一种磷化铟单晶石英管自动化焊接装置的制作方法

1.本实用新型涉及半导体生产技术领域，尤其涉及一种磷化铟单晶石英管自动化焊接装置。


背景技术：

2.随着时代的进步，信息技术飞速发展，半导体材料磷化铟、砷化镓得到了快速的发展；目前砷化镓、磷化铟主要是通过垂直温度梯度凝固法(vgf)生长单晶，单晶生长过程中为了防止物料玷污，多晶料分解，特别是磷化铟生长需要在石英管内维持生长需要的高离解压，所以需要将物料放入氮化硼坩埚，然后将氮化硼坩埚放入一端开口，一端封闭的石英坩埚内，开口端再用一个半球形的石英封帽，将石英管抽真空后通过氢氧焰烧结石英封帽和石英管，使高纯石英软化后融合在一起，达到将物料完全真空封闭至石英坩埚内部的目的，然后将其装入单晶炉炉膛进行加热，融化后进行单晶生长。
3.目前单晶生长石英管的焊接是将多晶料、氧化硼、籽晶等由开口端装入氮化硼坩埚，另一端放入半圆形封帽至合适位置，然后将其水平放置在烘烤炉上，开口端连接真空机组，将管内抽真空，真空度达标后，由两个人在真空机组两个边，各取一把焊枪，初始时将焊枪火力调至一致，随后焊枪口放在石英管焊接位置的对立面，两只焊枪不断绕石英管焊接位置圆周上下移动，开始给石英管预热，到达预热效果后，随后两人同步逐渐加大焊枪阀门，促使火力缓慢逐步增大，两只焊枪不断快速在石英管周围做半圆运动，等到石英管软化后，由于内部处于真空状态，外部软化石英被大气压压至石英帽上，软化的石英管同石英帽融合为一体，等到整个圆周结束，石英管一周同石英管严实结合在一起，形成一个完整的焊道，直到将物料密封，到达真空密封物料的效果。
4.但是目前的工艺由于是人工焊接，对人员的操作要求非常高，且需要两人相互配合，需要极高的默契度来控制焊枪绕石英管的移动速度和焊枪火力的大小一致，即便是熟练的老员工，焊接也无法达到100％合格。因此，目前焊接方式和焊接装置主要有以下三个缺点：1、在焊接过程中无法保证各处石英管同时软化，焊接后焊道周围存在很大的应力，使得焊接过程中石英管出现崩口，或者放置一段时间后石英管焊道周围出现裂纹，有的甚至装入单晶炉后发生裂管，对设备及原料造成极大的损失。2、在焊接过程中需要人工手持焊枪，焊接温度大约在1200℃左右，热辐射至人体周围的温度也在100℃左右，即便穿戴耐高温劳保用品，人体受到的辐射温度也很高，所以长时间焊接对人体会造成不利的影响。3、由于焊接是水平进行的，水平放置时石英帽紧贴着石英管下边缘，与上边缘间距较大，焊接过程中容易在上部形成很深的焊道，下部可能没有凹陷的焊道。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种磷化铟单晶石英管自动化焊接装置，能够自动化的对石英管进行焊接，并提升石英管的焊接质量。
6.本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题：
7.一种磷化铟单晶石英管自动化焊接装置，包括机架、抽真空机组和焊枪，所述机架上固定安装有石英管支撑架，所述抽真空机组连通有石英管密封盖，所述机架上固定安装有主动转动机构和从动转动机构，所述主动转动机构和从动转动机构传动连接，所述主动转动机构电连接有控制器，所述焊枪的数量为大于1的多个，多个所述焊枪等间距的安装在从动转动机构上，每个焊枪的出口均指向同一中心。
8.进一步，所述主动传动机构包括伺服电机，所述伺服电机固定安装在机架上，所述伺服电机与控制器电连接，所述伺服电机的输出轴上固定安装有齿轮；所述从动转动机构包括滚动轴承，所述滚动轴承的内圈上设置有轮齿，所述轮齿与齿轮啮合，所述滚动轴承的外圈与机架固定连接，所述焊枪固定连接在滚动轴承的内圈上。如此，在使用时，控制器控制伺服电机旋转，伺服电机再通过齿轮带动滚动轴承的内圈旋转，进而带动焊枪旋转，焊枪旋转着自动的对石英管进行焊接，整个过程自动化操作，无需人员旋转焊枪。
9.进一步，所述焊枪的枪口上安装有测温热电偶，所述焊枪通过输气管连通有供气机构，所述输气管上连通安装有电磁阀，所述测温热电偶和电磁阀均控制器电连接。测温热电偶可以对焊枪的焊接温度进行测定，当温度过高或者过低时可以反馈到控制器，控制器控制电磁阀的开闭大小，从而实现对焊接温度的精确控制。
10.进一步，所述石英管密封盖的内壁上设置有氟橡胶密封圈。当石英管密封盖盖在石英管上后，氟橡胶密封圈垫设在之间，其密封效果更好。
11.进一步，所述焊枪的数量为四个，所述滚动轴承内圈轮齿长度为滚动轴承内圈总周长的四分之一。如此，当焊接时，可以利用伺服电机匀速的四分之一圆周运动，不断地往复焊接，保证焊接石英管圆周的均匀性，四把焊枪同时对石英管进行焊接，也可以提升焊接效率。
12.进一步，所述抽真空机组与石英管密封盖之间连通有软质的抽真空管。软质的抽真空管设置，可以对不同高度的石英管进行盖住密封。
13.进一步，所述石英管支撑架上设置有第一通孔和第二通孔，所述第二通孔位于第一通孔的下方，且第一通孔的直径大于第一通孔的直径。因为石英管的端部为漏斗形状，其中第一通孔和第二通孔的设置，可以使得石英管能够稳固的放置在石英管支撑架上。
14.进一步，所述机架上设置有支板，所述伺服电机竖直的固定安装在支板上。如此可与对伺服电机进行稳定的支撑，也便于伺服电机上齿轮与滚动轴承内圈上轮齿的啮合。
15.本实用新型的有益效果：
16.1、本实用新型通过伺服电机带动焊枪在石英管的周向上做往复的运动，焊枪对石英管焊接时，可以使得石英管焊接圆周受热的均匀性，从而使得各处石英管同时软化，焊接质量更好。
17.2、本实用新型通过控制器控制伺服电机自动往复旋转焊接，利用测温热电偶检测焊枪端部的温度，使得焊接时温度稳定，实现焊接的自动化。
18.3、本实用新型的石英管可以竖直放置在石英管支撑架上进行焊接，从而避免了抽真空和焊接时设备振动可能会造成物料掉出坩埚的问题，也避免了石英帽与石英管之间缝隙不均匀的问题，使得石英管应力分布均匀，减少了石英管裂管的几率。
附图说明
19.图1是本实用新型一种磷化铟单晶石英管自动化焊接装置的结构示意图；
20.图2为图1中滚动轴承处的截面图。
21.其中，机架1、抽真空泵2、焊枪3、石英管支撑架4、第一通孔5、第二通孔6、石英管密封盖7、氟橡胶密封圈8、抽真空管9、伺服电机10、输气管11、控制器12、齿轮13、滚动轴承14、轮齿15、测温热电偶16、供气罐17、电磁阀18、石英管19、石英帽20。
具体实施方式
22.以下将结合附图对本实用新型进行详细说明：
23.如图1～图2所示：一种磷化铟单晶石英管自动化焊接装置，包括机架1、抽真空泵2和四把焊枪3，机架1的底部上固定安装有石英管支撑架4，石英管支撑架4上设置有第一通孔5和第二通孔6，第二通孔6位于第一通孔5的下方，且第一通孔5的直径大于第一通孔5的直径。
24.抽真空泵2连通有石英管密封盖7，石英管密封盖7上设置有紧固用的螺母，石英管密封盖7的内壁上垫设有氟橡胶密封圈8，抽真空泵2与石英管密封盖7之间连通有软质的抽真空管9，机架1上固定安装有主动转动机构和从动转动机构，四个焊枪3等间距的安装在从动转动机构上，四个焊枪3均等距离的指向石英管19。
25.主动传动机构包括伺服电机10，机架1上设置有支板，伺服电机10竖直的固定安装在支板上，伺服电机10电连接有控制器12，伺服电机10的输出轴上固定安装有齿轮13；从动转动机构包括滚动轴承14，滚动轴承14的内圈上设置有轮齿15，轮齿15长度为滚动轴承14内圈总周长的四分之一，轮齿15与齿轮13啮合，滚动轴承14的外圈与机架1固定连接，焊枪3固定连接在滚动轴承14的内圈上。
26.焊枪3的枪口上安装有测温热电偶16，焊枪3通过输气管11连通有供气罐17，输气管上连通安装有电磁阀18，测温热电偶16和电磁阀18均与控制器12电连接。
27.本实用新型的使用方法如下：
28.焊接前，首先将多晶料、氧化硼、红磷等装入氮化硼坩埚内，然后氮化硼坩埚整体装入石英管19，上边放入石英帽20，然后放置在石英管支撑架4上的第一通孔5和第二通孔6内，使得石英管19竖直，石英管19的开口端朝上，然后在石英管19上盖上石英管密封盖7，螺母紧固后，开始抽真空。通过控制器12设定石英管19的焊接时间与温度，将焊接过程的预热、焊接、退火、温度设置在控制器12上，设置好后检查测温热电偶16与电磁阀18的连接状况，确认无误后准备焊接。
29.在预热阶段，控制器12控制开启伺服电机10，伺服电机10上的齿轮13通过与轮齿15的啮合，带动滚动轴承14做四分之一的圆周往复运动，进而带动焊枪3枪口绕石英管19做四分之一的圆周往复运动，使用外部的点火器对焊枪3的枪口进行点火，随着时间的增加，石英管19需要逐步升温，焊枪3火力逐步加大，待预热过程结束；在焊接阶段，保持焊枪3火力不变，经过一段时间后，石英管19开始发红，并由红开始变白，石英管19软化，由于石英管19内部为真空状态，外边是大气压强，石英管19软化后受到大气压的挤压，软化后就会向内凹陷，形成一个深度大约为1—2mm左右的焊道，形成焊道后持续一段时间的高温，使焊道热应力得到释放。在退火时，焊道完全封闭后，焊枪3火力随着时间逐步减小，石英管19温度缓
慢降低，石英管19应力逐步释放，降到一定温度后，将石英管19移开，放入保温室内进行保温十小时，冷却后检查石英管19无异常后整个焊接工艺完成。
30.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。