一种远程控制自动拉制区熔硅单晶的系统的制作方法

1.本实用新型属于区熔硅单晶领域，尤其是涉及一种远程控制自动拉制区熔硅单晶的系统。


背景技术：

2.硅是半导体材料,随着电力电子器件的发展,区熔硅单晶的市场需求越来越大。区熔硅单晶生长过程中以高频加热线圈作为热源，熔区悬浮于多晶料棒与硅单晶之间，故又名悬浮区熔法。经过将籽晶熔接、引晶、放肩、转肩、等径、收尾等步骤最终生产出区熔硅单晶。该方法可在保护气氛中进行，其与直拉法相比最大优势在于未与坩埚等器具接触，可制造高纯度硅单晶。随着半导体行业的高速发展，用于制造igbt等器件的大直径硅片在降低成本、提高生产率、增加单个硅片面积利用率等方面优势凸显。因此将大尺寸区熔硅单晶产业化是亟待解决的课题。
3.目前,国内几乎所有的区熔硅单晶引晶及初期扩肩过程均为人工操作的方式完成,操作人员根据当前多晶料、籽晶形态完成引晶及初期扩肩过程。这种方法因功率与上下速配合不好而存在两个方面的缺点，其一易流熔，其二断棱/断苞。收尾则是程序控制与人工操作相配合，通过操作人员的经验来判断收尾过程的快慢,观察单晶直径及腰部粗细，进而给定合适的上下速及功率,此过程同样依赖操作人员的个人技能否则易发生收尾断、收尾裂等问题，产生损失。人工操作的方式人力成本高,引晶、初期放肩、收尾成功率低同样降低生产效率，增加了原料成本。因此,远程控制自动拉晶对实现区熔硅单晶大规模产业化具有重要意义。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种远程控制自动拉制区熔硅单晶的系统，以解决现有硅单晶生产过程中自动化程度低，需要工作人员配合，生产效率低的问题，不利于大规模产业化生产。
5.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种远程控制自动拉制区熔硅单晶的系统，配合一台及以上的自带plc 控制器的区熔炉，包括远端控制工作站、单炉工控机、设置在区熔炉中炉室侧面的信号窗口、每个信号窗口外侧对应设置有多台相机；
7.每个区熔炉对应设置一台单炉工控机，每台区熔炉信号窗口外侧对应的多台相机的信号输出端均与对应的单炉工控机信号接收端连接；相机的信号输出端还与远端控制工作站连接；所述远端控制工作站、单炉工控机均与plc 控制器连接进行双向通讯。
8.进一步的，每个信号窗口外侧对应设置有三台相机，三台相机分别以俯视、平行、仰视的角度对准区熔炉内多晶料、液态硅、单晶硅；
9.三台相机配合拍摄区域覆盖多晶料从多晶高温区向单晶高温区转化的区域，用于收集包括多晶料直径、多晶料化料面、腰部、熔体表面、三相点处熔体角度、单晶直径的图像
信息。
10.进一步的，所述相机为高像素ccd相机。
11.进一步的，每台相机均对应设置有一个相机调节架，所述相机调节架包括底座，与底座横向滑动连接的滑块，垂直固设于滑块上表面的竖杆，所述竖杆临近上端设置高度调节块，所述高度调节块远离竖杆的一端设置高度精调组件，所述高度精调组件远离竖杆的一侧横向设置圆杆，所述圆杆上转动连接有角度精调组件，所述角度精调组件与相机固接。
12.进一步的，所述底座上侧设置长方槽，所滑块设置于长方槽内侧，所述长方槽长度方向中部设置有螺杆，所述螺杆两侧均平行设置有导杆，所述滑块对应螺杆设置螺纹孔，所述滑块对应导杆设置导滑孔，所述螺杆两端对应长方槽两端侧壁固设圆柱杆，所述圆柱杆与对应的长方槽侧壁转动连接，所述导杆两端也均与长方槽两端侧壁转动连接。
13.进一步的，所述高度调节块对应竖杆设置竖向圆孔，所述竖向圆孔直径与竖杆外径对应设置，所述高度调节块垂直于竖向圆孔轴线设置螺纹孔，所述高度调节块对应螺纹孔设置螺栓，所述螺栓的螺纹一端与竖杆侧壁抵接。
14.进一步的，所述高度精调组件包括竖板，所述竖板靠近高度调节块一侧固设齿条，所述高度调节块对应齿条设置让空槽；
15.所述高度调节块内侧设置于齿条啮合连接的齿轮一，所述齿轮一两侧沿齿轮一轴线固设转轴，所述高度调节块对应转轴设置u槽，所述u槽开口朝向竖板一侧，所述u槽底部为半圆弧，所述半圆弧直径与转轴直径对应，
16.所述齿轮一侧转轴伸出临近的u槽后固接调距旋钮，另一侧转轴伸出临近的u槽后设置外螺纹二并连接锁紧旋钮，所述锁紧旋钮对应外螺纹二设置内螺纹，所述锁紧旋钮限制齿轮一转动时，锁紧旋钮临近高度调节块一端与高度调节块外侧壁压紧贴合；
17.所述竖板两侧对称设置条形槽，所述高度调节块的让空槽内侧壁对应条形槽设置条形块，所述条形槽与条形块竖向滑动连接。
18.进一步的，所述圆杆固设于竖板远离齿条的一侧，所述角度精调组件包括转动板，所述转动板一侧对应圆杆设置等径的通孔一，转动板与圆杆转动连接；
19.转动板平行于通孔一设置有通孔二，所述通孔二内侧设置转动杆，所述转动杆直径与通孔二直径对应，所述转动杆与通孔二转动连接；
20.所述圆杆临近转动板一侧固设齿轮二，所述圆杆远离竖板一端伸出通孔一的一端设置外螺纹一，所述圆杆对应外螺纹一可拆卸连接螺母，所述转动杆对应齿轮二设置齿轮三，齿轮二与齿轮三啮合连接，所述齿轮三通过轴承与转动杆转动连接；
21.所述齿轮三侧面垂直设置限位孔，所述限位孔以齿轮三转轴为轴线周圈等距设置有多个，所述转动板临近齿轮三一侧对应限位孔设置一个插销圆槽，所述齿轮三通过插销依次插接限位孔和插销圆槽进行限位。
22.相对于现有技术，本实用新型所述的一种远程控制自动拉制区熔硅单晶的系统具有以下有益效果：
23.(1)本实用新型所述的远端控制工作台实现远程观察控制多台区熔炉内生产情况，也可就单炉工控机对某一个区熔炉进行观察控制，灵活性强，且远程控制减少工作人员，降低生产成本。
24.(2)本实用新型所述的三个相机通过俯视、平视、仰视三个角度将熔区完全展现，
不再通过人抬头或低头去判断熔区中心情况，生产效率大大提高，且相机采用高像素ccd相机，减少工作人员判断误差，提高生产质量，且相机通过安装支架，实现高度、角度的灵活调节。
附图说明
25.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
26.图1为本实用新型实施例所述的一种远程控制自动拉制区熔硅单晶的系统示意图；
27.图2为本实用新型实施例所述的相机调节架整体结构示意图；
28.图3为本实用新型实施例所述的高度精调组件与角度精调组件配合结构示意图；
29.图4为本实用新型实施例所述的转动板结构示意图；
30.图5为本实用新型实施例所述的齿轮一与高度调节块配合结构示意图。
31.附图标记说明：
32.1-远端控制工作站；2-信号窗口；3-相机；4-单炉工控机；5-底座；51
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滑块；52-竖杆；53-长方槽；54-螺杆；55-导杆；6-高度调节块；61-限位螺栓；62-让空槽；63-u槽；64-条形块；7-高度精调组件；71-竖板；72
‑ꢀ
齿条；73-齿轮一；74-调距旋钮；75-锁紧旋钮；76-条形槽；8-角度精调组件；81-圆杆；82-转动板；821-通孔一；822-通孔二；823-插销圆槽；83
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转动杆；84-齿轮二；85-螺母；86-齿轮三；861-限位孔；87-插销；9-plc 控制器。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
36.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
37.如图1所示，一种远程控制自动拉制区熔硅单晶的系统，配合一台及以上的自带
plc控制器的区熔炉安装设置，包括远端控制工作站1、设置在区熔炉中炉室侧面的信号窗口2、每个信号窗口2外侧对应设置有多台相机3；
38.每个区熔炉对应设置一台单炉工控机4，每台区熔炉信号窗口2外侧对应的多台相机3的信号输出端均与对应的单炉工控机4信号接收端连接；相机3的信号输出端还与远端控制工作站1连接；所述远端控制工作站1、单炉工控4均与plc控制器9连接进行双向通讯。
39.远端控制工作站1实现远程观察并控制多台区熔炉内生产情况，也可就单炉工控机4对某一个区熔炉进行观察并控制。
40.相机采集到的信号、plc控制器对区熔炉内的多晶料、单晶硅棒、电参数执行程序后反馈的信号均可发送给单炉工控机及远端控制工作站，同时单炉工控机及远端控制工作站均可控制区熔炉的plc控制器对多晶料、单晶硅棒、电参数执行需要的程序。
41.例如plc控制器控制区熔炉上轴下降5mm，区熔炉接信号，并且上轴电机带动上轴下降5mm后，plc控制器将上轴下降了5mm后所处位置反馈给单炉工控机及远端控制工作站。
42.如图1所示，每个信号窗口2外侧对应设置有三台相机3，三台相机3 分别以俯视、平行、仰视的角度对准区熔炉内多晶料；
43.三台相机3配合拍摄区域覆盖多晶料从多晶高温区向单晶高温区转化的区域，用于收集包括多晶料直径、多晶料化料面、腰部、熔体表面、三相点处熔体角度、单晶直径的图像信息。
44.三个相机3，通过俯视、平视、仰视三个角度将熔区完全展现，没有三个相机3时，只能人抬头或低头去判断中心情况，所以无法实现一人控制多炉台，生产效率低。
45.所述相机3为高像素ccd相机。
46.高像素ccd相机3可选择basler品牌的aca1600-20gm。
47.通过ccd相机3照射熔区捕捉像素，根据光的强度产生相应的电荷，再将该电荷的大小读取为电信号,远端控制工作站1计算机即可计算出多晶直径、腰部直径、单晶直径、单晶生长角度以及多晶温度、腰部温度、熔体温度、单晶温度的变化情况。
48.当装炉完毕，封炉后远端控制工作站1与单炉工控机4均可根据ccd相机3收集的信号控制区熔炉自带的plc控制器发起操作，包括抽空、充气、拉细径、扩肩、转肩、等径、收尾、降温，更加精准控制加热功率、上轴多晶料速度以及下轴单晶速度；
49.例如，区熔炉上的plc控制器实现区熔单晶拉制过程自动化的控制方法：击相应的界面进行确认也可手动干预，增减功率、增减多晶或单晶速度、调整线圈位置等。
50.判断某一炉台功率、单晶角度、单晶生长曲线、中心粗度等信息是否超过预设的范围值，若超过相应的范围值则报警；触发pid程序校正，操作人员点单炉工控机4为每台区熔炉配备一个，而远端控制工作站1可连接多台区熔炉；单炉工控机4与远端控制工作站1均可控制区熔炉上的plc控制器，所述区熔炉上的plc控制器为现有技术；
51.通过远端控制工作台实现远程观察控制多台区熔炉内生产情况，也可就单炉工控机4对某一个区熔炉进行观察控制，灵活性强，且远程控制减少工作人员，降低生产成本。
52.如图2-图5所示，每台相机3均对应设置有一个相机调节架，所述相机调节架包括底座5，与底座5横向滑动连接的滑块51，垂直固设于滑块51 上表面的竖杆52，所述竖杆52临近上端设置高度调节块6，所述高度调节块6远离竖杆52的一端设置高度精调组件7，所述高度精调组件7远离竖杆 52的一侧横向设置圆杆81，所述圆杆81上转动连接有角度精调组
件8，所述角度精调组件8与相机3固接。
53.如图2所示，所述底座5上侧设置长方槽53，所滑块51设置于长方槽 53内侧，所述长方槽53长度方向中部设置有螺杆54，所述螺杆54两侧均平行设置有导杆55，所述滑块51对应螺杆54设置螺纹孔，所述滑块51对应导杆55设置导滑孔，所述螺杆54两端对应长方槽53两端侧壁固设柱杆，所述柱杆通过轴承与对应的长方槽53侧壁转动连接，所述导杆55两端也均与长方槽53两端侧壁转动连接。
54.如图2、图3所示，所述高度调节块6对应竖杆52设置竖向圆孔，所述竖向圆孔直径与竖杆52外径对应设置，所述高度调节块6垂直于竖向圆孔轴线设置螺纹孔，所述高度调节块6对应螺纹孔设置限位螺栓61，所述限位螺栓61的螺纹一端与竖杆52侧壁抵接。
55.将高度调节块6调节到竖向合适的位置后，所述限位螺栓61与螺纹孔拧接并抵接在竖杆52外侧，限制高度调节块6的上下移动，实现相机3高度方向的粗调节。
56.如图2-图5所示，所述高度精调组件7包括竖板71，所述竖板71靠近高度调节块6一侧固设齿条72，所述高度调节块6对应齿条72设置让空槽 62；
57.所述高度调节块6内侧设置与齿条72啮合连接的齿轮一73，所述齿轮一73两侧均对应齿轮一73轴线固设转轴，所述高度调节块6对应转轴设置 u槽63，所述u槽63开口朝向竖板71一侧，所述u槽63底部为半圆弧，所述半圆弧直径与转轴直径对应，
58.所述齿轮一73一侧转轴伸出临近的u槽63后固接调距旋钮74，另一侧转轴伸出临近的u槽63后设置外螺纹二并连接锁紧旋钮75，所述锁紧旋钮 75对应外螺纹二设置内螺纹，所述锁紧旋钮75限制齿轮一73转动时，锁紧旋钮75临近高度调节块6一端与高度调节块6外侧壁压紧贴合；
59.所述竖板71两侧对称设置条形槽76，所述高度调节块6的让空槽62 内侧壁对应条形槽76设置条形块64，所述条形槽76与条形块64竖向滑动连接。
60.转动齿轮一73转动即可转动齿条72，从而齿条72带动竖板71竖向移动，确定合适的高度位置后，握持调距旋钮74不转动，转动锁紧旋钮75，将锁紧旋钮75转动压紧到高度调节块6外侧壁，进而限制齿轮一73转动，从而实现相机高度位置的精调节。
61.如图2-图5所示，所述圆杆81固设于竖板71远离齿条72的一侧，所述角度精调组件8包括转动板82，所述转动板82一侧对应圆杆81设置等径的通孔一821，转动板82与圆杆81转动连接；
62.转动板82平行于通孔一821设置有通孔二822，所述通孔二822内侧设置转动杆83，所述转动杆83直径与通孔二822直径对应，所述转动杆83 与通孔二822转动连接；
63.所述圆杆81临近转动板82一侧固设齿轮二84，所述圆杆81远离竖板 71一端伸出通孔一821的一端设置外螺纹一，所述圆杆81对应外螺纹一可拆卸连接螺母85，所述转动杆83对应齿轮二84设置齿轮三86，齿轮二84 与齿轮三86啮合连接，所述齿轮三86通过轴承与转动杆83转动连接；
64.所述转动杆83临近安装齿轮三86一端的侧壁上固设圆环台，所述圆环台外径大于转动杆83外径，所述圆环台远离齿轮三86的一端与转动板82 侧壁贴合，所述转动杆83与通孔二822可以通过轴承转动连接。
65.所述齿轮三86侧面垂直设置限位孔861，所述限位孔861以齿轮三86 转轴为轴线周圈等距设置有多个，所述转动板82临近齿轮三86一侧对应限位孔861设置插销圆槽823，
所述齿轮三86通过插销87依次插接限位孔861 和插销圆槽823进行限位。
66.所述齿轮三86通过插销87依次插接限位孔861和插销圆槽823进行限位，齿轮三86与转动板82保持静止，齿轮二84固定在圆杆81上，圆杆81 固定于竖板71上，齿轮三86与齿轮二84只啮合不转动，因此转动板82通过插销87转动到一定角度后保持角度，从而使相机3角度拍摄角度保持稳定。
67.上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。