CN102259304A - 一种磨削晶体材料的磨头装置 - Google Patents

Abstract

一种磨削晶体材料的磨头装置，涉及一种晶体材料的加工设备，其中晶棒(20)夹持在夹紧机构(17)内，晶棒(20)一侧固定在夹紧机构(17)内，晶棒(20)的一端对应两个磨轮(16)之间的间隙，两个磨轮(16)通过旋转轴座(25)内的磨轮固定轴(38)做同向旋转，磨轮固定轴(38)由外部的旋转轴座带动，所述旋转轴座由外接电机(2)带动形成所述磨削晶棒的磨削机构；磨削晶棒的磨削机构与夹紧机构做轴向运动形成晶棒的进给；本发明通过将晶棒夹持在夹紧机构内，实现稳固定位，由磨头装置的磨削晶棒的磨削机构对晶棒较为准确的磨削，确保了后期使用时的提高接触面积，本发明结构简单，工艺稳定性远高于手工作业。

Description

一种磨削晶体材料的磨头装置

【技术领域】

本发明涉及一种晶体材料的加工设备，具体涉及一种磨削晶体材料的磨头装置。

【背景技术】

在使用西门子法生产多晶硅的过程中，硅芯搭接技术是非常重要的一个环节，它主要应用于多晶硅生产的还原反应过程。这个环节的还原反应过程的原理是：所述还原反应是在一个密闭的还原炉中进行的，在装炉前先在还原炉内用硅芯搭接成若干个闭合回路，也就是行话中的“搭桥”；每个闭合回路都由两根竖硅芯和一根横硅芯组成；每一个闭合回路的两个竖硅芯分别接在炉底上的两个电极上，两个电极分别连接直流电源的正负极，向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，然后对硅芯进行加热，加热中一组搭接好的硅芯相当于一个大电阻，进行还原反应；这样，所需的多晶硅就会在硅芯表面生成。

实现上述技术时，通过搭桥技术使一根横硅芯和两根竖硅芯进行联通，本发明人在先申请的两项中国专利：公开了一种可有效提高接触面积和减小电阻的孔式硅芯搭接方法和一种可提高接触面积和减小电阻的插接式硅芯搭接结构及方法，其中的一个专利提出了一种圆球形硅芯的搭接方法，它是通过在横硅芯两端分别设置硅芯圆球体，并在两个硅芯圆球体的下部分别设置插孔，由竖硅芯上端的插柱与插孔吻配连接，形成提高接触面积和减少电阻的连接方式，在加工竖硅芯上部的插柱时，为了横硅芯和竖硅芯的接触面积更大，往往会在横硅芯两端的圆球体中部钻一锥孔，相应的在竖硅芯上端磨削出一上小下大的外圆锥体，在磨削竖硅芯上部的外圆锥体时，现有加工方式是通过手工扶持硅芯在磨体上对硅芯进行磨削，这种方式受到人为干扰的因素非常大；例如，技工师傅的熟练程度、所用设备的加工状况以及设备的新旧程度等，都可能使所磨削的竖硅芯上部的外圆锥体很不规范，使得后期搭接工艺中接触面得不到保证，也就是点接触或线接触，从而影响硅芯的加工品质。

在另一个专利中为了克服上述专利在拉制横硅芯两端的圆球体时容易导致设备损坏等目的，提出了一种避免在横硅芯的两端拉制圆球体，可以直接在横、竖硅芯上直接加工“U”形槽或双面开槽形成的搭接面，在该种搭接方法中，为了增加两根竖硅芯在与电极连接时的接触面积，减少在装炉通电后，由于瞬间通入电流，使硅芯发生倒伏的现象，在两根竖硅芯的下端设置外圆锥体，与电极的连接孔紧配，目前的做法也是通过人工扶持对竖硅芯下端的外圆锥体进行加工。

参考文献：

中国专利；专利名称、可有效提高接触面积和减小电阻的孔式硅芯搭接方法，公开号、CN101570890A，公开日、2009年11月4日。

中国专利；专利名称、可提高接触面积和减小电阻的插接式硅芯搭接结构及方法，申请日、2011年6月2日，专利号为201110153461.9。

【发明内容】

为克服背景技术中的不足，本发明提供一种磨削晶体材料的磨头装置，本发明所述的磨削晶体材料的磨头装置通过将晶棒夹持在夹紧机构内，实现稳固定位，由磨头装置的磨削晶棒的磨削机构对晶棒较为准确的磨削，确保了后期使用时的提高接触面积，本发明结构简单，工艺稳定性远高于手工作业。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种磨削晶体材料的磨头装置，其中晶棒夹持在夹紧机构内；所述磨头装置包括用于磨削晶棒的磨削机构；所述磨削晶棒的磨削机构，晶棒一侧固定在夹紧机构内，晶棒的一端对应两个磨轮之间的间隙，两个磨轮通过旋转轴座内的磨轮固定轴做同向旋转，磨轮固定轴由外部的旋转轴座带动，所述旋转轴座由外接电机带动形成所述磨削晶棒的磨削机构；磨削晶棒的磨削机构与夹紧机构做轴向运动形成晶棒的进给。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述用于磨削晶棒的磨削机构包括电机、磨轮、旋转轴座、小齿轮、大齿轮、磨轮固定轴，旋转轴座设置在安装座内，所述旋转轴座内部设置有至少两根磨轮固定轴，在每一磨轮固定轴的一端固定有小齿轮，另一端分别固定有磨轮，旋转轴座由电机带动做旋转运动，在所述小齿轮之间设置有大齿轮，所述大齿轮为固定设置且承担所述小齿轮之间的动力过渡，使磨轮固定轴另一端的所述磨轮同步同向旋转，由所述磨轮与磨轮之间的间隙形成晶棒端部的磨削。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述磨削晶棒的磨削机构与夹紧机构做轴向运动形成晶棒的进给为，磨削晶棒的磨削机构由大底板下面设置的滑块与导轨滑动配合，夹紧机构固定设置在大底板上，磨削晶棒的磨削机构由丝杠控制给进，其中用于磨削晶棒的磨削机构和夹紧机构为联动，进给机构包括机架、导轨、导轨支撑、大底板、减速机、减速机轴、联轴器、丝杠固定座、丝杠、丝母和滑块，丝杠的两端分别通过丝杠固定座固定在机架的上部面，丝杠的外端通过联轴器与减速机轴连接，所述减速机轴固定在减速机的内孔中，所述减速机的另一转动轴与电机连接，丝杠与固定在大底板下部面的丝母丝接配合，所述大底板的下部面设置有至少两个滑块，至少两个滑块分别与固定在导轨支撑上部面的导轨滑动配合，所述导轨支撑固定在机架的上部面上形成用于磨削晶棒的磨削机构和夹紧机构同步的进给或所述进给机构在不使用减速机、减速机轴、联轴器和电机的情况下，通过使用手轮实现手动调节进给；其中用于磨削晶棒的磨削机构与夹紧机构为一动一静，。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述用于磨削晶棒的磨削机构，电机通过电机座固定在压盖的上部面，在电机的转动轴端部固定有小动力轮，所述小动力轮连接设置在旋转轴座一侧外部的大动力轮，在旋转轴座的内壁上设有至少两个圆柱，所述圆柱的轴孔内插接磨轮固定轴，所述旋转轴座的外缘通过轴承A固定在安装座内，所述轴承A通过轴承压盖B紧固在安装座的内壁与旋转轴座之间，所述安装座通过压盖固定在固定座的内孔中，所述固定座固定在小托板的上部面上，磨轮固定轴的两端分别通过轴承B与旋转轴座的轴孔内壁连接，磨轮通过磨轮过渡套固定在磨轮固定轴的一端。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述大齿轮通过固定轴固定在旋转轴座压盖的内孔中。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述旋转轴座的外圆上设置有使轴承A间隔的凸起圆，在旋转轴座的一端设置有缩颈的定位台阶，所述定位台阶为大动力轮限位台阶；在旋转轴座圆柱的轴孔内设置有轴筒，所述磨轮固定轴的两端通过所述轴承B设置在轴筒内。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述小动力轮与大动力轮为皮带传动连接或链条传动连接；在安装座的一端设置有豁口，所述小动力轮与大动力轮的皮带传动连接或链传动连接途径所述豁口；在安装座的内孔中设置有轴承A的定位台。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，在磨轮的外部设置有冷却介质罩，所述冷却介质罩的一端固定在压盖或固定座或安装座的一侧，冷却介质罩的另一端设有冷却介质罩盖板，所述冷却介质罩盖板的中部设置有晶棒穿入孔，在冷却介质罩的上部设置有冷却介质喷口，在冷却介质罩的下部设置有冷却介质流出口，所述冷却介质流出口的下面设置有容器。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述冷却介质喷口与冷却介质输送管的一端连接，所述冷却介质输送管通过冷却介质输送管固定座固定在大底板上，在冷却介质输送管上设置有阀门，冷却介质输送管的另一端与冷却介质储存循环容器连接。

由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明所述的磨削晶体材料的磨头装置通过将晶棒夹持在夹紧机构内，实现稳固定位，由磨头装置的两个磨轮对晶棒的端部磨削作业，其中磨轮设置为对应晶棒一侧直径较小，保证了晶棒端部的磨削锥度，实现了对晶棒较为准确的磨削，确保了后期使用时的提高接触面积，本发明结构简单，工艺稳定性远高于手工作业，有效地提高了晶棒加工的机械化程度，克服了现有技术必须拉制硅芯圆球体的弊端。

【附图说明】

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的磨削机构结构示意图；

图4是本发明的旋转轴座结构示意图；

图5是本发明的安装座结构示意图；

图中：1、小动力轮；2、电机；3、电机座；4、压盖；5、冷却介质罩；6、固定座；7、冷却介质输送管固定座；8、阀门；9、机架；10、冷却介质输送管；11、容器；12、挡板；13、导轨；14、导轨支撑；15、控制系统；16、磨轮；17、夹紧机构；18、支撑机构；19、大底板；20、晶棒；21、皮带；22、安装座；23、轴承A；24、大动力轮；25、旋转轴座；26、轴筒；27、轴承压盖A；28、小齿轮；29、大齿轮固定轴；30、大齿轮；31、减速机；32、减速机轴；33、联轴器；34、丝杠固定座；35、丝杠；36、丝母；37、轴承B；38、磨轮固定轴；39、冷却介质喷口；40、冷却介质罩盖板；41、磨轮过渡套；42、螺钉A；43、磨轮间隙；44、大齿轮挡套；45、旋转轴座压盖；46、冷却介质流出口；47、小托板；48、滑块；49、轴承压盖B；50、晶棒穿入孔；51、凸起圆；52、定位台阶；53、豁口；54、圆柱；55、轴孔；56、定位孔；57 定位台。

【具体实施方式】

参考下面实施例，可以更详细的解释本发明，但是本发明并不局限于这些实施例的组合方式。

结合附图1～5中所述一种磨削晶体材料的磨头装置，其中晶棒20夹持在夹紧机构17内；所述磨头装置包括用于磨削晶棒20的磨削机构；所述磨削晶棒20的磨削机构，晶棒20一侧固定在夹紧机构17内，为了防止晶棒20折断使用支撑机构18对晶棒20进行托扶，晶棒20的一端对应两个磨轮16之间的间隙，两个磨轮16通过旋转轴座25内的磨轮固定轴38做同向旋转，磨轮固定轴38由外部的旋转轴座25带动，所述旋转轴座25由外接电机2带动形成所述磨削晶棒20的磨削机构；磨削晶棒20的磨削机构与夹紧机构17做轴向运动形成晶棒20的进给。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述用于磨削晶棒20的磨削机构包括电机2、磨轮16、旋转轴座25、小齿轮28、大齿轮30、磨轮固定轴38，旋转轴座25设置在安装座22内，所述旋转轴座25内部设置有至少两根磨轮固定轴38，在每一磨轮固定轴38的一端固定有小齿轮28，另一端分别固定有磨轮16，所述磨轮16通过螺钉A42固定在磨轮固定轴38的一端，旋转轴座25由电机2带动做旋转运动，在所述小齿轮28之间设置有大齿轮30，所述大齿轮30为固定设置且承担所述小齿轮28之间的动力过渡，使磨轮固定轴38另一端的所述磨轮16同步同向旋转，由所述磨轮16与磨轮16之间的间隙43形成晶棒20端部的磨削。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述磨削晶棒20的磨削机构与夹紧机构17做轴向运动形成晶棒20的进给为：磨削晶棒20的磨削机构由大底板19下面设置的滑块48与导轨13滑动配合，夹紧机构17固定设置在大底板19上，磨削晶棒20的磨削机构由丝杠35控制给进，所述丝杠35通过设置在小托板47下部的丝母36丝接配合，丝杠35两端通过丝杠固定座34固定在大底板19上部，在丝杠35的一端通过联轴器33连接有减速机轴32，所述减速机轴32的另一端通过螺母固定在减速机31的动力输出孔内，所述减速机31的动力输入轴的一端连接有电机，在减速机31的另一端设置有手轮进行手动调节进给，其中用于磨削晶棒20的磨削机构和夹紧机构17为联动，进给机构A包括机架9、导轨13、导轨支撑14、大底板19、减速机、减速机轴、联轴器、丝杠固定座、丝杠、丝母和滑块48，丝杠的两端分别通过丝杠固定座固定在机架9的上部面，丝杠的外端通过联轴器与减速机轴连接，所述减速机轴固定在减速机的内孔中，所述减速机的另一转动轴与电机连接，丝杠与固定在大底板19下部面的丝母丝接配合，所述大底板19的下部面设置有至少两个滑块48，至少两个滑块48分别与固定在导轨支撑14上部面的导轨13滑动配合，所述导轨支撑14固定在机架9的上部面上形成用于磨削晶棒20的磨削机构和夹紧机构17同步的进给或所述进给机构在不使用减速机、减速机轴、联轴器和电机的情况下，通过使用手轮实现手动调节进给；其中用于磨削晶棒20的磨削机构与夹紧机构17为一动一静。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述用于磨削晶棒20的磨削机构，电机2通过电机座3固定在压盖4的上部面，在电机2的转动轴端部固定有小动力轮1，所述小动力轮1连接设置在旋转轴座25一侧外部的大动力轮24，在旋转轴座25的内壁上设有至少两个圆柱54，所述圆柱54的轴孔55内插接磨轮固定轴38，所述旋转轴座25的外缘通过轴承A23固定在安装座22内，所述轴承A23通过轴承压盖B49紧固在安装座22的内壁与旋转轴座25之间，所述安装座22通过压盖4固定在固定座6的内孔中，所述固定座6固定在小托板47的上部面上，磨轮固定轴38的两端分别通过轴承B37与旋转轴座25的轴孔55内壁连接，磨轮16通过磨轮过渡套41固定在磨轮固定轴38的一端。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述大齿轮30通过固定轴29固定在旋转轴座压盖45的内孔中，为了调整大齿轮30与小齿轮28之间的配合状况，在大齿轮30与固定轴29设置有大齿轮挡套44。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述旋转轴座25的外圆上设置有使轴承A23间隔的凸起圆51，在旋转轴座25的一端设置有缩颈的定位台阶52，所述定位台阶52为大动力轮24限位台阶；在旋转轴座25圆柱54的轴孔55内设置有轴筒26，所述轴筒26通过设置在旋转轴座25外缘上的定位孔56紧固在旋转轴座25圆柱54的轴孔55内，所述磨轮固定轴38的两端通过所述轴承B37设置在轴筒26内，所述轴承B37通过轴承压盖A27固定在轴筒26内。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述小动力轮1与大动力轮24为皮带21传动连接或链条传动连接；在安装座22的一端设置有豁口53，所述小动力轮1与大动力轮24的皮带21传动连接或链传动连接途径所述豁口53；在安装座22的内孔中设置有轴承A23的定位台57。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，在磨轮16的外部设置有冷却介质罩5，所述冷却介质罩5的一端固定在压盖4或固定座6或安装座22的一侧，冷却介质罩5的另一端设有冷却介质罩盖板40，所述冷却介质罩盖板40的中部设置有晶棒穿入孔50，在冷却介质罩5的上部设置有冷却介质喷口39，在冷却介质罩5的下部设置有冷却介质流出口46，所述冷却介质流出口46的下面设置有容器11。

所述的磨削晶体材料的磨头装置，所述冷却介质喷口39与冷却介质输送管10的一端连接，所述冷却介质输送管10通过冷却介质输送管固定座7固定在大底板19上，在大底板19的上部固定有控制系统15，用来控制整个磨头装置的运动，在大底板19的侧边固定有挡板12，在冷却介质输送管10上设置有阀门8，冷却介质输送管10的另一端与冷却介质储存循环容器连接。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和本发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (9)

1.一种磨削晶体材料的磨头装置，其中晶棒(20)夹持在夹紧机构(17)内，其特征是：所述磨头装置包括用于磨削晶棒(20)的磨削机构；所述磨削晶棒(20)的磨削机构，晶棒(20)一侧固定在夹紧机构(17)内，晶棒(20)的一端对应两个磨轮(16)之间的间隙，两个磨轮(16)通过旋转轴座(25)内的磨轮固定轴(38)做同向旋转，磨轮固定轴(38)由外部的旋转轴座(25)带动，所述旋转轴座(25)由外接电机(2)带动形成所述磨削晶棒(20)的磨削机构；磨削晶棒(20)的磨削机构与夹紧机构(17)做轴向运动形成晶棒(20)的进给。

2.根据权利要求1所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：所述用于磨削晶棒(20)的磨削机构包括电机(2)、磨轮(16)、旋转轴座(25)、小齿轮(28)、大齿轮(30)、磨轮固定轴(38)，旋转轴座(25)设置在安装座(22)内，所述旋转轴座(25)内部设置有至少两根磨轮固定轴(38)，在每一磨轮固定轴(38)的一端固定有小齿轮(28)，另一端分别固定有磨轮(16)，旋转轴座(25)由电机(2)带动做旋转运动，在所述小齿轮(28)之间设置有大齿轮(30)，所述大齿轮(30)为固定设置且承担所述小齿轮(28)之间的动力过渡，使磨轮固定轴(38)另一端的所述磨轮(16)同步同向旋转，由所述磨轮(16)与磨轮(16)之间的间隙(43)形成晶棒(20)端部的磨削。

3.根据权利要求1所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：所述磨削晶棒(20)的磨削机构与夹紧机构(17)做轴向运动形成晶棒(20)的进给为，磨削晶棒(20)的磨削机构由大底板(19)下面设置的滑块(48)与导轨(13)滑动配合，夹紧机构(17)固定设置在大底板(19)上，磨削晶棒(20)的磨削机构由丝杠(35)控制给进，其中用于磨削晶棒(20)的磨削机构和夹紧机构(17)为联动，进给机构包括机架(9)、导轨(13)、导轨支撑(14)、大底板(19)、减速机、减速机轴、联轴器、丝杠固定座、丝杠、丝母和滑块(48)，丝杠的两端分别通过丝杠固定座固定在机架(9)的上部面，丝杠的外端通过联轴器与减速机轴连接，所述减速机轴固定在减速机的内孔中，所述减速机的另一转动轴与电机连接，丝杠与固定在大底板(19)下部面的丝母丝接配合，所述大底板(19)的下部面设置有至少两个滑块(48)，至少两个滑块(48)分别与固定在导轨支撑(14)上部面的导轨(13)滑动配合，所述导轨支撑(14)固定在机架(9)的上部面上形成用于磨削晶棒(20)的磨削机构和夹紧机构(17)同步的进给或所述进给机构在不使用减速机、减速机轴、联轴器和电机的情况下，通过使用手轮实现手动调节进给；其中用于磨削晶棒(20)的磨削机构与夹紧机构(17)为一动一静。

4.根据权利要求2或3所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：所述用于磨削晶棒(20)的磨削机构，电机(2)通过电机座(3)固定在压盖(4)的上部面，在电机(2)的转动轴端部固定有小动力轮(1)，所述小动力轮(1)连接设置在旋转轴座(25)一侧外部的大动力轮(24)，在旋转轴座(25)的内壁上设有至少两个圆柱(54)，所述圆柱(54)的轴孔(55)内插接磨轮固定轴(38)，所述旋转轴座(25)的外缘通过轴承A(23)固定在安装座(22)内，所述轴承A(23)通过轴承压盖B(49)紧固在安装座(22)的内壁与旋转轴座(25)之间，所述安装座(22)通过压盖(4)固定在固定座(6)的内孔中，所述固定座(6)固定在小托板(47)的上部面上，磨轮固定轴(38)的两端分别通过轴承B(37)与旋转轴座(25)的轴孔(55)内壁连接，磨轮(16)通过磨轮过渡套(41)固定在磨轮固定轴(38)的一端。

5.根据权利要求2所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：所述大齿轮(30)通过固定轴(29)固定在旋转轴座压盖(45)的内孔中。

6.根据权利要求1、2或4所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：所述旋转轴座(25)的外圆上设置有使轴承A(23)间隔的凸起圆(51)，在旋转轴座(25)的一端设置有缩颈的定位台阶(52)，所述定位台阶(52)为大动力轮(24)限位台阶；在旋转轴座(25)圆柱(54)的轴孔(55)内设置有轴筒(26)，所述磨轮固定轴(38)的两端通过所述轴承B(37)设置在轴筒(26)内。

7.根据权利要求4所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：所述小动力轮(1)与大动力轮(24)为皮带(21)传动连接或链条传动连接；在安装座(22)的一端设置有豁口(53)，所述小动力轮(1)与大动力轮(24)的皮带(21)传动连接或链传动连接途径所述豁口(53)；在安装座(22)的内孔中设置有轴承A(23)的定位台(57)。

8.根据权利要求1或2所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：在磨轮(16)的外部设置有冷却介质罩(5)，所述冷却介质罩(5)的一端固定在压盖(4)或固定座(6)或安装座(22)的一侧，冷却介质罩(5)的另一端设有冷却介质罩盖板(40)，所述冷却介质罩盖板(40)的中部设置有晶棒穿入孔(50)，在冷却介质罩(5)的上部设置有冷却介质喷口(39)，在冷却介质罩(5)的下部设置有冷却介质流出口(46)，所述冷却介质流出口(46)的下面设置有容器(11)。

9.根据权利要求8所述的磨削晶体材料的磨头装置，其特征是：所述冷却介质喷口(39)与冷却介质输送管(10)的一端连接，所述冷却介质输送管(10)通过冷却介质输送管固定座(7)固定在大底板(19)上，在冷却介质输送管(10)上设置有阀门(8)，冷却介质输送管(10)的另一端与冷却介质储存循环容器连接。

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