CN1995483A - 直线导轨式坩埚提升装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直拉式晶体生长炉的坩锅驱动装置，旨在提供一种直线导轨式坩埚提升装置。其框架部件包括导轨座、筋板、底板和地脚调整块；锅升部件包括快慢电机组件、滚动直线导轨副、上轴承座、丝杆、提升支架、丝杆螺母、下轴承座和大同步带组件；埚转部件包括波纹管、坩埚轴组件、埚转磁流体、埚转电机、电机支架和多碶带组件。本发明通过选用合适的机构以及合理的结构布局，大幅度提高了坩埚提升装置的平稳性和可靠性，改善了其负载性能，以及坩埚提升与回转速度控制的精度，完全适应晶体炉的全自动控制系统。装备该坩埚提升装置的晶体生长炉，运行平稳可靠，其晶体产品完整性与均匀性都非常好，能够完全达到IC电路对单晶材料的要求。

Description

直线导轨式坩埚提升装置

技术领域

本发明涉及一种直拉式晶体生长炉的坩锅驱动装置，特别涉及一种直线导轨式坩埚提升装置。

背景技术

直拉式晶体生长炉是最主要的高质量硅晶体生产设备。根据硅单晶的结晶规律，将原材料在石英坩埚内加热熔化，控制温度比硅单晶的结晶温度略高，确保熔化后的硅材料在熔液表面可以结晶。通过籽晶夹头将单晶平稳地提出液面，使之在炉筒内冷却、成形，最后结晶成一个主体为圆柱体、尾部为圆椎体的晶体。

坩埚提升装置是晶体生长炉最关键的系统之一。它通过一根中空水冷的不锈钢轴伸入到炉体内，在石墨件的保护下托住石英坩埚，以稳定可控的速度提升和低速旋转，使溶液液面稳定在同一水平面且温度梯度合适，让硅单晶按要求进行有规律地生长，渗杂剂、氧含量在轴向和径向分布均匀，确保最终晶体产品的完整性与均匀性。在这方面，国内生产厂家作了大量的技术改进和提高，但运行的平稳性和可控性都无法适应目前晶体炉的全自动控制系统，晶体产品的完整性和均匀性远达不到高质量IC片硅单晶棒的要求，多数只能用于太阳能电池的生产。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种直线导轨式坩埚的提升装置。

为了实现本发明目的，本发明提供的技术方案是：

本发明提供了一种直线导轨式坩埚提升装置，包括框架部件、埚升部件和埚转部件，其中：

所述框架部件包括导轨座、筋板、底板和地脚调整块；其中，导轨座用螺钉固定在底板上，其导轨安装平面与底板垂直；

所述锅升部件包括快慢电机组件、滚动直线导轨副、上轴承座、丝杆、提升支架、丝杆螺母、下轴承座和大同步带组件；其中，滚动直线导轨副包括两根等高的导轨和在导轨上可以自由滑动的滑块；两根导轨分别用螺钉固定在导轨座平面的槽内，滑块与提升支架用螺钉联接；上轴承座用螺钉固定在导轨座顶面；下轴承座用螺钉固定在底板孔内，与上轴承座在同一竖直线上；丝杆的上下段分别通过轴承和上轴承座、下轴承座联接，可以自由转动；丝杆螺母用螺钉固定在提升支架上，通过螺纹与丝杆联接；快慢电机组件用螺钉固定在底板一侧，可沿一字型槽平移；大同步带组件一端套在快慢电机组件的输出轴上，一端套在丝杆下端，传递同步转速。

所述埚转部件包括波纹管、坩埚轴组件、埚转磁流体、埚转电机、电机支架和多碶带组件；其中，埚转磁流体穿过提升支架，用螺钉固定；坩埚轴组件套在埚转磁流体的空心轴套内，周向O形圈密封，下端用螺钉锁紧；波纹管套住坩埚轴上段，其下法兰用螺钉固定在埚转磁流体上，端面O形圈密封；波纹管上端法兰将与晶体炉设备炉底板法兰用螺钉联接，端面O形圈密封；电机支架用螺钉固定在提升支架下面；埚转电机与电机支架用螺钉连接；多碶带组件一端套在埚转磁流体的空心轴套下段，紧定螺钉固定，另一端套在埚转电机输出轴上，紧定螺钉固定。

作为本发明的一种改进，所述筋板的两个直角边分别与导轨座和底板用螺钉联接。

作为本发明的一种改进，所述地脚调整块有三块，分别垫在底板的三个螺孔下面，用长螺钉穿过底板和地脚调整块固定在设备基础上。

作为本发明的一种改进，所述快慢电机组件包括支架、慢速电机、快速电机、小同步带组件、柔性连轴器、光电编码器和蜗轮蜗杆减速器；其中，慢速电机和蜗轮蜗杆减速器用螺钉固定在支架上，通过柔性连轴器联接；快速电机用螺钉固定在慢速电机顶面，通过小同步带组件和慢速电机的输出轴联接；光电编码器与蜗轮蜗杆减速器输出轴的一端通过紧定螺钉联接；蜗轮蜗杆减速器输出轴的另一端即为快慢电机组件的输出轴，通过大同步带组件与丝杆联接。

作为本发明的一种改进，所述坩埚轴组件包括旋转接头、分流管、冷却管、铜管和坩埚轴；其中，坩埚轴是一根中空的不锈钢轴；铜管和冷却管焊接联接，完全塞入坩埚轴的孔内至冷却管法兰接触坩埚轴底端；冷却管下部与坩埚轴间用O形圈密封；旋转接头通过密封螺纹与冷却管联接；分流管在冷却管内，一端与冷却管间用O形圈密封，另一端通过密封螺纹与旋转接头内部联接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过选用合适的机构以及合理的结构布局，大幅度提高了坩埚提升装置的平稳性和可靠性，改善了其负载性能，以及坩埚提升与回转速度控制的精度，完全适应晶体炉的全自动控制系统。装备该坩埚提升装置的晶体生长炉，运行平稳可靠，其晶体产品完整性与均匀性都非常好，能够完全达到IC电路对单晶材料的要求。

附图说明

图1是本发明实施例中系统结构主视图；

图2是本发明实施例中系统结构俯视图；

图3是本发明实施例中系统结构侧视剖视图；

图4是本发明实施例中快慢电机组件结构图；

图5是本发明实施例中坩埚轴组件结构图。

图中1.导轨座，2.筋板，3.底板，4.地脚调整块，5.快慢电机组件，6.滚动直线导轨副，7.上轴承座，8.丝杆，9.提升支架，10.丝杆螺母，11.下轴承座，12.大同步带组件，13.支架，14.慢速电机，15.快速电机，16.小同步带组件，17.柔性连轴器，18.光电编码器，19.蜗轮蜗杆减速器，20.波纹管，21.坩埚轴组件，22.埚转磁流体，23.埚转电机，24.电机支架，25.多碶带组件，26.旋转接头，27.分流管，28.冷却管，29.铜管，30.坩埚轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：

具体实施例1中直线导轨式坩埚提升装置的结构如图1至5所示。它包括如下三个部件：

框架部件：包括导轨座1，筋板2，底板3，地脚调整块4；导轨座1用螺钉固定在底板3上，其导轨安装平面与底板3垂直；筋板2的两个直角边分别与导轨座1和底板3用螺钉联接，增加框架的刚性；地脚调整块4有三块，分别垫在底板3的三个螺孔下面，用长螺钉穿过底板3和地脚调整块4固定在设备基础上；通过分别调节三块地脚调整块4，将底板3调整至水平状态。

埚升部件：包括快慢电机组件5，滚动直线导轨副6，上轴承座7，丝杆8，提升支架9，丝杆螺母10，下轴承座11，大同步带组件12；滚动直线导轨副6包括两根等高的导轨和在导轨上可以自由滑动的滑块；两根导轨分别用螺钉固定在导轨座1平面的槽内，相互平行，滑块与提升支架9用螺钉联接，提升支架9可以沿导轨滑动，平稳且无爬行；上轴承座7用螺钉固定在导轨座1顶面；下轴承座11用螺钉固定在底板3孔内，与上轴承座7在同一竖直线上；丝杆8的上下段分别通过轴承和上轴承座7、下轴承座11联接，可以自由转动；丝杆螺母10用螺钉固定在提升支架9上，通过螺纹与丝杆8联接；丝杆8转动时，丝杆螺母10带动提升支架9沿竖直方向向上或向下移动，并在高负载甚至电机断电的情况下能够实现自锁；大同步带组件12一端套在快慢电机组件5的输出轴上，一端套在丝杆8下端，传递同步转速；快慢电机组件5用螺钉固定在底板3一侧，可沿一字型槽平移，调节大同步带轮组件12中同步带的松紧。

快慢电机组件5结构如图4所示，包括支架13，慢速电机14，快速电机15，小同步带组件16，柔性连轴器17，光电编码器18，蜗轮蜗杆减速器19；慢速电机14和蜗轮蜗杆减速器19用螺钉固定在支架13上，通过柔性连轴器17联接；快速电机15用螺钉固定在慢速电机14顶面，通过小同步带组件16和慢速电机14的输出轴联接；当慢速电机14的电磁离合器通电吸合时，慢速电机14的旋转通过柔性连轴器17、蜗轮蜗杆减速器19和大同步带轮组件12传递给丝杆8，实现提升支架9的慢速上升或下降；当慢速电机14的电磁离合器失电脱开时，快速电机15的旋转通过小同步带组件3、柔性连轴器17、蜗轮蜗杆减速器19和大同步带轮组件12传递给丝杆8，实现提升支架9的快速上升或下降。该机构实现了双电机传动的快速切换，保证两只电机都工作在最优性能区间，改善了坩埚提升装置的负载性能和运行的平稳性。光电编码器18与蜗轮蜗杆减速器19输出轴的一端通过紧定螺钉联接，测量转过的角度，从而进一步计算出提升支架9提升或下降的行程。

埚转部件：包括波纹管20，坩埚轴组件21，埚转磁流体22，埚转电机23，电机支架24，多碶带组件25；埚转磁流体22穿过提升支架9，用螺钉固定；坩埚轴组件21套在埚转磁流体22的空心轴套内，周向O形圈密封，下端用螺钉锁紧，可共同转动；空心轴套与埚转磁流体22壳体间的相对转动通过铁磁流体密封，摩擦系数小且真空密封效果好；波纹管20套住坩埚轴组件21上段，其下法兰用螺钉固定在埚转磁流体22上，端面O形圈密封；波纹管20上端法兰将与晶体炉设备炉底板法兰用螺钉联接，端面O形圈密封；波纹管20和埚转磁流体22共同组成坩埚提升装置的真空密封腔体；电机支架24用螺钉固定在提升支架9下面；埚转电机23与电机支架24用螺钉连接；多碶带组件25一端套在埚转磁流体22的空心轴套下段，紧定螺钉固定，另一端套在埚转电机23输出轴上，紧定螺钉固定；埚转电机23的旋转通过多砍带组件25减速后，带动埚转磁流体22的空心轴套和坩埚轴组件21缓慢转动。

坩埚轴组件21通水冷却，结构如图5所示，它包括旋转接头26，分流管27，冷却管28，铜管29，坩埚轴30；坩埚轴30是一根中空的不锈钢轴；铜管29和冷却管28焊接联接，完全塞入坩埚轴30的孔内至冷却管28法兰接触坩埚轴30底端，铜管29顶端和坩埚轴30的孔底留有一定间隙；冷却管28下部与坩埚轴30间用O形圈密封，防止冷却水漏出；旋转接头26通过密封螺纹与冷却管28联接；分流管27在冷却管28内，一端与冷却管28间用O形圈密封，另一端通过密封螺纹与旋转接头26内部联接；旋转接头26中心部分随冷却管28和坩埚轴30转动，而其外壳不动，保证了冷却水管的接入；冷却水由旋转接头26下端水嘴进入，沿分流管27流到冷却管28，再沿铜管29流到顶端间隙流出，沿铜管29外壁和坩埚轴30孔内壁间流下，经由分流管27下端侧孔流入分流管27与旋转接头26间隙，最后由旋转接头26侧面水嘴流出(如图5中箭头所示)。

显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1、一种直线导轨式坩埚提升装置，包括框架部件、埚升部件和埚转部件，其特征在于：

所述框架部件包括导轨座、筋板、底板和地脚调整块；其中，导轨座用螺钉固定在底板上，其导轨安装平面与底板垂直；

所述埚升部件包括快慢电机组件、滚动直线导轨副、上轴承座、丝杆、提升支架、丝杆螺母、下轴承座和大同步带组件；其中，滚动直线导轨副包括两根等高的导轨和在导轨上可以自由滑动的滑块；两根导轨分别用螺钉固定在导轨座平面的槽内，滑块与提升支架用螺钉联接；上轴承座用螺钉固定在导轨座顶面；下轴承座用螺钉固定在底板孔内，与上轴承座在同一竖直线上；丝杆的上下段分别通过轴承和上轴承座、下轴承座联接，可以自由转动；丝杆螺母用螺钉固定在提升支架上，通过螺纹与丝杆联接；快慢电机组件用螺钉固定在底板一侧，可沿一字型槽平移；大同步带组件一端套在快慢电机组件的输出轴上，一端套在丝杆下端，传递同步转速；

所述埚转部件包括波纹管、坩埚轴组件、埚转磁流体、埚转电机、电机支架和多碶带组件；其中，埚转磁流体穿过提升支架，用螺钉固定；坩埚轴组件套在埚转磁流体的空心轴套内，周向O形圈密封，下端用螺钉锁紧；波纹管套住坩埚轴上段，其下法兰用螺钉固定在埚转磁流体上，端面O形圈密封；波纹管上端法兰将与晶体炉设备炉底板法兰用螺钉联接，端面O形圈密封；电机支架用螺钉固定在提升支架下面；埚转电机与电机支架用螺钉连接；多碶带组件一端套在埚转磁流体的空心轴套下段，紧定螺钉固定，另一端套在埚转电机输出轴上，紧定螺钉固定。

2、根据权利要求1所述的直线导轨式坩埚提升装置，其特征在于，所述筋板的两个直角边分别与导轨座和底板用螺钉联接。

3、根据权利要求1所述的直线导轨式坩埚提升装置，其特征在于，所述地脚调整块有三块，分别垫在底板的三个螺孔下面，用长螺钉穿过底板和地脚调整块固定在设备基础上。

4、根据权利要求1所述的直线导轨式坩埚提升装置，其特征在于，所述快慢电机组件包括支架、慢速电机、快速电机、小同步带组件、柔性连轴器、光电编码器和蜗轮蜗杆减速器；其中，慢速电机和蜗轮蜗杆减速器用螺钉固定在支架上，通过柔性连轴器联接；快速电机用螺钉固定在慢速电机顶面，通过小同步带组件和慢速电机的输出轴联接；光电编码器与蜗轮蜗杆减速器输出轴的一端通过紧定螺钉联接；蜗轮蜗杆减速器输出轴的另一端即为快慢电机组件的输出轴，通过大同步带组件与丝杆联接。

5、根据权利要求1所述的直线导轨式坩埚提升装置，其特征在于，所述坩埚轴组件包括旋转接头、分流管、冷却管、铜管和坩埚轴；其中，坩埚轴是一根中空的不锈钢轴；铜管和冷却管焊接联接，完全塞入坩埚轴的孔内至冷却管法兰接触坩埚轴底端；冷却管下部与坩埚轴间用O形圈密封；旋转接头通过密封螺纹与冷却管联接；分流管在冷却管内，一端与冷却管间用O形圈密封，另一端通过密封螺纹与旋转接头内部联接。

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