CN102139270B - 硅片清洗烘干器及多线切割中的断线硅片清洗烘干方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的硅片清洗烘干器，包括水箱内部设置有锥形过滤器，锥形过滤器出口依次通过阀门F2、管道泵与电动三通阀F4连通；电动三通阀F4另一个入口端与空气加热器连通，空气加热器的进气管上安装有阀门F6；喷淋槽内部设置有喷淋管，电动三通阀F4的出口端与喷淋管连通，电动三通阀F4与喷淋管之间的管路上安装有压力表和热电偶温度探头；管道泵、热电偶温度探头、空气加热器均与电气控制柜连接。本发明还公开了利用上述装置对多线切割中的断线硅片清洗烘干方法，依次进行对正定位、遮盖密封、喷淋清洗、加热烘干。本发明装置及方法提高了断线处理过程中的硅片清洗烘干的工作效率，提高了最终的成品率。

Description

硅片清洗烘干器及多线切割中的断线硅片清洗烘干方法

技术领域

本发明属于多线太阳能硅片切割技术领域，具体涉及一种硅片清洗烘干器，本发明还涉及一种利用上述装置在多线切割中的断线硅片清洗烘干方法。

背景技术

随着全球各国绿色能源的推广和近年来半导体产业的超常规发展，硅片市场的供需已极度不平衡，切割加工能力的落后和产能的严重不足已构成了产业链的瓶颈。而硅片切割是电子工业主要原材料一硅片（晶圆）生产的上游关键技术，太阳能硅片加工工艺流程一般经过晶体生长、切断、切方、外径滚磨、平磨、切片、清洗、包装等阶段。硅片切片作为硅片加工工艺流程的关键工序，切割的质量与规模直接影响到整个产业链的后续生产，其加工效率和加工质量直接关系到整个硅片生产的全局。

近年来光伏发电和半导体行业的迅速发展对硅片的加工提出了更高的要求：一方面为了降低制造成本，硅片趋向大直径化。另一方面要求硅片有极高的平面度精度和极小的表面粗糙度（硅片表面质量能有效提高光电转化效率）。所有这些要求极大的提高了硅片的加工难度。对于切片工艺技术的原则要求是：切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小；断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹；提高成品率，缩小刀（钢丝）切缝，降低原材料损耗；提高切割速度，实现自动化切割。

前几年，硅片切片较多采用内圆切割，内圆切割是传统的加工方法，材料的利用率仅为40％-50％左右；同时，由于结构限制，内圆切割无法加工200mm以上的大中直径硅片。

近几年，硅片切片基本上都采用了自由磨粒的多钢线切割，多线切割技术是近年来崛起的一项新型硅片切割技术，它通过金属丝带动碳化硅研磨料进行研磨加工来切割硅片。与传统的内圆切割相比，多丝切割具有切割效率高、材料损耗小、成本降低、硅片表面质量高、可切割大尺寸材料、方便后续加工等特点。多线切割过程中，为追求更高的综合效益，切割速度不断的提高、切割工艺不断提高完善，而切割钢线断线一直伴随着切割的整个过程，一旦切割过程中出现断线，80%的断线将造成线痕、阶台或碎片不良，切割成品率大幅下降，平均仅可做到20%-50%之间，对于线网断线和高位断线，在硅片清洗烘干处理过程中，现有的人工方式，不但效果差且费时费力，用时多则达10小时以上，统计断线挽救的平均用时约为4小时左右，严重影响了正常生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅片清洗烘干器，解决现有处理断线时的设备结构不合理，操作费时费力，工作效率低的问题。

本发明的另一目的是提供一种利用上述装置在多线切割中的断线硅片清洗烘干方法，解决了现有技术处理工艺用时过长、劳动强大、操作技术要求高且处理效果不理想的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种硅片清洗烘干器，包括水箱，水箱上通过快速接头连接有软管，水箱内部设置有锥形过滤器，锥形过滤器的出口依次通过阀门F2、管道泵与电动三通阀F4一个入口端连通；电动三通阀F4另一个入口端与空气加热器连通，空气加热器的进气管上安装有阀门F6，进气管与气源连通；喷淋槽内部沿长度方向两侧设置有喷淋管，电动三通阀F4的出口端与喷淋管连通，电动三通阀F4与喷淋管之间的管路上安装有压力表和热电偶温度探头；管道泵、电动三通阀F4、热电偶温度探头、空气加热器均与电气控制柜连接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种多线切割中的断线硅片清洗烘干方法，利用一种硅片清洗烘干器，其结构是：包括水箱上通过快速接头连接有软管，水箱内部设置有锥形过滤器，锥形过滤器的出口依次通过阀门F2、管道泵与电动三通阀F4一个入口端连通；电动三通阀F4另一个入口端与空气加热器连通，空气加热器的进气管上安装有阀门F6，进气管与气源连通；喷淋槽内部沿长度方向两侧设置有喷淋管，电动三通阀F4的出口端与喷淋管连通，电动三通阀F4与喷淋管之间的管路上安装有压力表和热电偶温度探头；管道泵、电动三通阀F4、热电偶温度探头、空气加热器均与电气控制柜连接，

利用上述装置，按照以下步骤实施：

步骤1）将硅棒提离线网至极限高位置；再将本发明的硅片清洗烘干器推至断线机台，并将喷淋槽对正放置在硅棒正下方；连接喷淋槽排水管线至地沟，打开阀门F5；将挡水板插到喷淋槽内表面四周； 

步骤2）调整硅棒高度，使得上水柱在切割硅片的断线处；用防水布将喷淋槽中的挡水板和工作台封密在一起，防止喷淋时水的外溅；

步骤3）采用快速接头连接软管，给水箱储水；当水箱的水位超过2/3的深度时，开启管道泵，开始喷淋清洗断线处的硅片，喷淋时间30-35分钟；

步骤4）关闭管道泵，将电动三通阀F4转换至气路，接通空气加热器，空气加热器中的电阻丝开始通电加热，热风吹干上步喷淋后的断线处硅片，热风吹干时间10-20分钟；

步骤5）取下喷淋槽与工作台之间的防水布和挡水板，将本发明装置从断线机台处移开，即成。

本发明的有益效果是，通过自动化的结构设置及对不同的断线位置给出相应的处理工艺及措施，使断线后的挽救处理效率提高500%，成品率提高30%，再无需人员全程手工操作，显著缩短断线后的挽救时间，有效的抢救因断线可能造成的不良率，降低劳动强度。

附图说明

图1是本发明硅片清洗烘干器的结构示意图；

图2是本发明硅片清洗烘干器安装到小车上的结构示意图；

图3是本发明硅片清洗烘干器中的喷淋槽与喷淋管俯视图。

图中，1.水箱，2.锥形过滤器，3.管道泵，4.压力表，5.热电偶温度探头，6.喷淋槽，7.喷淋管，8.空气加热器，9.进气管，10.限位阀，11.小车，12.电气控制柜，13.供水组件，14.暖风组件，15.电热管，另外，F1、F2、F3、F5、F6均为两通阀门，F4为电动三通阀，KX为温度控制开关。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1，本发明的硅片清洗烘干器的结构是，包括水箱1，水箱1配置有限位阀10，水箱1上通过快速接头连接有进水的软管，水箱1底部设置有安装阀门F1的排污管，水箱1内部还设置有锥形过滤器2，锥形过滤器2的出口依次通过阀门F2、管道泵3与电动三通阀F4一个入口端连通，水箱1与电动三通阀F4之间还连接有回水作用的阀门F3；电动三通阀F4另一个入口端与空气加热器8连通，空气加热器8的进气管9上安装有阀门F6，进气管9通过软管及快速接头与接切片机气源口连通；喷淋槽6内部沿长度方向两侧设置有喷淋管7，电动三通阀F4的出口端与喷淋管7连通，电动三通阀F4与喷淋管7之间的管路上安装有压力表4和热电偶温度探头5。管道泵3、电动三通阀F4、热电偶温度探头5、空气加热器8均与电气控制柜12连接，电气控制柜12还设置有定时器、急停开关、过载保护电路、电流电气控制电路等程序控制及安全控制设备，进行协同操作。

如图2，本发明的上述结构均设置在可推动小车上，作为独立便携式的移动支架平台。电气控制柜12设置在小车11的一边，供水组件13和暖风组件14均安装在小车11的台面下方，喷淋槽6设置在小车11的台面上。

水箱1容积为0.5-1立方米，用于给水箱补水的软管直径为2厘米、长度为3-10米。限位阀10可自动切断供水，锥形过滤器2用于防止水中的颗粒堵塞管道或喷淋到硅片棱边打出崩边或硅脱不良。水箱还配有排污管。管道泵3是将水增压，泵的功率为1.5-2.5KW，流量为30M3/H左右，扬程约为20米。管道泵3的连接管道内径约为4厘米，并配有阀门F2和回流阀F3，用于调节水压。如图3，电动三通阀F4是连联水箱供水及气源气到喷淋槽6的过渡三通接点，又是水气转换的开关。

内部加热器8可以选用网状的其内径总面积应大于喷淋管开口面积，内部设置有加热网和热电偶，加热网与调节电阻连接，加热后的气体温度在0-100℃之间可调可控，空气加热器8的出气口与电动三通阀F4相连接，由电动三通阀F4控制热气的通过和关断。空气加热器8的进气端同样配有通气阀F6，通过软管及快速接头，连接切片机气源口。

如图3，喷淋管7与电动三通阀F4之间管道上连接的压力表4及热电偶温度探头2，用以读出喷淋水压及吹气的气温，以保证可控的水压及气温作用于硅片，而不损坏硅片，喷淋槽6内两侧配有喷淋管7，与供给管道相连接，喷淋管内径约为10-20毫米，长度由具体的切片机主辊及切割线网确定，喷淋管7钻有两排喷孔，每个喷孔直径约为2毫米、每1厘米长度设置有三个喷孔，两排喷孔成20-45度的夹角。喷淋槽配有排水排号管道。喷淋槽前端的管道为软管，喷淋槽独立可移动，喷淋槽进水进气管道对侧，是一闸板，用于放置喷淋槽于切割舱接料盒中使用，使用时，拉出闸板，由喷淋槽闸板口将喷淋槽推移置入切片机接料盒内。喷淋槽内安装挡水板和防水布，用以防止喷淋水四溅，落入切割室，使砂浆水含量超标。

本发明的硅片清洗烘干器工作过程是，按下启动按钮SB2后，中间继电器KA1通电，水泵电机开始供水，同时水泵运行时间定时器KT1，空气加热器延时启动定时器KT2开始计时，其中KT1延时时间为60分钟（时间可调节），KT2延时时间为50（时间可调节）分钟。等到KT2延时时间到，空气加热器启动，加热空气，为冲洗槽通暖风烘干作准备。若空气加热器温度超过设定温度，则由温度开关断开加热器电路，等到温度降低后，再次自动启动空气加热器。等到KT1延时时间到后，自动打开送风阀开关，进行烘干。等热风控制时间KT3时间到后，自动断开电路，系统停止运行。

本发明装置的工作环境较恶劣，对操作人员的安全要求高，故在电路设计方面考虑装载接地装置、设有急停开关、过载保护系统、电流电气控制电路等一系列保证人身安全的措施，元器件选择上采用安全稳定的元器件，保证机器有效地正常运行。采用自动定时处理等程序控制，操作时只需要按下启动按钮，清洗和烘干自动完成，并且断线处理时间长短的要求随时进行调整。整个装置灵活、移动方便、省力，分上下两层布置，上层为主体结构部分，下层为控制部分，省时省力，提高了生产效率。

本发明的多线切割中的断线硅片清洗烘干方法，首先根据断线分类处理工艺原则，确认断线是否需要提料操作，即是否需要使用前述的本发明装置进行断线部位硅片清洗烘干，确认后即可利用上述装置，按照以下步骤实施：

步骤1）将硅棒提离线网至极限高位置；再将本发明的硅片清洗烘干器推至断线机台，并将喷淋槽6对正放置在硅棒正下方；连接喷淋槽6排水管线至地沟，打开阀门F5；将挡水板插到喷淋槽6内表面四周； 

步骤2）调整硅棒高度，使得上水柱在切割硅片的断线处；用防水布将喷淋槽6中的挡水板和工作台封密在一起，防止喷淋时水的外溅；

步骤3）采用快速接头连接软管，给水箱1储水；当水箱1的水位已经超过2/3的深度时，开启管道泵3，开始喷淋清洗断线处的硅片，喷淋时间30-35分钟；

步骤4）关闭管道泵3，将电动三通阀F4转换至气路，接通空气加热器8，空气加热器8中的电阻丝开始通电加热，热风吹干上步喷淋后的断线处硅片，热风吹干时间10-20分钟；

步骤5）取下喷淋槽6与工作台之间的防水布和挡水板，将本发明装置从断线机台处移开即成；随后再进行认线、切割等后续工艺。

通过使用本发明的硅片清洗烘干器，将现有工艺过程中的：“提线网-剪线网-清洗砂浆管及过滤网-清理砂浆-手动逐片水冲洗硅片-逐片气吹硅-清理硅片硅渣-清洗切割舱-刷主辊-布线网-认线-继续切片…”的工艺步骤，改进为：“提线网-剪线网-自动清洗烘干处理-清理硅片硅渣-刷主辊-布线网-认线-继续切片…”的工艺步骤，提高了断线处理过程中的硅片清洗烘干的工作效率，提高了最终的成品率。

Claims (6)

1.一种硅片清洗烘干器，其特征在于：包括水箱（1），水箱（1）上通过快速接头连接有软管，水箱（1）内部设置有锥形过滤器（2），锥形过滤器（2）的出口依次通过阀门F2、管道泵（3）与电动三通阀F4一个入口端连通；电动三通阀F4另一个入口端与空气加热器（8）连通，空气加热器（8）的进气管（9）上安装有阀门F6，进气管（9）与气源连通；喷淋槽（6）内部沿长度方向两侧设置有喷淋管（7），电动三通阀F4的出口端与喷淋管（7）连通，电动三通阀F4与喷淋管（7）之间的管路上安装有压力表（4）和热电偶温度探头（5）；喷淋管（7）与排污口连通，喷淋管（7）与排污口之间的管路上设置有阀门F5；管道泵（3）、电动三通阀F4、热电偶温度探头（5）、空气加热器（8）均与电气控制柜（12）连接。

2.根据权利要求1所述的硅片清洗烘干器，其特征在于：所述的电气控制柜（12）还设置有定时器、急停开关、过载保护电路、电流电气控制电路。

3.根据权利要求1所述的硅片清洗烘干器，其特征在于：所述的水箱（1）配置有限位阀（10），水箱（1）底部设置有安装阀门F1的排污管，阀门F3一端与水箱（1）通过管道连通，另一端连通于管道泵（3）和电动三通阀F4之间的管路上。

4.一种多线切割中的断线硅片清洗烘干方法，其特征在于：利用一种硅片清洗烘干器，其结构是：包括水箱（1），水箱（1）上通过快速接头连接有软管，水箱（1）内部设置有锥形过滤器（2），锥形过滤器（2）的出口依次通过阀门F2、管道泵（3）与电动三通阀F4一个入口端连通；电动三通阀F4另一个入口端与空气加热器（8）连通，空气加热器（8）的进气管（9）上安装有阀门F6，进气管（9）与气源连通；喷淋槽（6）内部沿长度方向两侧设置有喷淋管（7），电动三通阀F4的出口端与喷淋管（7）连通，电动三通阀F4与喷淋管（7）之间的管路上安装有压力表（4）和热电偶温度探头（5）；喷淋管（7）与排污口连通，喷淋管（7）与排污口之间的管路上设置有阀门F5；管道泵（3）、电动三通阀F4、热电偶温度探头（5）、空气加热器（8）均与电气控制柜（12）连接，

利用硅片清洗烘干器，按照以下步骤实施：

步骤1）将硅棒提离线网至极限高位置；再将所述的硅片清洗烘干器推至断线机台，并将喷淋槽（6）对正放置在硅棒正下方；连接喷淋槽（6）排水管线至地沟，打开阀门F5；将挡水板插到喷淋槽（6）内表面四周；

步骤2）调整硅棒高度，使得上水柱在切割硅片的断线处；用防水布将喷淋槽（6）中的挡水板和工作台密封在一起，防止喷淋时水的外溅；

步骤3）采用快速接头连接软管，给水箱（1）储水；当水箱（1）的水位超过2/3的深度时，开启管道泵（3），开始喷淋清洗断线处的硅片，喷淋时间30-35分钟；

步骤4）关闭管道泵（3），将电动三通阀F4转换至气路，接通空气加热器（8），空气加热器（8）中的电阻丝开始通电加热，热风吹干上步喷淋后的断线处硅片，热风吹干时间10-20分钟；

步骤5）取下喷淋槽（6）与工作台之间的防水布和挡水板，将所述硅片清洗烘干器从断线机台处移开，即成。

5.根据权利要求4所述的断线硅片清洗烘干方法，其特征在于：所述的电气控制柜（12）还设置有定时器、急停开关、过载保护电路、电流电气控制电路。

6.根据权利要求4所述的断线硅片清洗烘干方法，其特征在于：所述的水箱（1）配置有限位阀（10），水箱（1）底部设置有安装阀门F1的排污管，阀门F3一端与水箱（1）通过管道连通，另一端连通于管道泵（3）和电动三通阀F4之间的管路上。

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