向等间距排布。第一定位孔23的数量也为四个，四个第一定位孔23均匀分布在底座20第二端的端面上。
可以理解的是：第一销槽21和第一定位孔23的数量也可以为其他，第一销槽21和第一定位孔23的形状也可以为多种，而不局限于图2和图3中所示的形状。
进一步地，底座20的内表面要求有较高的加工平整度和光滑度，以减小装配过程中的摩擦力。
如图4和图5所示，在本发明的一个实施例中，筒形件30的第一端的外表面沿筒形件30的圆周方向设置有多个第一定位销31，该第一定位销31用于与底座20的第一销槽21卡接。筒形件30的第一端的端面中心设有第一通孔32，管材10的第二端穿过该第一通孔32并延伸至筒形件30的外部。筒形件30的第一端的端面沿筒形件30的圆周方向设置有多个第二定位孔33，定位块40的第一端插设在该第二定位孔33内。筒形件30的第二端与底座20的第二端的端面接触。
进一步地，在本实施例中，第一定位销31与第一销槽21的数量相匹配，第一定位销31的形状也与第一销槽21的形状相匹配，以使回转夹持装置转动时，筒形件30不会相对于底座20发生转动。
如图5和图6所示，筒形件30的内表面设有第一斜面，定位块40的外表面设有第二斜面，当回转夹持装置装配好后，第一斜面与第二斜面贴合，从而使筒形件30挤压定位块40，多个定位块40将管材10抱紧，实现回转夹持装置将管材10夹持牢固。
进一步地，筒形件30的内表面和外表面均需要有较高的加工平整度和光滑度，以减小装配过程中的摩擦力。
如图6、图7和图8所示，每个定位块40的第一端设有第二定位销41，第二定位销41用于插设在筒形件30的第二定位孔33内，定位块40的第二端设有第三定位销42，第三定位销42插设在底座20的第一定位孔23内。
具体来说，在本实施例中，每个定位块40的第一端与筒形件30连接，每个定位块40的第二端与底座20连接，以使定位块40仅能沿管材10的轴线方向移动，而不能与管材10发生相对转动。
进一步地，第二定位销41的数量与筒形件30上第二定位孔33的数量相匹配，第二定位销41的形状与筒形件30上第二定位孔33的形状相匹配。第三定位销42的数量与底座20上第一定位孔23的数量相匹配，第三定位销42的形状与底座20上第一定位孔23的形状相匹配。
进一步地，如图7和图8所示，在本发明的一个实施例中，每个定位块40的内表面具有第一圆弧形，每个定位块40的外表面具有第二圆弧形，第一圆弧形与管材10的外表面相适配，第二圆弧形与筒形件30的内表面相适配。
具体来说，在本实施例中，可将筒形件沿其轴线方向切割成多个块状结构，每个块状结构即为一个定位块40，每个定位块40的外表面加工有第二斜面，以与筒形件30的第一斜面配合实现定位块40抱紧管材10。
进一步地，定位块40的外表面要求有较高的加工平整度和光滑度，以减小装配过程中的摩擦力。
如图9所示，在本发明的一个实施例中，端盖50的中心设有第二通孔51，管材10的第二端穿过该第二通孔51延伸至端盖50的外部，端盖50的内表面与底座20的外表面螺纹连接。
具体来说，端盖50包括底部和沿底面向外延伸的环形连接部，底部的中心设有第二通孔，管材10由第二通孔51伸出，第二通孔51的直径略大于管材10的直径，第二通孔51不产生实际定位或夹紧作用。端盖50底部与筒形件30、定位块40接触的表面要求有较高的平整度和光滑度，以减小装配过程中的摩擦力。连接部设有内螺纹52与底座20的外螺纹实现螺纹连接，从而将筒形件30、定位块40以及柔性垫60封装在底座20内，使回转夹持装置成为一个封闭的整体结构。
在实际装配过程中，先将每个定位块40的第三定位销插设在底座20的第一定位孔23内，将管材10插入多个定位块40围设成的空间内，然后将筒形件30插设在底座20与定位块40之间，在安装筒形件30的过程中，管材10的第二端先穿过筒形件30的第一通孔32，然后将每个定位块40的第二定位销41分别插设在筒形件30的一个第二定位孔33内，旋入端盖50，在端盖50与底座20旋紧的过程中，端盖50推动筒形件30运动，筒形件30的第一斜面贴合定位块40的第二斜面滑动，在滑动过程中挤压定位块40，从而使多个定位块40抱紧管材10，完成回转夹持装置的装配。
本发明实施例提供的回转夹持装置，在端盖50上紧过程中，由端盖50将筒形件30沿轴向顶入底座20内，通过筒形件30与四个定位块40的斜面配合，在筒形件30进入过程中对定位块40产生径向向内的抱紧力，柔性垫60将管材10抱紧，旋转力矩通过底座20的第一定位孔23传递给定位块40，由定位块40内壁粘附的柔性垫60及管材10之间的摩擦力传递给管材10，最终实现管材10与金属夹持工具同轴旋转。
本发明实施例提供的回转夹持装置，实现了金属加工件与非金属管材的同轴连接，具有可传递旋转扭矩、同轴度高、易于装配拆卸、管材易更换的特点，可广泛应用于高温环境的精密同轴旋转结构。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种回转夹持装置，其特征在于，包括：
金属夹持工具，所述金属夹持工具用于与驱动机构连接，以驱动所述金属夹持工具旋转；
管材，所述管材的第一端由所述金属夹持工具夹持，所述管材的第二端用于伸入晶体生长设备内，其中，所述管材的熔化或软化温度高于所述晶体生长设备的加热温度。
2.根据权利要求1所述的回转夹持装置，其特征在于，所述金属夹持工具包括：
底座；
筒形件，所述筒形件套接在所述底座内，所述管材的第一端位于所述筒形件内；
多个定位块，所述定位块位于所述筒形件与所述管材之间，每个所述定位块分别与所述底座和所述筒形件插接；
端盖，所述端盖罩设在所述底座的敞口处并与所述底座连接，所述管材的第二端贯穿所述端盖并延伸至所述端盖的外部。
3.根据权利要求2所述的回转夹持装置，其特征在于，所述金属夹持工具还包括柔性垫，所述柔性垫设置在所述定位块与所述管材之间。
4.根据权利要求2所述的回转夹持装置，其特征在于，所述底座的第一端为敞口端，所述底座的第一端的端面沿所述底座的圆周方向设有多个第一销槽，所述第一销槽与所述筒形件的第一端卡接，所述底座的第一端与所述端盖连接；
所述底座的第二端的端面中心设有连接孔，所述连接孔的直径小于所述管材的直径，所述底座的第二端的端面沿所述底座的圆周方向设有多个第一定位孔，所述第一定位孔与所述定位块的第二端插接。
5.根据权利要求4所述的回转夹持装置，其特征在于，所述筒形件的第一端的外表面沿所述筒形件的圆周方向设置有多个第一定位销，所述第一定位销与所述第一销槽卡接；
所述筒形件的第一端的端面中心设有第一通孔，所述管材的第二端穿过所述第一通孔延伸至所述筒形件的外部，所述筒形件的第一端的端面沿所述筒形件的圆周方向设置有多个第二定位孔，所述定位块的第一端插设在所述第二定位孔内；
所述筒形件的第二端与所述底座的第二端的端面接触。
6.根据权利要求5所述的回转夹持装置，其特征在于，所述筒形件的内表面与所述定位块的外表面设有配合使用的斜面，以使多个所述定位块抱紧所述管材。
7.根据权利要求5所述的回转夹持装置，其特征在于，每个所述定位块的第一端设有第二定位销，所述第二定位销插设在所述筒形件的第二定位孔内，所述定位块的第二端设有第三定位销，所述第三定位销插设在所述底座的第一定位孔内。
8.根据权利要求7所述的回转夹持装置，其特征在于，每个所述定位块的内表面具有圆弧面，每个所述定位块的外表面具有圆锥面，所述圆弧面与所述管材的外表面相适配，所述圆锥面与所述筒形件的内表面相适配。
9.根据权利要求7所述的回转夹持装置，其特征在于，所述端盖的中心设有第二通孔，所述管材的第二端穿过所述第二通孔延伸至所述端盖的外部，所述端盖的内表面与所述底座的外表面螺纹连接。
10.根据权利要求1所述的回转夹持装置，其特征在于，所述管材为陶瓷管材、石英管材或蓝宝石管材。
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