CN115972418B - 晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，包括：两个互相连接的主板；对称设置的两个限位组件；每个限位组件包括：固定板，固定设置在主板的外侧；横向推板组件驱动推板横向移动；升降组件，架设在主板的内侧；升降组件驱动一个移动块上下移动；两个滑套，分别套设在固定板和推板上；两个滑套的一端通过伸缩杆连接；固定板上的滑套的一侧面与移动块转动连接；调节齿轮，与固定板上的滑套固定连接；固定齿条，竖向固定架设在升降组件下端的一侧；金刚石切割移动台，架设在两个固定板的滑套之间，在碳化硅陶瓷晶舟的切割空间移动。该装置能够自动固定且限位于晶舟的待切割部分，无需人工拆卸定位，以及重复固定晶舟和该装置的位置。

Description

晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备

技术领域

本发明涉及开齿辅助设备技术领域，具体涉及一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备。

背景技术

碳化硅陶瓷晶舟，又称碳化硅晶舟（碳化硅舟）以及碳化硅扩散管（碳化硅陶瓷炉管）被广泛应用于光伏电池片、半导体圆片的生产工艺中，具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温冲击，耐电浆轰击、高温承载力大、高导热、高散热、长期使用不易弯曲变形等特点。

碳化硅陶瓷晶舟上均匀地开设有多个小齿。然而，碳化硅陶瓷晶舟上的小齿的开设精度要求较高，并且由于晶舟材料的特殊性，需要通过金刚石线切割的方式进行切割。

而对于成品碳化硅陶瓷晶舟开齿时，更要面临开齿设备与碳化硅陶瓷晶舟固定架设的难题。其中，碳化硅陶瓷晶舟待开齿的支撑杆部分与整体为一体结构，并不能拆卸下来依次进行切割，则需要将开齿设备完全固定依附于晶舟本体进行切割，而对于形状各异的晶舟则需要人工反复地调整开齿设备的位置，无论是定位还是切割，其工作难度以及工作强度较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备。该装置能够自动固定且限位于晶舟的待切割部分，无需人工拆卸定位，以及重复固定晶舟和该装置的位置。

本发明提供了如下的技术方案。

一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，包括金刚石切割移动台，还包括对称设置的两个限位组件；所述限位组件包括：

固定板；

横向推板组件，平行架设于所述固定板的一侧，驱动一个推板横向移动；所述推板的下端朝向固定板下端延伸有弧形导板；

升降组件，架设在固定板的内侧；

两个滑套，通过伸缩杆连接，分别套设在所述固定板和推板上；所述固定板上的滑套一端的一侧铰接在升降组件上，通过升降组件驱动升降；所述金刚石切割移动台架设在两个所述固定板的滑套之间；

调节齿轮，与固定板上的滑套一端的一侧固定连接；

固定齿条，竖向固定架设在所述升降组件下端的一侧；其中，所述调节齿轮向上移动时与固定齿条啮合，带动两个所述滑套转动，沿着所述弧形导板和固定板向上实现套接。

优选地，还包括两个主板；两个所述固定板分别固定设置在所述主板的外侧；所述固定板上滑套的一侧固定设置有安装板，所述调节齿轮与所述安装板固定连接；所述升降组件上架设有移动块，并驱动所述移动块升降；所述安装板的背部通过旋转轴与所述移动块转动连接；

所述移动块上固定设置有限位挡杆，所述安装板的顶部开设有与所述限位挡杆配合的限位槽；其中，所述安装板转动时，限位挡杆与限位槽配合，且安装板呈横向设置。

优选地，所述横向推板组件包括：

驱动齿轮，转动设置在所述主板的外侧；

第一电机，固定设置在所述主板的内侧，其输出轴与所述驱动齿轮传动连接；

导向板，横向固定架设在所述主板的外侧；所述导向板穿过所述推板，并与所述推板滑动配合；

驱动齿条，固定设置在所述推板的顶部，并与所述驱动齿轮啮合。

优选地，所述升降组件包括：

两个第一架板；两个所述第一架板通过第一光杆固定连接，一个所述第一架板固定设置在所述主板的内侧，所述固定齿条与另一个所述第一架板的一侧固定连接；所述第一光杆与所述移动块滑动配合；

第一丝杠，穿过所述移动块，并与所述移动块螺纹配合；所述第一丝杠的两端分别与两个所述第一架板转动连接；

第二电机，固定设置在一个所述第一架板的外侧，其输出轴与所述第一丝杠传动连接。

优选地，所述金刚石切割移动台包括：

两个竖向移动台，分别架设在两个所述滑套上；

横向移动台，两端分别架设在两个所述竖向移动台上，通过两个所述竖向移动台驱动上下移动。

金刚石线切割台，架设在所述横向移动台上，通过横向移动台驱动横向移动。

优选地，所述竖向移动台包括：

滑槽，其背部与所述滑套固定连接；

第二架板，滑动设置在所述滑槽的槽内；

第二丝杠，穿过所述第二架板，并与所述第二架板螺纹配合；

第三电机，固定设置在所述滑槽的一端，其输出轴与所述第二丝杠传动连接。

优选地，所述横向移动台包括：

两个移动架；

第二光杆，穿过两个所述移动架，并与所述移动架滑动配合；所述第二光杆的两端与两个所述第二架板固定连接；

第四电机，固定设置在一个所述第二架板的内侧；

第三丝杠，穿过两个所述移动架，并与所述移动架螺纹配合；所述第三丝杠的两端分别与第四电机的输出轴传动连接，与另一个所述第二架板转动连接。

优选地，所述金刚石线切割台包括：

两个从动轮毂；每个所述从动轮毂均通过转动轴转动连接有两个张紧板；两个所述张紧板的端部通过螺杆固定连接；每个所述螺杆的两端分别与两个所述移动架的上部螺纹固定；

驱动轮毂，架设在两个所述移动架的下部；

驱动电机，固定设置在一个所述推板的外侧，其输出轴与所述驱动轮毂传动连接；

若干个金刚石线，阵列设置在驱动轮毂和两个从动轮毂之间，通过四个张紧板张紧。

优选地，两个所述主板之间通过两个固定杆连接；所述固定杆的一端为螺纹端，所述螺纹端螺纹配合有螺纹套，所述螺纹套的端部与所述主板转动连接；两个所述滑槽的背部与所述滑套通过螺柱和螺母固定。

本发明有益效果：

本发明提出一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，该装置采用了夹持限位的方式对开齿设备在待开始的晶舟上进行固定，其中，通过一组齿轮齿条的传动结构，实现了三个方向上的限位，采用齿轮旋转带动两个活动套筒结构旋转的自动化结构，实现了另一个方向上的限位。整个装置的安装定位仅通过自动化机械结构实现，自动进行收紧以实现开齿设备的夹持，无需手动进行固定，操作更为便捷。该装置多方向上的自动限位模式定位准确，在进行开齿时，仅需控制金刚石切割移动台的移动切割即可实现。同样的，装置从设备上退出也是自动进行，无需人工操作。

附图说明

图1是本发明实施例的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备整体结构图；

图2是本发明实施例的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备的局部结构图；

图3是本发明实施例的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备的另一角度局部结构图；

图4是本发明实施例的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备的金刚石切割移动台的局部结构图；

图5是本发明实施例的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备的另一角度整体装配图。

其中，1、主板；2、固定杆；3、滑槽；4、移动架；5、调节齿轮；6、限位挡杆；7、安装板；8、移动块；9、固定齿条；10、旋转轴；11、弧形导板；12、伸缩杆；13、滑套；14、固定板；15、推板；16、驱动齿轮；17、金刚石线；18、导向板；19、驱动齿条；20、第一丝杠；21、第二丝杠；22、第三丝杠；23、第二架板；24、从动轮毂；25、张紧板；26、驱动电机；27、驱动轮毂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，如图1-5所示，包括两个互相连接的主板1、对称设置的两个限位组件和金刚石切割移动台。

如图1所示，为了调节整体开齿结构的宽度，两个主板1之间通过两个固定杆2连接；固定杆2的一端为螺纹端，螺纹端螺纹配合有螺纹套，螺纹套的端部与主板1转动连接。调节时，通过转动螺纹套，即带动了主板1之间的距离（同时需要松开用于固定滑槽3的螺柱和螺母）。

如图2和图3所示，每个限位组件均包括固定板14、横向移动组件、升降组件、两个滑套13、调节齿轮5和固定齿条9。

进一步的，如图2和图3所示，固定板14固定设置在主板1的外侧。横向移动组件包括与固定板14平行的推板15，以及架设在主板的横向推板组件；横向推板组件驱动推板15横向移动；推板15下端为弧形导板11；每个横向推板组件均包括：驱动齿轮16，转动设置在主板1的外侧；第一电机，固定设置在主板1的内侧，其输出轴与驱动齿轮16传动连接；导向板18，横向固定架设在主板1的外侧；导向板18穿过推板15，并与推板15滑动配合；驱动齿条19，固定设置在推板15的顶部，并与驱动齿轮16啮合。其中，通过电机驱动驱动齿轮16转动，带动驱动齿条19横向移动，进而带动推板15逐渐靠近固定板14，使得导向板18、推板15以及固定板14构成了一个三面封闭的夹持结构，将晶舟待开齿的部分在三个方向上完全的进行限位。

如图3所示，升降组件架设在主板1的内侧；升降组件驱动一个移动块8上下移动；两个滑套13分别套设在固定板14和推板15上；两个滑套13的一端通过伸缩杆12连接；固定板14上的滑套13的一侧面与移动块8转动连接；调节齿轮5与固定板14上的滑套13固定连接；固定齿条9竖向固定架设在升降组件下端的一侧；其中，当升降组件驱动移动块8向下移动时，带动调节齿轮5向下移动，直至调节齿轮5与固定齿条9啮合，调节齿轮5开始旋转，进而带动两个滑套13旋转，沿着弧形导板11转动脱离，最终使两个滑套13完全脱离固定板14和弧形导板11。当升降组件驱动移动块8向上移动时，带动调节齿轮5向上移动，直至调节齿轮5与固定齿条9啮合，调节齿轮5开始旋转，带动两个滑套13转动，沿着弧形导板11和固定板14向上实现套接。

为了转动的稳定性，固定板14上滑套13的一侧固定设置有安装板7，调节齿轮5与安装板7固定连接；安装板7的背部通过旋转轴10与移动块8转动连接；移动块8上固定设置有限位挡杆6，安装板7的顶部开设有与限位挡杆6配合的限位槽；其中，安装板7转动时，限位挡杆6与限位槽配合，且安装板7呈横向设置。

具体的，如图3所示，每个升降组件均包括：两个第一架板；两个第一架板通过第一光杆固定连接，一个第一架板固定设置在主板1的内侧，固定齿条9与另一个第一架板的一侧固定连接；第一光杆与移动块8滑动配合；第一丝杠20，穿过移动块8，并与移动块8螺纹配合；第一丝杠20的两端分别与两个第一架板转动连接；第二电机，固定设置在一个第一架板的外侧，其输出轴与第一丝杠传动连接。上述结构为丝杠传动结构，传动稳定。

如图4和图5所示，金刚石切割移动台，架设在两个固定板14的滑套13之间，在碳化硅陶瓷晶舟的切割空间移动。

金刚石切割移动台包括：两个竖向移动台，分别架设在两个滑套13上；横向移动台，两端分别架设在两个竖向移动台上，通过两个竖向移动台驱动上下移动。金刚石线切割台，架设在横向移动台上，通过横向移动台驱动横向移动。

每个竖向移动台均包括：滑槽3，其背部与滑套13固定连接；第二架板23，滑动设置在滑槽3的槽内；第二丝杠21，穿过第二架板23，并与第二架板23螺纹配合；第三电机，固定设置在滑槽3的一端，其输出轴与第二丝杠21传动连接。上述结构采用电机丝杠的传动模式，传动精度较高。

具体的，横向移动台包括：两个移动架4；第二光杆，穿过两个移动架4，并与移动架4滑动配合；第二光杆的两端与两个第二架板23固定连接；第四电机，固定设置在一个第二架板23的内侧；第三丝杠22，穿过两个移动架4，并与移动架4螺纹配合；第三丝杠22的两端分别与第四电机的输出轴传动连接，与另一个第二架板23转动连接。金刚石线切割台包括：两个从动轮毂24；每个从动轮毂24均通过转动轴转动连接有两个张紧板25；两个张紧板25的端部通过螺杆固定连接；每个螺杆的两端分别与两个移动架4的上部螺纹固定；驱动轮毂27，架设在两个移动架4的下部；驱动电机26，固定设置在一个移动架4的外侧，其输出轴与驱动轮毂27传动连接；若干个金刚石线阵列设置在驱动轮毂27和两个从动轮毂24之间，通过四个张紧板25张紧。上述结构通过两个张紧装置实现了对金刚石线的绷紧，便于切割面的平滑性。

本实施例中，该装置包括以下操作步骤：

（1）整体宽度调节，适配待开齿晶舟支架的长度

调节时，松开用于固定滑槽3的螺柱和螺母，通过转动螺纹套带动了主板1之间的距离，再通过螺母和螺柱重新固定滑槽3。装置一般预设整体的开齿允许范围，开齿时不再进行调节。

（2）将开齿结构固定于晶舟的待开齿区域

通过电机驱动了驱动齿轮16转动，带动驱动齿条19横向移动，进而带动推板15逐渐靠近固定板14，使得导向板18、推板15以及固定板14构成了一个三面封闭的夹持结构，将晶舟待开齿的部分在三个方向上完全的进行限位。

当升降组件驱动移动块8向上移动时，带动调节齿轮5向上移动，直至调节齿轮5与固定齿条9啮合，调节齿轮5开始旋转，带动两个滑套13转动，沿着弧形导板11和固定板14向上实现套接，完成第四个面的夹持封闭，至此开齿结构完全固定于晶舟上。

（3）开齿作业

由于若干个金刚石线均匀阵列设置在驱动轮毂27和两个从动轮毂24之间，通过四个张紧板25张紧，驱动轮毂27转动即可实现开齿动作。

通过横向移动台，结合两个竖向移动台，实现了空间内多个方向上的移动，该金刚石切割移动台沿着预设的切割路径进行线切割，最终完成开齿动作。

（4）退出开齿装置

通过电机驱动了驱动齿轮16转动，带动驱动齿条19横向移动，进而带动推板15逐渐远离固定板14，松开夹持状态，再通过升降组件驱动移动块8向下移动，带动调节齿轮5向下移动，直至调节齿轮5与固定齿条9啮合，调节齿轮5开始旋转，进而带动两个滑套13旋转，沿着弧形导板11转动脱离，最终使两个滑套13完全脱离固定板14和弧形导板11，装置得以方便地从晶舟取下。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，包括金刚石切割移动台，其特征在于，还包括对称设置的两个限位组件；所述限位组件包括：

固定板(14)；

横向推板组件，平行架设于所述固定板(14)的一侧，驱动一个推板(15)横向移动；所述推板(15)的下端朝向固定板(14)下端延伸有弧形导板(11)；

升降组件，架设在固定板(14)的内侧；

两个滑套(13)，通过伸缩杆(12)连接，分别套设在所述固定板(14)和推板(15)上；所述固定板(14)上的滑套(13)一端的一侧铰接在升降组件上，通过升降组件驱动升降；所述金刚石切割移动台架设在两个所述固定板(14)的滑套(13)之间；

调节齿轮(5)，与固定板(14)上的滑套(13)一端的一侧固定连接；

固定齿条(9)，竖向固定架设在所述升降组件下端的一侧；其中，所述调节齿轮(5)向上移动时与固定齿条(9)啮合，带动两个所述滑套(13)转动，沿着所述弧形导板(11)和固定板(14)向上实现套接。

2.根据权利要求1所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，还包括两个主板(1)；两个所述固定板(14)分别固定设置在所述主板(1)的外侧；所述固定板(14)上滑套(13)的一侧固定设置有安装板(7)，所述调节齿轮(5)与所述安装板(7)固定连接；所述升降组件上架设有移动块(8)，并驱动所述移动块(8)升降；所述安装板(7)的背部通过旋转轴(10)与所述移动块(8)转动连接；

所述移动块(8)上固定设置有限位挡杆(6)，所述安装板(7)的顶部开设有与所述限位挡杆(6)配合的限位槽；其中，所述安装板(7)转动时，限位挡杆(6)与限位槽配合，且安装板(7)呈横向设置。

3.根据权利要求2所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，所述横向推板组件包括：

驱动齿轮(16)，转动设置在所述主板(1)的外侧；

第一电机，固定设置在所述主板(1)的内侧，其输出轴与所述驱动齿轮(16)传动连接；

导向板(18)，横向固定架设在所述主板(1)的外侧；所述导向板(18)穿过所述推板(15)，并与所述推板(15)滑动配合；

驱动齿条(19)，固定设置在所述推板(15)的顶部，并与所述驱动齿轮(16)啮合。

4.根据权利要求2所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，所述升降组件包括：

两个第一架板；两个所述第一架板通过第一光杆固定连接，一个所述第一架板固定设置在所述主板(1)的内侧，所述固定齿条(9)与另一个所述第一架板的一侧固定连接；所述第一光杆与所述移动块(8)滑动配合；

第一丝杠(20)，穿过所述移动块(8)，并与所述移动块(8)螺纹配合；所述第一丝杠(20)的两端分别与两个所述第一架板转动连接；

第二电机，固定设置在一个所述第一架板的外侧，其输出轴与所述第一丝杠传动连接。

5.根据权利要求2所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，所述金刚石切割移动台包括：

两个竖向移动台，分别架设在两个所述滑套(13)上；

横向移动台，两端分别架设在两个所述竖向移动台上，通过两个所述竖向移动台驱动上下移动；

金刚石线切割台，架设在所述横向移动台上，通过横向移动台驱动横向移动。

6.根据权利要求5所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，所述竖向移动台包括：

滑槽(3)，其背部与所述滑套(13)固定连接；

第二架板(23)，滑动设置在所述滑槽(3)的槽内；

第二丝杠(21)，穿过所述第二架板(23)，并与所述第二架板(23)螺纹配合；

第三电机，固定设置在所述滑槽(3)的一端，其输出轴与所述第二丝杠(21)传动连接。

7.根据权利要求6所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，所述横向移动台包括：

两个移动架(4)；

第二光杆，穿过两个所述移动架(4)，并与所述移动架(4)滑动配合；所述第二光杆的两端与两个所述第二架板(23)固定连接；

第四电机，固定设置在一个所述第二架板(23)的内侧；

第三丝杠(22)，穿过两个所述移动架(4)，并与所述移动架(4)螺纹配合；所述第三丝杠(22)的两端分别与第四电机的输出轴传动连接，与另一个所述第二架板(23)转动连接。

8.根据权利要求7所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，所述金刚石线切割台包括：

两个从动轮毂(24)；每个所述从动轮毂(24)均通过转动轴转动连接有两个张紧板(25)；两个所述张紧板(25)的端部通过螺杆固定连接；每个所述螺杆的两端分别与两个所述移动架(4)的上部螺纹固定；

驱动轮毂(27)，架设在两个所述移动架(4)的下部；

驱动电机(26)，固定设置在一个所述移动架(4)的外侧，其输出轴与所述驱动轮毂(27)传动连接；

若干个金刚石线，阵列设置在驱动轮毂(27)和两个从动轮毂(24)之间，通过四个张紧板(25)张紧。

9.根据权利要求6所述的一种晶圆扩散用的碳化硅陶瓷晶舟开齿设备，其特征在于，两个所述主板(1)之间通过两个固定杆(2)连接；所述固定杆(2)的一端为螺纹端，所述螺纹端螺纹配合有螺纹套，所述螺纹套的端部与所述主板(1)转动连接；两个所述滑槽(3)的背部与所述滑套(13)通过螺柱和螺母固定。

Images