一种单晶半导体材料加工设备及使用方法与流程

本发明涉及单晶半导体材料加工设备技术领域，具体为一种单晶半导体材料加工设备及使用方法。

背景技术：

自然界的物质、材料按导电能力大小可分为导体、半导体和绝缘体三大类，其中，半导体材料是一类导电能力介于导体与绝缘体之间，电阻率约在1mω·cm～1gω·cm范围内，可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，半导体的基本化学特征在于原子间存在饱和的共价键，作为共价键的电性是在晶格结构上表现为四面体结构，所以电性的半导体材料具有金刚石或闪锌矿的结构，而由于地球的矿长多半是化合物，所以化合物成为最早里用到的半导体材料，伴随着人们的探索与钻研，半导体材料的开发与使用得到了迅速发展，在现有技术中，元素半导体硅已经成为市场主流，元素半导体硅中尤为重要的一种便是单晶硅。

单晶硅是硅的单晶体，具有完整的点阵结构，是一种良好的半导体材料，单晶硅具有金刚石晶格，晶体脆而硬，具有金属光泽，是制造半导体硅器件的原料，单晶硅片的生产主要制作流程有切片、倒角、磨片等，其中磨片可以去除切片过程中所产生的切痕和表面损伤，同时获得厚度一致的硅片，因此成为硅片加工过程中较为重要的一环，在磨片做工前，需要将厚度相对均匀的硅片进行分类，以防止磨片中厚度不均匀造成碎片的问题，现有技术中，厚度分类通常经过人工分选，但是由于硅片厚度本身较薄，人眼分选容易产生误差，碎片率高，容易产生造成经济损失，造成资源浪费。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种单晶半导体材料加工设备及使用方法，具备均匀分选有点，解决了现有厚度加工分选过程中由于人眼分选产生的碎片率高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单晶半导体材料加工设备及使用方法，包括架体，所述架体下部一侧安装有一控制箱；所述架体的上端安装有传送带，在传送带的表面放置有送料盒；所述传送带的内围安装有传动装置，一端传动装置的外围通过一传动链条与第一电机的输出轴端形成传动连接，其中第一电机的外壳通过螺柱固定在架体的下部另一侧；所述第一电机的上方传送带的下方架体的一侧端对称螺接有安装结构，在两安装结构的表面分别通过螺纹贯通安装有调节柱，一显示屏固定安装在一调节柱的顶端；所述架体的后方固定安装有一分配区架体，且分配区架体的上端安装有第二传送带，在第二传送带的上方一侧对称安装有第一传感器，该第二传送带通过第二电机进行传动；所述分配区架体的后方固定安装有三个投放区架体，在每个投放区架体的表面分别安装有第三传送带，一传感器安装在一第三传送带的上方，每一个第三传送带均与一电机形成传动连接，该电机分别安装在投放区架体下部一侧端；所述送料盒的内围中间位置粘结有柔性卡料槽，在柔性卡料槽的两侧外壁分别粘附有缓冲棉，在缓冲棉的外壁侧送料盒的内壁侧贴合粘附有柔性棉；所述两调节柱外围分别贯穿在一安装板的两端开孔内部，在安装板的下表面螺柱安装有一固定板，在固定板的两端垂直安装有厚度检测器，在厚度检测器的底端内部安装有检测探头；

所述分配区架体的下部一侧安装有伺服电机；所述分配区架体的上表面螺钉固定有丝杆直线导轨，该丝杆直线导轨与伺服电机的输出端形成驱动电性连接，该丝杆直线导轨的两端外壁侧分别安装有限位开关；所述丝杆直线导轨直线导轨的表面槽嵌滑块，在滑块的上表面平行安装有安装台，且安装台的四边角位置分别垂直安装有支撑腿；所述控制箱的内部设置有plc，在plc的输入端分别通过导线连接有开关，限位开关，厚度检测器，第一传感器，传感器，位移传感器和触摸输入端，且plc的电源端口通过稳压模块连接外部控制电源，该plc的输出端分别通过驱动模块一，驱动模块二，驱动模块三，驱动模块与显示模块与第一电机，第二电机，电机，伺服电机和显示屏形成电性连接。

所述送料盒采用矩形pvc，且送料盒的长度可供送料盒在每两段传送带之间进行连续移动；所述柔性卡料槽采用矩形热塑性弹性塑料，且柔性卡料槽的两端外壁与送料盒的两端内壁中间位置紧密贴合，该柔性卡料槽的槽体长度和宽度分别等于单晶半导体竖直状态下的宽度和厚度，其中柔性卡料槽的槽体深度等于单晶半导体竖直状态下长度的三分之一；所述缓冲棉采用高回弹海绵；所述柔性棉采用高密度海绵。

所述传送带后端与第二传送带前端的直线距离为1-2cm；所述第三传送带的数量为三个，且中间位置的第三传送带为滑块起始位置正后方1-2cm处，最右侧第三传送带最右侧壁位于滑块右端极限位置正后方1-2cm处，最左侧第三传送带的最左侧壁位于滑块左端极限位置正后方1-2cm处。

所述丝杆直线导轨的表面安装有omgea位移传感器；所述丝杆直线导轨通过60ss伺服电机进行位移控制，丝杆直线导轨的默认起始位置为丝杆导轨的中间位置，丝杆直线导轨的左右端极限位置分别为中心向左4cm-5cm和中心向右4cm-5cm处，且丝杆直线导轨的左右端极限位置外侧分别安装有ftg20限位开关。

所述厚度检测器采用um30超声系列非接触式厚度检测器；所述检测探头分别为发射头与接收头，该检测探头为穿透对应安装。

所述第二传送带安装在安装台表面的支撑腿上端，第二传送带的传送方向与传送带和第三传送带的方向一致，且第二传送带的上表面水平线与传送带和第三传送带的上表面水平线保持持平；所述传送带，第二传送带和第三传送带分别通过第一电机，第二电机和电机进行驱动，且电机驱动方法一致，该第一单机，第二电机和电机均选用ye3型号电机。

所述驱动模块一，驱动模块二，驱动模块三和驱动模块均选用l298n型号驱动模块；所述plc选用西门子s7-200plc；所述开关采用按钮开关；所述显示屏采用西门子mp触摸屏，该显示屏与plc建立可编程通讯；所述前端第一传感器选用光电开关，后端第一传感器与传感器均采用e2e接近传感器。

一种钛合金增材智能制造装置，分选做工如下：

a)通过编程设定厚度值范围，范围分为三个等级：范围内，大于范围最大值和小于范围最小值，厚度值范围可通过显示屏端口编程进行范围更改；设定范围内触发条件x0，对应滑块默认起始位置s20；大于范围最大值触发条件x1,触发滑块左行(y1)至最左端位置s21；小于范围最小值触发条件x2，触发滑块右行(y2)至最右端位置s22；设定第二传送带表面安装的两个传感器由前至后分别为z1和z2，z1和z2之间间距大于送料盒长度；编程设定x1与x2条件下，送料盒尾部经过z1处，plc控制第二电机断电，第二传送带停止做工，滑块开始y1向移动或y2向移动，位移感应器感应滑块移动至s21或s22处停止，plc接收位移传感器信号反馈，plc通过z2控制第二电机导通，第二传送带开始工作，工作完成后由plc驱动伺服电机控制滑块在s21位置或s22位置复位至s20位置；设定x0条件下，送料盒经过z1尾部后，第二电机由plc控制停止供电，第二传送带停止做工，位移感应器感应滑块位于s20处，z2控制第二电机导通，第二传送带开始工作。

b)将装置接通外部电源，将倒角过后的单晶半导体材料放置在送料盒内部的柔性卡料槽内部，柔性卡料槽对单晶半导体材料进行位置固定，将送料盒依次间距放置在传送带的表面，按下开关，最前端的送料盒在传送带的传送下产生传送移动，对单晶半导体材料实现传送；

c)由步骤b传送的单晶半导体材料继续前进，经过厚度检测器，厚度检测器的发射头发射超声波，接收头接收超声波，在单晶半导体材料从发射头和接收头之间经过时，超声波由发射头射出，经单晶半导体材料穿透之后产生衰减，而后到达接收头端，厚度检测器根据衰减情况对厚度实现检测得出单晶半导体材料的厚度值；

d)由步骤c得出的厚度值实时反馈至plc,plc内部对比条件设定产生指定条件触发：

1、若厚度值处于范围内，前端第一感应器感应由第一传送带传送来的单晶半导体，单晶半导体后端经过第一感应器后，第二传送带停顿，位移感应器感应滑块位置，位移感应器将位置信号反馈至plc，确认滑块位于默认起始位置，后端第一感应器控制第二电机驱动第二传送带开始直线传送，中间位置第三传送带前端的感应器感应物体接近，驱动中间位置第三传送带开始传送，将范围内单晶半导体材料进行传送。

2、若厚度值大于范围最大值，前端第一感应器感应由第一传送带传送来的单晶半导体，单晶半导体后端经过第一感应器后，第二传送带停顿，伺服电机驱动丝杆导轨向左位移，滑块左移，最左端限位开关感应滑块位置，切断伺服电机供电，滑块停止，位移感应器感应传输位置信号至plc，plc控制后端第一感应器通电，后端第一感应器控制第二电机通电驱动第二传送带开始传送，左侧第三传送带前端的感应器感应物体接近，将大于范围最大值的单晶半导体材料传送至左侧第三传送带。

3、若厚度值小于范围最小值，前端第一感应器感应由第一传送带传送来的单晶半导体，第二传送带开始工作，单晶半导体后端经过第一感应器后，第二传送带停止运动，伺服电机驱动丝杆导轨向右位移，滑块右移，最右端限位开关感应滑块位置，切断伺服电机供电，滑块停止，位移感应器感应位置信号并反馈至plc，plc通过后端第一感应器控制第二电机导通，第二传送带开始传送，右侧第三传送带前端的感应器感应物体接近，将小于范围最小值的单晶半导体材料传送至右侧第三传送带。

e)由步骤d得出的单晶半导体材料分选完成，经过工作人员将不同传送带表面的单晶半导体从送料盒内部去除，进行汇总整理，即可将范围内单晶半导体材料进行后续磨片做工。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明单晶半导体材料加工设备的设置，弱化人力分配，引入智能化控制检测，形成稳定的厚度检测结构，通过超声波穿透产生衰弱，衰弱值通过智能放大计算换算为厚度值，搭配plc触发条件，产生稳定的分选做工，分选更精细，为后续做工奠定基础，整体降低碎片率，增加成品率，提高工作效率，避免资源浪费。

2、本发明半导体材料加工方法，通过智能检测确定厚度值，避免现有人眼分类无法保证误差范围，在分选磨片做工中容易产生碎片，产生经济损失的问题，使用此方法人力投入少，工作效率高，相较于现有分选方法具有明显优势，更适合现有公司内部大批量生产。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明a部放大结构示意图；

图3为本发明送料盒结构示意图；

图4为本发明调节柱结构示意图；

图5为本发明俯视结构示意图；

图6为本发明电路连接结构示意图；

图7为本发明plc条件触发梯形图。

图中：1-架体，2-控制箱，21-开关，22-plc，23-驱动模块一，24-驱动模块二，25-驱动模块三，26-驱动模块，27-显示模块，3-传送带，4-传送装置，5-第一电机，6-送料盒，61-柔性棉，62-缓冲绵，63-柔性卡料槽，7-调节柱，71-安装板，72-固定板，73-厚度检测器，74-检测探头，8-显示屏，9-分配区架体，91-支撑腿，92-丝杆直线导轨，93-滑块，94-限位开关，95-安装台，10-第二传送带，11-第二电机，12-投放区架体，13-电机，14-第三传送带，15-传感器，16-第一传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图，所述架体1下部一侧安装有一控制箱2；所述架体1的上端安装有传送带3，在传送带3的表面放置有送料盒6；所述传送带3的内围安装有传动装置4，一端传动装置4的外围通过一传动链条与第一电机5的输出轴端形成传动连接，其中第一电机5的外壳通过螺柱固定在架体1的下部另一侧；所述第一电机5的上方传送带3的下方架体1的一侧端对称螺接有安装结构，在两安装结构的表面分别通过螺纹贯通安装有调节柱7，一显示屏8固定安装在一调节柱7的顶端；所述架体1的后方固定安装有一分配区架体9，且分配区架体9的上端安装有第二传送带10，在第二传送带10的上方一侧对称安装有第一传感器16，该第二传送带10通过第二电机11进行传动；所述分配区架体9的后方固定安装有三个投放区架体12，在每个投放区架体12的表面分别安装有第三传送带14，一传感器15安装在一第三传送带14的上方，每一个第三传送带14均与一电机13形成传动连接，该电机分别安装在投放区架体12下部一侧端；所述送料盒6的内围中间位置粘结有柔性卡料槽63，在柔性卡料槽63的两侧外壁分别粘附有缓冲棉62，在缓冲棉62的外壁侧送料盒6的内壁侧贴合粘附有柔性棉61；所述两调节柱7外围分别贯穿在一安装板71的两端开孔内部，在安装板71的下表面螺柱安装有一固定板72，在固定板的两端垂直安装有厚度检测器73，在厚度检测器73的底端内部安装有检测探头74；所述分配区架体9的下部一侧安装有伺服电机；所述分配区架体9的上表面螺钉固定有丝杆直线导轨92，该丝杆直线导轨92与伺服电机的输出端形成驱动电性连接，该丝杆直线导轨92的两端外壁侧分别安装有限位开关94；所述丝杆直线导轨92的表面槽嵌滑块93，在滑块93的上表面平行安装有安装台95，且安装台95的四边角位置分别垂直安装有支撑腿91；所述控制箱2的内部设置有plc22，在plc22的输入端分别通过导线连接有开关21，限位开关94，厚度检测器73，第一传感器16，15传感器，位移传感器和触摸输入端，且plc22的电源端口通过稳压模块连接外部控制电源，该plc22的输出端分别通过驱动模块一23，驱动模块二24，驱动模块三25，驱动模块二6，显示模块27与第一电机5，第二电机11，电机13，伺服电机和显示屏8形成电性连接。

所述送料盒6采用矩形pvc，且送料盒6的长度可供送料盒6在每两段传送带之间进行连续移动；所述柔性卡料槽63采用矩形热塑性弹性塑料，且柔性卡料槽63的两端外壁与送料盒6的两端内壁中间位置紧密贴合，该柔性卡料槽63的槽体长度和宽度分别等于单晶半导体竖直状态下的宽度和厚度，其中柔性卡料槽63的槽体深度等于单晶半导体竖直状态下长度的三分之一；所述缓冲棉62采用高回弹海绵；所述柔性棉61用高密度海绵，保证晶片状态下的防护性，实现软性防护，避免移动过程中产生的硬性接触对晶片产生损伤。

所述传送带3后端与第二传送带10前端的直线距离为1-2cm；所述第三传送带14的数量为三个，且中间位置的第三传送带14为滑块起始位置正后方1-2cm处，最右侧第三传送带14最右侧壁位于滑块右端极限位置正后方1-2cm处，最左侧第三传送带14的最左侧壁位于滑块左端极限位置正后方1-2cm处，保证装置的分类对应性，提高精准分类，优化分类效率。

所述丝杆直线导轨92的表面安装有omgea位移传感器；所述丝杆直线导轨92通过60ss伺服电机进行位移控制，丝杆直线导轨92的默认起始位置为丝杆导轨的中间位置，丝杆直线导轨92的左右端极限位置分别为中心向左4cm-5cm和中心向右4cm-5cm处，且丝杆直线导轨92的左右端极限位置外侧分别安装有ftg20限位开关，提高装置的分类运作体验，确保装置精准位移，通过位移感应器消除位移偏差，实现重复精准做工。

所述厚度检测器73采用um30超声系列非接触式厚度检测器；所述检测探头74分别为发射头与接收头，该检测探头为穿透对应安装，通过智能穿透实现超声波厚度检测，提高厚度值精准度，降低误差范围。

所述第二传送带10安装在安装台95表面的支撑腿91上端，第二传送带10的传送方向与传送带和第三传送带14的方向一致，且第二传送带10的上表面水平线与传送带和第三传送带14的上表面水平线保持持平；所述传送带，第二传送带10和第三传送带14分别通过第一电机，第二电机11和电机进行驱动，且电机驱动方法一致，该第一单机，第二电机11和电机均选用ye3型号电机，保证装置的传动效率，实现稳定的传送效果。

所述驱动模块一23，驱动模块二24，驱动模块三25和驱动模块二6均选用l298n型号驱动模块；所述plc22选用西门子s7-200plc22；所述开关21采用按钮开关；所述显示屏8采用西门子mp触摸屏，该显示屏8与plc22建立可编程通讯；所述前端第一传感器16选用光电开关，后端第一传感器16与传感器15均采用e2e接近传感器，保证装置的使用体验，优化做工效率。

8.根据权利要求1-7所述的一种单晶半导体材料加工设备及使用方法，分选方法如下：

a)通过编程设定厚度值范围，范围分为三个等级：范围内，大于范围最大值和小于范围最小值，厚度值范围可通过显示屏端口编程进行范围更改；设定范围内触发条件x0，对应滑块93默认起始位置s20；大于范围最大值触发条件x1,触发滑块93左行(y1)至最左端位置s21；小于范围最小值触发条件x2，触发滑块93右行(y2)至最右端位置s22；设定第二传送带10表面安装的两个传感器由前至后分别为z1和z2，z1和z2之间间距大于送料盒长度；编程设定x1与x2条件下，送料盒6尾部经过z1处，plc22控制第二电机11断电，第二传送带10停止做工，滑块93开始y1向移动或y2向移动，位移感应器感应滑块93移动至s21或s22处停止，plc22接收位移传感器信号反馈，pl22c通过z2控制第二电机11导通，第二传送带10开始工作，工作完成后由plc22驱动伺服电机控制滑块在s21位置或s22位置复位至s20位置；设定x0条件下，送料盒6经过z1尾部后，第二电机11由plc22控制停止供电，第二传送带10停止做工，位移感应器感应滑块93位于s20处，z2控制第二电机11导通，第二传送带10开始工作，保证在智能控制的条件下，本申请内部结构做工能够产生顺序分选，提高装置的整体顺畅做工性能。

b)将装置接通外部电源，将倒角过后的单晶半导体材料放置在送料盒6内部的柔性卡料槽63内部，柔性卡料槽63对单晶半导体材料进行位置固定，将送料盒6依次间距放置在传送带3的表面，按下开关21，最前端的送料盒6在传送带3的传送下产生传送移动，对单晶半导体材料实现传送，对单晶半导体产生柔性卡扣，为后续厚度检测奠定基础；

c)由步骤b传送的单晶半导体材料继续前进，经过厚度检测器73，73厚度检测器的发射头发射超声波，接收头接收超声波，在单晶半导体材料从发射头和接收头之间经过时，超声波由发射头射出，经单晶半导体材料穿透之后产生衰减，而后到达接收头端，厚度检测器根据衰减情况对厚度实现检测得出单晶半导体材料的厚度值，实现精准检测，减少误差值，实现相对均匀值偏差小的晶片分选；

d)由步骤c得出的厚度值实时反馈至plc22,plc22内部对比条件设定产生指定条件触发：

1、若厚度值处于范围内，前端第一感应器16感应由第一传送带3传送来的单晶半导体，单晶半导体后端经过第一感应器16后，第二传送带10停顿，位移感应器感应滑块9位置，位移感应器将位置信号反馈至plc22，确认滑块93位于默认起始位置，后端第一感应器16控制第二电机11驱动第二传送带10开始直线传送，中间位置第三传送带14前端的感应器15感应物体接近，驱动中间位置第三传送带14开始传送，将范围内单晶半导体材料进行传送。

2、若厚度值大于范围最大值，前端第一感应器16感应第一传送带3传送来的单晶半导体，单晶半导体后端经过第一感应器16后，第二传送带10停顿，伺服电机驱动丝杆导轨向左位移，滑块93左移，最左端限位开关94感应滑块位置，切断伺服电机供电，滑块93停止，位移感应器传输位置信号至plc22，plc22控制后端第一感应器16通电，后端第一感应器16控制第二电机11通电驱动第二传送带10开始传送，左侧第三传送带14前端的感应器15感应物体接近，将大于范围最大值的单晶半导体材料传送至左侧第三传送带14。

3、若厚度值小于范围最小值，前端第一感应器16感应由第一传送带3传送来的单晶半导体，第二传送带10开始工作，单晶半导体后端经过第一感应器16后，第二传送带10停止运动，伺服电机驱动丝杆导轨向右位移，滑块93右移，最右端限位开关94感应滑块93位置，切断伺服电机供电，滑块93停止，位移感应器感应位置信号并反馈至plc22，plc22通过后端第一感应器16控制第二电机11导通，第二传送带10开始传送，右侧第三传送带14前端的感应器15感应物体接近，将小于范围最小值的单晶半导体材料传送至右侧第三传送带14；将晶片结构产生分类分选，提高分选效率。

e)由步骤d得出的单晶半导体材料分选完成，经过工作人员将不同传送带表面的单晶半导体进行单独整理，即可将范围内单晶半导体材料进行后续磨片做工，通过改善均匀厚度差，提高磨片过程中的成品率，优化使用体验，避免资源浪费。

本申请文件中使用到各类部件均为标准件，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、焊接等常规手段，机械、零件和电器设备均采用现有技术中的常规型号，电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再作出具体叙述。

综上所述：该单晶半导体材料加工设备及使用方法，通过设置传送带3，送料盒6，分配区架体9，丝杆直线滑轨93和第三传送带14，解决了现有晶片人工分类，误差较大，在磨片生产中容易产生碎片的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。