一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构及其使用方法

技术领域

本发明涉及碳化硅长晶设备，具体涉及一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构及其使用方法。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种宽带隙化合物半导体，具有高出传统硅数倍的禁带、漂移速度、击穿电压、热导率、耐高温等优良特性，在高温、高压、高频、大功率、光电、抗辐射、微波性等电子应用领域和航天、军工、核能等极端环境应用有着不可替代的优势。

目前，碳化硅晶体的生长一般采用物理气相传输法，即PVT法。PVT法常用中频感应线圈为加热电源，在涡流作用下高密度石墨坩埚将被加热，放置于石墨坩埚底部的碳化硅粉体分解成升华的SiC、SiC

热场控制是PVT法生长工艺的核心，对生长的碳化硅晶体质量起着决定性的影响。为了提高碳化硅粉体的利用率，使处于石墨坩埚最底部的粉体能够输送上去，在生长过程中需要调节热场的分布，将高温区随着粉料的消耗而缓慢下移。在实际生产中，常用的方法是通过调节感应线圈的升降来改变石墨坩埚内的热场分布。在碳化硅长晶过程中，线圈升降要求以极低的速度和极高的精度运行，如0.05mm/h。而在装料过程中，经常根据不同的工艺要求需要将感应线圈调至不同的初始位置，为了提高工作效率，又要求感应线圈能以较快的速度移动，如50mm/min。

传统的线圈升降机构，有的只可以在很低的范围内运动，无法进行感应线圈位置的快速调整，对热场的适应性差；有的可以进行高低速的切换，是由两套传动机构组成，即由两个电机、两个不同减速比的减速机、两个电磁离合器进行连接和驱动，高低速切换需要改变切换两个电磁离合器的工作状态。传统的线圈升降机构结构较为复杂，成本较高，且控制过程复杂。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明专利提供了一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构及其使用方法，更加简洁、高效、低成本地实现对感应线圈升降的高低速精确控制。

本发明的技术方案是：一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构，包括感应线圈组件和升降组件；

所述升降组件包括伺服电机、行星减速机、离合减速机、第一联轴器、直角减速机、第二联轴器、线圈连接板、直线模组和安装板；

所述感应线圈组件固定于线圈连接板上，所述线圈连接板固定于直线模组的滑块上，所述直线模组安装于安装板上，所述安装板可调节式固定于机架上；

所述伺服电机、行星减速机和离合减速机顺序连接后，通过第一联轴器将离合减速机的输出轴与直角减速机的输入轴相连接，通过第二联轴器将直角减速机的输出轴与直线模组的丝杆相连，通过升降组件带动感应线圈组件实现升降运动。

进一步的，所述感应线圈组件包括感应线圈、两块线圈支撑板和连接板；

所述感应线圈固定放置于两块线圈支撑板之间，两块线圈支撑板与连接板固定连接；

所述连接板可拆卸式固定于线圈连接板上。

进一步的，所述离合减速机通过支架固定。

本发明还提供一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构的使用方法，包括：

感应线圈高速升降：将离合减速机通电，离合减速机将以1:1减速比输出，在伺服电机驱动下，感应线圈组件将以较高的速度进行升降；可以满足快速移动到指定高度的使用需求。

感应线圈低速升降:将离合减速机不通电，离合减速机将以1:200减速比输出，在伺服电机驱动下，感应线圈组件将以极低的速度进行升降；可满足长晶过程中感应线圈低速升降的使用需求。

升降速度的调节：在高速升降和低速升降过程中，通过控制伺服电机的转速，实现升降速度的实时调节。

本发明的有益效果是：提供了一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构及其使用方法，实现了由一台伺服电机、一套传动系统进行驱动，通过控制离合减速机的切换来实现高低速的实时切换，结构简单，安装方便，结构紧凑，占用空间小，控制更加简洁，且成本更低。

附图说明

图1为一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构示意图；

图2为感应线圈组件示意图；

图3为升降组件示意图。

图中：1为感应线圈组件，2为升降组件，3为感应线圈，4为线圈支撑板，5为连接板，6为伺服电机，7为行星减速机，8为离合减速机，9为第一联轴器，10为直角减速机，11为第二联轴器，12为线圈连接板，13为直线模组，14为安装板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

一种碳化硅长晶炉感应线圈升降机构，如图1所示，包括1感应线圈组件和2升降组件。1感应线圈组件对感应线圈进行绝缘安装，并固定到2升降组件上。2升降组件则带动1感应线圈组件实现升降运动。

1感应线圈组件，如图2所示，主要由3感应线圈、4线圈支撑板、5连接板等组成。

2升降组件，如图3所示，主要由6伺服电机、7行星减速机、8离合减速机、9第一联轴器、10直角减速机、11第二联轴器、12线圈连接板、13直线模组、14安装板等组成。其中，8离合减速机为内置电磁离合器的一体化行星减速机，具备两档变速输出，如1:1和1:200等。当离合器和制动器处于OFF状态(不通电)，8离合减速机以1:200减速比输出，因此长期工作没有发热，装置的可靠性非常高。

该发明实现了由一台伺服电机、一套传动系统进行驱动，通过控制离合减速机的切换来实现高低速的实时切换，结构简单，安装方便，结构紧凑，占用空间小，控制更加简洁，且成本更低。

具体实施方法如下：

一、感应线圈升降机构的安装

1、将3感应线圈放置于两块4线圈支撑板之间，将3感应线圈固定，连接5连接板。确保3感应线圈与周边的零件绝缘。该组合体即为1感应线圈组件。

2、将12线圈连接板固定到13直线模组的滑块上，将13直线模组安装到14安装板上。13直线模组的下端安装有10直角减速机，10直角减速机输出轴通过11第一联轴器与13直线模组丝杆相连。将该组合体通过14安装板固定到机架上。14安装板的安装具有可调节结构，通过螺栓的顶与拉可以实现14安装板的位置和角度的微调。

3、将1感应线圈组件连接到12线圈连接板上，调节14安装板的位置和角度，直至3感应线圈与石墨坩埚同轴度满足要求为止。

4、依次将6伺服电机、7行星减速机、8离合减速机等相连接，并通过9第一联轴器，将8离合减速机的输出轴与10直角减速机的输入轴相连。将8离合减速机进行固定。

二、使用方法

1、感应线圈高速升降：将8离合减速机通电，8离合减速机将以1:1减速比输出，在6伺服电机驱动下，1感应线圈组件将以较高的速度进行升降。可以满足快速移动到指定高度的使用需求。

2、感应线圈低速升降:将8离合减速机不通电，8离合减速机将以1:200减速比输出，在6伺服电机驱动下，1感应线圈组件将以极低的速度进行升降。可满足长晶过程中感应线圈低速升降的使用需求。

3、升降速度的调节：在高速升降和低速升降过程中，通过控制6伺服电机的转速，实现升降速度的实时调节。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。