CN103158202B - 一种空心硅芯的搭接方法 - Google Patents

Abstract

一种空心硅芯的搭接方法，属于硅芯的搭接技术，包括横硅芯管(1)和竖硅芯管(5)，所述横硅芯管(1)的两端分别通过榫卯接、插接或卡接与两根竖硅芯管(5)的上端连接形成“∏”字形结构；为了克服背景技术中的不足，本发明同族专利公开了空心硅芯的加工工艺，本发明则公开了对于空心硅芯后续使用的一种空心硅芯的搭接方法，本发明抗倒伏要远远好于现有实心硅芯，并且本发明与实心硅芯相比，具有重量基本相等，但直径远远大于实心硅芯的有益特点。

Description

一种空心硅芯的搭接方法

【技术领域】

本发明属于硅芯的搭接技术，尤其是涉及一种空心硅芯或其它晶体材料的搭接方法。

【背景技术】

已知的，在西门子法生产多晶硅的过程中硅芯搭接技术是一项非常重要的技术，它主要应用于多晶硅生产的一个环节、即还原反应过程。所述的还原反应过程的原理是：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形成“∏”字形结构；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，两个电极分别接直流电源的正负极，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，然后向密闭的还原炉内通入氢气和三氯氢硅，开始进行还原反应；这样，所需的多晶硅就会在硅芯表面生成。以上所述就是硅芯及其搭接技术在多晶硅生产中的应用。

在现有的西门子法生产多晶硅的过程中，由于所使用的硅芯直径通常为φ8mm左右的实心硅芯或经过线切割形成的方硅芯，搭接好的硅芯在正常还原反应过程中，生成的硅不断沉积在硅芯表面，硅芯的表面积也越来越大，反应气体分子对沉积面(硅芯表面)的碰撞机会和数量也随之增大，当单位面积的沉积速率不变时，表面积愈大则沉积的多晶硅量也愈多；因此在多晶硅生长时，还原反应时间越长，硅芯的直径越大，多晶硅的生长效率也越高，这样不仅可以大大提高生产效率，同时也降低了生产成本；但是现有的实心硅芯或方硅芯在还原中，都无法很好的克服由于搭接“实心硅芯或方硅芯”的硅芯强度较低，由此导致还原过程中所产生的硅芯倒伏现象，给生产带来不必要的麻烦和成本的增加；硅芯所述的倒伏现象是指硅芯在密闭的容器内进行生长，由于实心圆硅芯或方硅芯本身工艺所带来的后果是：

1)、实心硅芯；

实心硅芯的直径通常在8～10MM左右，由8～10MM生长至120～150MM为例，开始时生长较为缓慢，后期随着直径的加大，生长速度也随之加快；如果直接采用大直径的实心硅芯，则会造成硅芯本体的重量增加；并且在大直径实心硅芯的拉制过程中，由于要得到较大直径的硅芯，拉制速度要控制到很慢，生产效率低下；且生长过程中由于直径较大，拉直难度极高，并且每次仅可以少量的拉制，也就是拉制根数必将受到限制，对于加大直径问题现有技术中还有很多难点无法克服，同时大直径硅芯拉制所消耗的电能和保护性气体也随之增加，同时大直径硅芯还不便于后续加工和搬运；

2)、方硅芯；

目前市场上出现了线切割的方硅芯，由于是在线切割过程中，晶体受到金刚石线切割中的微震，使得成品方硅芯内出现较多肉眼难以察觉的微小裂痕，在硅芯生长通电的瞬间对于裂痕的冲击较大，使得硅芯生长过程中断裂或倒塌量大幅度增加，轻者导致该组硅芯无法生长，严重时导致停炉。

那么采用大直径的硅芯进行搭接来实现多晶棒的快速生长及提高硅芯自身的强度就成了一个本领域技术人员难以克服的技术壁垒；然，对于如何加大硅芯直径也是本领域技术人员的长期诉求。

【发明内容】

为了克服背景技术中的不足，本发明同族专利公开了空心硅芯的加工工艺，本发明则公开了对于空心硅芯后续使用的一种空心硅芯的搭接方法，本发明抗倒伏要远远好于现有实心硅芯，并且本发明与实心硅芯相比，具有重量基本相等，但直径远远大于实心硅芯的有益特点。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种空心硅芯的搭接方法，包括横硅芯管和竖硅芯管，所述横硅芯管的两端分别通过榫卯接、插接或卡接与两根竖硅芯管的上端连接形成“∏”字形结构。

所述的空心硅芯的搭接方法，所述横硅芯管的两端分别通过卡接与两根竖硅芯管的上端连接形成“∏”字形结构，在横硅芯管的两端下部分别设置连接斜面，所述连接斜面与设置在两竖硅芯管上端的连接斜面相对应，在横硅芯管的两连接斜面上分别设有缩口卯槽或扩宽榫块，在两竖硅芯管上端的连接斜面上分别设有扩宽榫块或缩口卯槽，也就是横硅芯管的两连接斜面上分别设为缩口卯槽时，所述两竖硅芯管上端连接斜面上便分别设为扩宽榫块，由两竖硅芯管上端与横硅芯管的两端卡接形成“∏”字形结构。

所述的空心硅芯的搭接方法，所述横硅芯管的两端分别通过插接与两根竖硅芯管的上端连接形成“∏”字形结构，所述插接为在横硅芯管的两端下部分别设有连接斜面，两竖硅芯管上端的相对一侧分别设有连接斜面，所述横硅芯管的两端管孔内分别插入“L”形接头的一端，两“L”形接头的另一端分别插在两竖硅芯管的上端管孔内形成“∏”字形结构。

所述的空心硅芯的搭接方法，所述横硅芯管的两端分别通过插接与两根竖硅芯管的上端连接形成“∏”字形结构的另一替换结构，在横硅芯管两端的两侧分别设有开口，所述开口上下的横硅芯管本体形成插接片，在两竖硅芯管的上部两侧分别间隔设有两个插接口，所述横硅芯管两端的插接片与两竖硅芯管上部的插接口插接形成“∏”字形结构；或在横硅芯管的两端分别设有一个插接片，在两竖硅芯管的上部两侧分别设有一个插接口，所述横硅芯管两端的插接片与两竖硅芯管上部的插接口插接形成“∏”字形结构。

所述的空心硅芯的搭接方法，所述横硅芯管的两端分别通过插接与两根竖硅芯管的上端连接形成“∏”字形结构的第三替换结构，将横硅芯管两端的下部半圆切屑掉，保留上部半圆，所述上部半圆为半圆形片，在两半圆形片上分别设有贯通的插孔，所述横硅芯管两端的半圆形片插孔分别通过倒锥形锁块依次穿过插孔、两竖硅芯管上端的管孔形成“∏”字形结构。

所述的空心硅芯的搭接方法，在两竖硅芯管的上端设置为导圆端头，所述导圆端头与横硅芯管两端的半圆形片的内凹面匹配。

所述的空心硅芯的搭接方法，所述横硅芯管的两端分别通过卡接与两根竖硅芯管的上端连接形成“∏”字形结构，在横硅芯管两边的两侧分别设有切削限位面，所述竖硅芯管的上端两侧分别设有“U”形开口，横硅芯管两边的切削限位面卡在两竖硅芯管上端的“U”形开口内形成“∏”字形结构。

所述的空心硅芯的搭接方法，所述横硅芯管的两端分别通过卡接与两根竖硅芯管的上端连接形成“∏”字形结构的另一替换结构，在横硅芯管两端的上下面上分别设有“U”形开口，在两竖硅芯管的上部前后面上分别设有切削限位面，所述两竖硅芯管上部的切削限位面卡接在横硅芯管两端的“U”形开口内形成“∏”字形结构。

所述的空心硅芯的搭接方法，两竖硅芯管的下端分别设置为平面或外部导圆或内部导圆，所述两竖硅芯管下端的平面或外部导圆或内部导圆与炉体内的石墨座或钨座或钼座的正负电极连接形成一个闭合回路。

所述的空心硅芯的搭接方法，在两竖硅芯管下端分别设置的平面上设有至少一个向下延伸的插接固定片，两插接固定片与炉体内的石墨座或钨座或钼座的正负电极连接形成一个闭合回路。

由于采用上述技术方案，本发明具备如下优点：

由于采用了本发明所述的空心硅芯的搭接方法，不仅使所搭接硅芯在搭接处有比较大的接触面，并且无需拉制目前所有工艺中的拉制硅芯圆球体这一步骤，而且比现有技术大幅度的降低了使用成本和削减了加工步骤，确保了成品率的上升，克服了在生产过程中硅芯的倒伏现象尽可能少的发生；由于本发明所述空心硅芯的强度要远远大于实心硅芯的圆柱形结构和方形硅芯，当所述空心硅芯强度增加以后，其抗倒伏要远远好于现有实心硅芯，并且它与实心硅芯相比，具有重量基本相等，但直径远远大于实心硅芯的有益特点，为独创的基础专利。

【附图说明】

图1是本发明的榫卯结构卡接立体结构示意图；

图2是本发明实施例的通过插接接头插接立体结构示意图；

图3是本发明实施例的插接片和插接孔插接立体结构示意图；

图4是本发明实施例的插接片和插接孔插接的另一连接方式结构示意图；

图5是本发明实施例的通过插接柱插接的立体结构示意图；

图6是图5的竖硅芯管上端导圆实施例结构示意图；

图7是本发明的竖硅芯管端部“U”型开口卡接结构示意图；

图8是本发明的横硅芯管端部“U”型开口卡接结构示意图；

图9是本发明的竖硅芯管下端结构示意图；

图10是本发明的竖硅芯管下端外部导圆结构示意图；

图11是本发明的竖硅芯管下端内部导圆结构示意图；

图12是本发明的竖硅芯管下端设置插接固定片结构示意图；

在图中：1、横硅芯管；2、连接斜面；3、缩口卯槽；4、扩宽榫块；5、竖硅芯管；6、“L”形接头；7、插接片；8、插接口；9、开口；10、倒锥形锁块；11、插孔；12、半圆形片；13、导圆端头；14、切削限位面；15、“U”形开口；16、外部导圆；17、内部导圆；18、插接固定片。

【具体实施方式】

参考下面实施例，可以更详细解释本发明，本发明并不限于这些实施例。

结合附图1～12所述的空心硅芯的搭接方法，包括横硅芯管1和竖硅芯管5，所述横硅芯管1的两端分别通过榫卯接、插接或卡接与两根竖硅芯管5的上端连接形成“∏”字形结构。

结合附图1中给出的结构，所述横硅芯管1的两端分别通过卡接与两根竖硅芯管5的上端连接形成“∏”字形结构，在横硅芯管1的两端下部分别设置连接斜面2，所述连接斜面2与设置在两竖硅芯管5上端的连接斜面2相对应，在横硅芯管1的两连接斜面2上分别设有缩口卯槽3或扩宽榫块4，在两竖硅芯管5上端的连接斜面2上分别设有扩宽榫块4或缩口卯槽3，也就是横硅芯管1的两连接斜面2上分别设为缩口卯槽3时，所述两竖硅芯管5上端连接斜面2上便分别设为扩宽榫块4，由两竖硅芯管5上端与横硅芯管1的两端卡接形成“∏”字形结构；将两竖硅芯管5的下部与石墨座或钨座或钼座与还原炉的电极连接，便可形成“∏”形导电回路。

结合附图2中给出的结构，所述横硅芯管1的两端分别通过插接与两根竖硅芯管5的上端连接形成“∏”字形结构，所述插接为在横硅芯管1的两端下部分别设有连接斜面2，两竖硅芯管5上端的相对一侧分别设有连接斜面2，所述横硅芯管1的两端管孔内分别插入“L”形接头6的一端，两“L”形接头6的另一端分别插在两竖硅芯管5的上端管孔内形成“∏”字形结构；将两竖硅芯管5的下部与石墨座或钨座或钼座与还原炉的电极连接，便可形成“∏”形导电回路。

结合附图3、4中给出的结构，所述横硅芯管1的两端分别通过插接与两根竖硅芯管5的上端连接形成“∏”字形结构的另一替换结构，在横硅芯管1两端的两侧分别设有开口9，所述开口9上下的横硅芯管1本体形成插接片7，在两竖硅芯管5的上部两侧分别间隔设有两个插接口8，所述横硅芯管1两端的插接片7与两竖硅芯管5上部的插接口8插接形成“∏”字形结构；或在横硅芯管1的两端分别设有一个插接片7，在两竖硅芯管5的上部两侧分别设有一个插接口8，所述横硅芯管1两端的插接片7与两竖硅芯管5上部的插接口8插接形成“∏”字形结构；将两竖硅芯管5的下部与石墨座或钨座或钼座与还原炉的电极连接，便可形成“∏”形导电回路。

结合附图5、6中给出的结构，所述横硅芯管1的两端分别通过插接与两根竖硅芯管5的上端连接形成“∏”字形结构的第三替换结构，将横硅芯管1两端的下部半圆切屑掉，保留上部半圆，所述上部半圆为半圆形片12，在两半圆形片12上分别设有贯通的插孔11，所述横硅芯管1两端的半圆形片12插孔11分别通过倒锥形锁块10依次穿过插孔11、两竖硅芯管5上端的管孔形成“∏”字形结构；在两竖硅芯管5的上端设置为导圆端头13，所述导圆端头13与横硅芯管1两端的半圆形片12的内凹面匹配；将两竖硅芯管5的下部与石墨座或钨座或钼座与还原炉的电极连接，便可形成“∏”形导电回路。

结合附图7、8中给出的结构，所述横硅芯管1的两端分别通过卡接与两根竖硅芯管5的上端连接形成“∏”字形结构，在横硅芯管1两边的两侧分别设有切削限位面14，所述竖硅芯管5的上端两侧分别设有“U”形开口15，横硅芯管1两边的切削限位面14卡在两竖硅芯管5上端的“U”形开口15内形成“∏”字形结构或所述横硅芯管1的两端分别通过卡接与两根竖硅芯管5的上端连接形成“∏”字形结构的另一替换结构，在横硅芯管1两端的上下面上分别设有“U”形开口15，在两竖硅芯管5的上部前后面上分别设有切削限位面14，所述两竖硅芯管5上部的切削限位面14卡接在横硅芯管1两端的“U”形开口15内形成“∏”字形结构；将两竖硅芯管5的下部与石墨座或钨座或钼座与还原炉的电极连接，便可形成“∏”形导电回路。

综上所述，利用横硅芯管1的两端与两根竖硅芯管5搭接，以便实现“∏”形导电回路，在两根竖硅芯管5的下端分别设置为平面或外部导圆16或内部导圆17，所述两竖硅芯管5下端的平面或外部导圆16或内部导圆17与炉体内的石墨座或钨座或钼座的正负电极连接形成一个闭合回路，其中在两竖硅芯管5下端分别设置的平面上设有至少一个向下延伸的插接固定片18，两插接固定片18与炉体内的石墨座或钨座或钼座的正负电极连接形成一个闭合回路。

需要说明的是，本发明通过改变现有横硅芯与竖硅芯的实心搭接方式，利用横硅芯管1与两根竖硅芯管5进行搭接，使得横硅芯管1与两根竖硅芯管5的闭合回路得到确保，也避免了现有工艺容易利用高频线圈拉制出现的伤及高频线圈而导致的停工，本发明在后期使用中不仅可确保成品率的上升，而且由于直径加大，生长速度也得到了大幅度的提升；本发明保证使用中的导电率和具备较好的导电性能，进而能在多晶硅生产中提高多晶硅的品质。

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发明范围内的实施例的所有变化和改进。

Claims (6)

1.一种空心硅芯的搭接方法，包括横硅芯管(1)和竖硅芯管(5)，其特征是：所述横硅芯管(1)的两端分别与两根竖硅芯管(5)的上端连接形成“Π”字形结构，所述横硅芯管(1)的两端分别通过插接与两根竖硅芯管(5)的上端连接形成“Π”字形结构，将横硅芯管(1)两端的下部半圆切削掉，保留上部半圆，所述上部半圆为半圆形片(12)，在两半圆形片(12)上分别设有贯通的插孔(11)，所述横硅芯管(1)两端的半圆形片(12)插孔(11)分别通过倒锥形锁块(10)依次穿过插孔(11)、两竖硅芯管(5)上端的管孔形成“Π”字形结构。

2.根据权利要求1所述的空心硅芯的搭接方法，其特征是：所述横硅芯管(1)的两端分别通过插接与两根竖硅芯管(5)的上端连接形成“Π”字形结构的替换结构，所述插接为在横硅芯管(1)的两端下部分别设有连接斜面(2)，两竖硅芯管(5)上端的相对一侧分别设有连接斜面(2)，所述横硅芯管(1)的两端管孔内分别插入“L”形接头(6)的一端，两“L”形接头(6)的另一端分别插在两竖硅芯管(5)的上端管孔内形成“Π”字形结构。

3.根据权利要求1所述的空心硅芯的搭接方法，其特征是：所述横硅芯管(1)的两端分别通过插接与两根竖硅芯管(5)的上端连接形成“Π”字形结构的另一替换结构，在横硅芯管(1)两端的两侧分别设有开口(9)，所述开口(9)上下的横硅芯管(1)本体形成插接片(7)，在两竖硅芯管(5)的上部两侧分别间隔设有两个插接口(8)，所述横硅芯管(1)两端的插接片(7)与两竖硅芯管(5)上部的插接口(8)插接形成“Π”字形结构；或在横硅芯管(1)的两端分别设有一个插接片(7)，在两竖硅芯管(5)的上部两侧分别设有一个插接口(8)，所述横硅芯管(1)两端的插接片(7)与两竖硅芯管(5)上部的插接口(8)插接形成“Π”字形结构。

4.根据权利要求1所述的空心硅芯的搭接方法，其特征是：在两竖硅芯管(5)的上端设置为导圆端头(13)，所述导圆端头(13)与横硅芯管(1)两端的半圆形片(12)的内凹面匹配。

5.根据权利要求1～4任一权利要求所述的空心硅芯的搭接方法，其特征是：两竖硅芯管(5)的下端分别设置为平面或外部导圆(16)或内部导圆(17)，所述两竖硅芯管(5)下端的平面或外部导圆(16)或内部导圆(17)与炉体内的石墨座或钨座或钼座的正负电极连接形成一个闭合回路。

6.根据权利要求5所述的空心硅芯的搭接方法，其特征是：在两竖硅芯管(5)下端分别设置的平面上设有至少一个向下延伸的插接固定片(18)，所述至少一个向下延伸的插接固定片(18)与炉体内的石墨座或钨座或钼座的正负电极连接形成一个闭合回路。