CN109049375A - 硅锭的底面切割设备和硅锭的底面切割方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种硅锭的底面切割设备和硅锭的底面切割方法，该硅锭的底面切割设备提供有硅锭翻转装置和线切割装置，利用硅锭翻转装置可将大尺寸的硅锭整个由上下料位置翻转至切割位置，以供线切割装置可对位于切割位置处的硅锭进行底面切割，获得完整的底面边皮，提高了废料的回收利用率且能提高回收处理的效率。

Description

硅锭的底面切割设备和硅锭的底面切割方法

技术领域

本申请涉及晶体硅加工技术领域，特别是涉及一种硅锭的底面切割设备和硅锭的底面切割方法。

背景技术

随着社会对绿色可再生能源利用的重视和开放，光伏太阳能发电领域得到蓬勃发展。光伏发电领域中，通常的晶体硅太阳能电池是在高质量硅片上制成的，需要在浇铸而成的大硅锭进行精细加工而成。

在现有的工艺流程中，生长的大硅锭可利用开方机进行开方切割形成尺寸较小的硅方体；开方完毕后，再利用截断设备对硅方体进行头尾截断以及四个侧面的磨面和抛光等。

众所周知，用于制备太阳能电池的晶体硅非常昂贵，而且，晶体硅材料本身也会对环境产生污染。一般地，硅锭经切割等作业后会产生诸多废料如边料、角料、顶料和底料等，这些废料经处理后仍可重复利用。不过，在前述工艺流程中，由于是先对大硅锭进行开方切割形成小的硅方体后再对硅方体进行截断切割，因此，形成的废料(主要是硅方体进行截断切割产生的顶料和底料等)数量众多且均是尺寸较小的片状，要将这些废料重新利用并投入新的硅锭的生长工艺中，其处理流程繁琐且处理效率低下。

发明内容

鉴于以上所述相关技术的缺失，本申请的目的在于公开一种硅锭的底面切割设备和硅锭的底面切割方法，用于解决相关技术中硅锭废料回收处理流程繁琐且处理效率低下等问题。

为实现上述目的及其他目的，本申请的第一方面公开一种硅锭的底面切割设备，包括：底座，设有安装架；硅锭翻转装置，可翻转地与所述底座连接，用于将硅锭在上下料位置和切割位置之间翻转；线切割装置，包括切割支座、切割轮、以及切割线，其中，所述切割线绕于所述切割轮而形成切割线段；所述切割线段跟随所述切割支座相对所述安装架活动以对位于切割位置处的硅锭进行底面切割。

本申请公开的硅锭的底面切割设备，提供有硅锭翻转装置和线切割装置，利用硅锭翻转装置可将大尺寸的硅锭整个由上下料位置翻转至切割位置，以供线切割装置可对位于切割位置处的硅锭进行底面切割，获得完整的底面边皮，提高了废料的回收利用率且能提高回收处理的效率。

在本申请第一方面的某些实施方式中，在所述安装架的一侧设有硅锭翻转装置，在所述线切割装置上形成与所述安装架一侧的硅锭翻转装置对应的切割线段。

在本申请第一方面的某些实施方式中，在所述安装架的相对两侧分别设有硅锭翻转装置，在所述线切割装置上形成有与所述安装架相对两侧的硅锭翻转装置对应的切割线段。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述硅锭翻转装置包括：翻转托架，通过翻转传动轴轴接于所述底座；翻转驱动机构，用于驱动所述翻转托架。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述翻转托架包括：底架，用于承托硅锭的底面；侧架，与所述底架连接，用于承托硅锭的侧面。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述底架包括相对设置的两个支腿。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述底架还包括设于两个支腿之间的靠山。

在本申请第一方面的某些实施方式中，所述侧架上设有与所述切割线段对应的让线槽。

在本申请第一方面的某些实施方式中，在所述安装架上设有用于夹持硅锭侧面的夹持组件。

在本申请第一方面的某些实施方式中，在所述安装架上设有用于抵靠硅锭顶面的抵靠件。

本申请的第二方面公开一种硅锭的底面切割方法，应用于硅锭的底面切割设备中，所述硅锭的底面切割设备包括带有安装架的底座、可翻转地与底座连接的硅锭翻转装置、以及带有切割线段的线切割装置，所述硅锭的底面切割方法包括如下步骤：利用硅锭翻转装置将待切割的硅锭由上下料位置翻转至切割位置；利用线切割装置中的切割线段对位于切割位置处的待切割的硅锭进行底面切割，形成已切割的硅锭和底面边皮。

本申请公开的硅锭的底面切割方法，先将大尺寸的硅锭整个由上下料位置翻转至切割位置，之后，再对位于切割位置处的硅锭进行底面切割，获得完整的底面边皮，提高了废料的回收利用率且能提高回收处理的效率。

在本申请第二方面的某些实施方式中，硅锭的底面切割方法还包括如下步骤：利用硅锭翻转装置将已切割的硅锭和底面边皮由切割位置翻转至上下料位置，卸下已切割的硅锭和底面边皮。

在本申请第二方面的某些实施方式中，硅锭的底面切割方法还包括如下步骤：对位于切割位置处的待切割的硅锭进行夹持定位。

附图说明

图1显示为本申请硅锭的底面切割设备在某一实施例中的立体示意图。

图2显示为图1中硅锭翻转装置的结构示意图。

图3显示为某一实施例中底面切割设备在上下料位置承托待切割的硅锭的立体示意图。

图4为图3的侧视图。

图5显示为某一实施例中底面切割设备在切割位置承托待切割的硅锭的侧视图。

图6显示为某一实施例中底面切割设备在切割位置完成对硅锭的底面切割后的侧视图。

图7显示为本申请硅锭的底面切割设备在某一实施例中的立体示意图

图8显示为某一实施例中底面切割设备在上下料位置承托待切割的硅锭的立体示意图。

图9为图8的侧视图。

图10显示为某一实施例中底面切割设备在切割位置承托待切割的硅锭的侧视图。

图11显示为某一实施例中底面切割设备在切割位置完成对硅锭的底面切割后的侧视图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在以下描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一转向摆动可以被称作第二转向摆动，并且类似地，第二转向摆动可以被称作第一转向摆动，而不脱离各种所描述的实施例的范围。

本申请公开一种硅锭的底面切割设备，包括硅锭翻转装置和线切割装置，利用硅锭翻转装置可将大尺寸的硅锭整个由上下料位置翻转至切割位置，以供线切割装置可对位于切割位置处的硅锭进行底面切割。

请参阅图1，显示为本申请硅锭的底面切割设备在某一实施例中的立体示意图。在该实施例中，所述硅锭的底面切割设备是用于对硅锭进行底面切割，获得完整的底面边皮。

以多晶硅锭为例，多晶硅锭是由硅料定向凝固形成的产品，一般地，在多晶硅锭的生长过程中，通过温度控制，熔融的硅料自底部开始长晶，向上逐步长晶，并最终形成多晶硅锭。其中，多晶硅锭的底面部分和顶面部分相较于中间断部分成型较差且可能存在一定的缺陷(例如：硅料均匀性较差、存在杂质和气泡等)，因此，一般都需要将多晶硅锭的底面部分和顶面部分要去除掉。

在针对多晶硅锭的相关技术中，可先利用硅锭开方机对多晶硅锭进行开放切割以形成多个硅方体，再利用截断设备对硅方体进行头尾截断(硅方体中的头部和尾部即为硅锭的顶面部分和底面部分)，后续，可将被切割下来的废料(硅方体中的头部和尾部)重新利用并投入新的硅锭的生长工艺中。利用硅锭开方机对多晶硅锭进行开方切割以形成硅方体的具体实现方式可参考例如为CN102172997A、CN105216128A、CN105690582A等专利公开文献，利用截断设备对硅方体进行头尾截断的具体实现方式可参考例如为CN105196434A、CN106827268A、CN106827271A、CN106182479A等专利公开文献。由上可知，由于被切割下来的头部和尾部为尺寸较小的片状硅料，对这些片状硅料的回收利用，其处理流程繁琐且处理效率低下。

通过现有技术生长的多晶硅锭定向排杂效果较差，在硅锭的顶面部分分布有较多杂质和气泡等，相较于多晶硅锭的顶面部分，多晶硅锭的底面部分中的硅料成型则要更好些。本申请公开的硅锭的底面切割设备，主要在于对硅锭进行底面切割，获得完整的底面边皮，从而提高废料的回收利用率且能提高回收处理的效率。

如图1所示，本申请公开的硅锭的底面切割设备包括：底座1，硅锭翻转装置3，以及线切割装置5，其中，硅锭翻转装置3用于将硅锭在上下料位置和切割位置之间翻转，线切割装置5用于对位于切割位置处的硅锭进行底面切割。

底座是硅锭的底面切割设备的主体部件。一般地，底座的体积及重量均较大，从而可提供较大的安装面及牢靠的整机稳固度。如图1所示，在本实施例中，在底座1上设有一安装架11。

硅锭翻转装置可翻转地与底座连接，可实现在上下料位置和切割位置之间翻转。如图1所示，在本实施例中，在安装架11的一侧设有与底座1可翻转连接的硅锭翻转装置3。

请参阅图2，显示为图1中硅锭翻转装置的结构示意图。在实际的应用中，硅锭翻转装置3更包括：翻转托架31和翻转驱动机构33。

翻转托架31通过翻转传动轴35轴接于底座1。在本实施例中，翻转托架31可进一步包括：底架311和与底架311连接的侧架313，其中，底架311用于承托硅锭的底面，侧架313则用于承托硅锭的侧面。一般地，生长的硅锭为长方体结构，硅锭的高度相对硅锭的长度和宽度要小一些，因此，底面和顶面所在的平面尺寸较大，而四个侧面所在的平面尺寸则较小。以G7硅锭为例，其三维尺寸可达1160毫米*1160毫米*360毫米(长*宽*高)，重量足有1200千克(1.2吨)。因此，底架311和侧架313组成的翻转托架31整体呈L型结构，其中，底架311为L型结构的长边，侧架313为L型结构的短边。在本实施例中，硅锭翻转装置3在上下料位置处时，底架311呈水平状态；硅锭翻转装置3在切割位置处时，底架311呈竖直状态。

底架311是用于承托硅锭的底面，因此，底架311所形成的承托范围与硅锭的底面尺寸相适配。如图1和图2所示，底架311包括相对设置的两个支腿312，这样，在确保能承托硅锭的底面的情形下，可最大程度地减轻底架311及翻转托架31的重量，也有利于翻转托架31作翻转动作。当然，鉴于硅锭的底面尺寸较大，相对设置的两个支腿312之间的间距可能显得略大，且硅锭的底面也存在起伏不平坦等情形的可能，因此，在某些实施方式中，底架311还可包括设于两个支腿312之间的靠山314，靠山314的数量可以是一个或是更多个，靠山314的结构可以与支腿312的结构相类似，不过，靠山314的长度可短于支腿312。利用靠山314，可起到辅助承托及定位等作用。

侧架313是对应于硅锭的侧面以在翻转托架31翻转至切割位置时承托硅锭的侧面。

翻转驱动机构33用于驱动翻转托架31作翻转。如图2所示，在本实施例中，翻转驱动机构33可例如为带有活塞杆334的气缸或油缸332，活塞杆334的末端通过一翻转联动杆而与翻转传动轴35连接。在实际的应用中，一方面，由气缸或油缸332驱动活塞杆334伸出，伸出的活塞杆334通过一翻转联动杆带动翻转传动轴35转动(例如顺时针转动)，在翻转传动轴35的转动下，翻转托架31作翻转，由上下料位置翻转至切割位置。另一方面，由气缸或油缸332驱动活塞杆334收缩，收缩的活塞杆334通过翻转联动杆带动翻转传动轴35转动(例如逆时针转动)，在翻转传动轴35的转动下，翻转托架31作翻转，由切割位置翻转至上下料位置。

利用硅锭翻转装置3，可将硅锭由为水平状态的上下料位置翻转至为竖直状态的切割位置。为确保硅锭在切割位置处的稳定度，在本实施例中，如图1所示，在安装架11上设有用于夹持硅锭侧面的夹持组件。所述夹持组件可包括上下设置的两对夹持件，每一对夹持件中的两个夹持件71相对设置于安装架11上，且，每一个夹持件71可相对安装架11作移动(在本实施例中，所述移动方向即为X向)，如此，一对夹持件中的两个夹持件71能实现相向移动(两个夹持件71之间的夹持间距减小)或相背移动(两个夹持件71之间的夹持间距增加)，从而可适应不同尺寸的硅锭而夹持于硅锭的侧面。通过夹持组件，可将待切割的硅锭在切割位置处予以夹持定位。

当然，在其他实施方式中，在安装架11中朝向硅锭翻转装置3的安装面上还可设有用于抵靠硅锭顶面的抵靠件(未在图式中予以显示)。如此，在硅锭翻转装置3将硅锭由上下料位置翻转至切割位置时，安装架11上的抵靠件即可抵靠于硅锭顶面。所述抵靠件与硅锭翻转装置3中的底架311配合，对硅锭起到稳固定位。在具体应用中，所述抵触件可例如为具有一定伸缩活动的抵触块或抵触顶杆等，但并不以此为限，所述抵触件也可例如为橡胶垫块等。

线切割装置用于对位于切割位置处的硅锭翻转装置所承托的硅锭进行底面切割作业。如图1所示，在本实施例中，线切割装置5包括切割支座51、切割轮53以及切割线，其中，切割线绕于切割轮53而形成切割线段55。

切割支座51活动设于安装架11上。在某些实施方式中，切割支座51可包括两个，分别配置于安装架11的相对两个旁侧。为实现切割支座51活动设于安装架11上，切割支座51设有升降驱动机构。所述升降驱动机构可进一步包括：升降导轨、升降滑块以及升降驱动源，其中，所述升降导轨可沿升降方向设置(在本实施例中，所述升降方向即为Z向)，例如沿着安装架11设置，所述升降滑块设置于切割支座51上且与所述升降导轨相配合。为使得切割支座51升降移位的稳定性，可配置两个升降导轨，这两个升降导轨分别位于相应的切割支座51的相对两侧。所述升降驱动源则可包括沿竖直方向设置的滚珠丝杠和伺服电机，滚珠丝杠具有高精度、可逆性和高效率的特点，如此，通过伺服电机与滚珠丝杠的配合，确保切割支座51在竖直方向上升降移位的精准度。当然，所述升降驱动源也可作其他选择，例如，在某些实施方式中，所述升降驱动源可包括升降齿轨、驱动齿轮和升降驱动电机，其中，所述升降齿轨沿竖直方式设置(在本实施例中，所述升降齿轨即沿Z向设置)，所述驱动齿轮与所述升降齿轨啮合，所述升降驱动电机用于驱动所述驱动齿轮。如此，通过所述升降驱动源，可驱动切割支座51顺着所述升降导轨在竖直方向上进行升降移位。

切割轮53设于切割支座51上，切割线依序绕于切割支座51上的各个切割轮53，从而在两个切割支座51对应位置上的两个切割轮53之间形成线割线段。在本实施例中，在底座1上设有可翻转的一个硅锭翻转装置3，因此，在线切割装置5中，切割线依序绕于切割支座51上的切割轮53而形成一条切割线段55。

切割支座51可通过升降驱动机构可在竖直方向上沿着安装架11进行升降移位，这样，线切割装置5中两个切割支座51可由各自对应的升降驱动机构控制以进行升降移位。在某些实施方式中，相对设置的两个切割支座51可在各自对应的升降驱动机构控制下进行同步升降移位，这样，两个切割支座51之间的切割线段55始终为水平状态并据此对硅锭的底面进行切割。在某些实施方式中，相对设置的两个切割支座51在各自对应的升降驱动机构控制下非同步升降移位，其中的一个切割支座51可相对另一个切割支座51作偏向移动。在具体实现上，利用升降驱动机构，可实现将相对设置的两个切割支座51非同步升降移位，使得两个切割支座51相对于硅锭而言为上下设置(即，两个切割支座51之间的切割线段55为非水平设置)，从而在切割作业时，切割线段55中位于在下的部分切割线段要比位于在上的部分切割线段先接触硅锭，那么在后续切割线段55从硅锭出线时，则是切割线段55中位于在上的部分切割线段要比位于在下的部分切割线段后离开硅锭而出线，如此，在下的部分切割线段出线的硅锭表面就可杜绝、避免至少是减少了出现崩边的情形，最大程度地保护硅锭的表面，提高了硅锭的切割质量。再有，由于切割线段55与硅锭的切割角度呈非直角的锐角或钝角，在切割时，切割线段55中的有效切割线段要短于前述切割线段55为水平状态下进行切割时的有效线段，且，切割线段55不会受到硅锭的正面压迫，减缓了切割线段55的损伤，延长了切割线段55的使用寿命。

需说明的是，考虑到为实现对待切割的硅锭的完全切割以及为避免切割线段因受到阻挡而产生损伤等状况，本申请提供的技术方案对在处于切割位置时用于承托待切割的硅锭的侧架313进行了一定的结构设计。在本实施例中，在侧架313中邻近翻转托架31的区域，该区域即邻近待切割的硅锭的底面，设置有与线切割装置5中的切割线段55对应的一条让线槽315(如图1所示，在本实施例中，让线槽315沿X向设置)。至于让线槽315的尺寸，一般地，让线槽315的宽度和深度可适当大一些，以提供较大的冗余度，例如，让线槽的宽度可例如为8毫米至20毫米。这样，线切割装置5中的切割线段55跟随切割支座51相对安装架11下降，由切割支座51上的切割线段55对硅锭翻转装置3所承托的待切割的硅锭进行底面切割，切割线段55到达待切割的硅锭的底端并继续下降直至贯穿待切割的硅锭，从待切割的硅锭穿出的切割线段55即可恰好没入相应的让线槽315内，实现对待切割的硅锭的完全切割，形成已切割的硅锭和底面边皮。在本实施例中，底面边皮的厚度可约为10毫米至30毫米，一般地，可例如为20毫米至30毫米。

当然，对于线切割装置5，在两个切割支座51或安装架11上还可设置相应的导线轮、张力机构等，用于实现切割线的导向、张力调整等，关于导线轮、张力机构等设置，在此不再赘述。

当应用图1所示实施例中的底面切割设备实施硅锭的底面切割时，在初始状态下，硅锭翻转装置3处于上下料位置(即，硅锭翻转装置3中的翻转托架31处于水平状态或近似于水平状态)且线切割装置5处于安装架11的顶端。

首先，将待切割的硅锭10平放于硅锭翻转装置3上，由翻转托架31中的底架311承托待切割的硅锭10的底面，由翻转托架31中的侧架313抵靠待切割的硅锭10的侧面。实施该步骤后的状态可参阅图3和图4，其中，图3显示为某一实施例中的底面切割设备在上下料位置承托待切割的硅锭的立体示意图，图4为图3的侧视图。在实际应用中，将待切割的硅锭10平放于硅锭翻转装置3上可具体包括：可利用硅锭装卸装置将待切割的硅锭10装载至翻转托架31的底架311上，推顶硅锭10直至使其抵靠于翻转托架31中的侧架313。

驱动翻转托架31作翻转，将翻转托架31由上下料位置翻转至切割位置(即，翻转托架31中的底架311由原先的水平状态或近似于水平状态翻转至竖直状态或近似于竖直状态)，由翻转托架31中的侧架313承托待切割的硅锭10的侧面，此时，驱动安装架11上的多对夹持件中的各个夹持件71朝向硅锭10移动以夹持于硅锭10的侧面，对位于切割位置处的待切割的硅锭10进行夹持定位。实施该步骤后的状态可参阅图5，显示为某一实施例中的底面切割设备在切割位置承托待切割的硅锭的侧视图。

驱动切割支座51相对安装架11下降，切割线段55跟随切割支座51下降，由切割线段55对待切割的硅锭10进行底面切割，直至切割线段55贯穿待切割的硅锭10并没入相应的让线槽315内，实现对待切割的硅锭10的完全切割，形成已切割的硅锭12和底面边皮14。实施该步骤后的状态可参阅图6，显示为某一实施例中的底面切割设备在切割位置完成对硅锭的底面切割后的侧视图。

后续，仍可利用硅锭翻转装置，驱动翻转托架31作翻转，将翻转托架31由切割位置翻转至上下料位置(即，翻转托架31中的底架311由原先的竖直状态或近似于竖直状态翻转至水平状态或近似于水平状态)，由翻转托架31中的底架311承托底面边皮14和硅锭12，将已切割的硅锭12和底面边皮14予以卸下，并重新装载上新的待切割的硅锭。而卸下的底面边皮14则可被重新利用并投入新的硅锭的生长工艺中，例如，底面边皮14可作为新的硅锭的生长基底，在底面边皮14上继续生长晶体以形成新的硅锭。

需说明的是，在本实施例中，利用底面切割设备可对硅锭的底面进行切割后形成底面边皮，但并不以此为限，实际上，本领域技术人员通过前述说明，基于相似的原理，同样，可利用所述底面切割设备可对硅锭的顶面进行切割后能获得顶面边皮，在此不再赘述。

请参阅图7，显示为本申请硅锭的底面切割设备在某一实施例中的立体示意图。在该实施例中，所述硅锭的底面切割设备是用于对硅锭进行底面切割，获得完整的底面边皮。

如图7所示，本申请公开的硅锭的底面切割设备包括：底座1，硅锭翻转装置，以及线切割装置5，其中，硅锭翻转装置用于将硅锭在上下料位置和切割位置之间翻转，线切割装置5用于对位于切割位置处的硅锭进行底面切割。

底座是硅锭的底面切割设备的主体部件。一般地，底座的体积及重量均较大，从而可提供较大的安装面及牢靠的整机稳固度。如图7所示，在本实施例中，在底座1的中央区域设有一安装架11。

硅锭翻转装置可翻转地与底座连接，可实现在上下料位置和切割位置之间翻转。如图7所示，在本实施例中，在安装架11的相对两侧设有与底座1可翻转连接的两个硅锭翻转装置。为便于描述，在以下说明中，可将这两个硅锭翻转装置称为第一硅锭翻转装置3和第二硅锭翻转装置4。利用第一硅锭翻转装置3和第二硅锭翻转装置4，可分别承载硅锭并将对应的硅锭在上下料位置和切割位置之间翻转，即，将待切割的硅锭由上下料位置翻转至切割位置以及将已切割的硅锭由切割位置翻转至上下料位置。

第一硅锭翻转装置3和第二硅锭翻转装置4的结构可以是相同的，因此，可具体参阅图2来说明图7中第一硅锭翻转装置3的结构。如图2所示，在实际的应用中，第一硅锭翻转装置3更包括：翻转托架31和翻转驱动机构33。

翻转托架31通过翻转传动轴35轴接于底座1。在本实施例中，翻转托架31可进一步包括：底架311和与底架311连接的侧架313，其中，底架311用于承托硅锭的底面，侧架313则用于承托硅锭的侧面。一般地，生长的硅锭为长方体结构，硅锭的高度相对硅锭的长度和宽度要小一些，因此，底面和顶面所在的平面尺寸较大，而四个侧面所在的平面尺寸则较小。以G7硅锭为例，其三维尺寸可达1160毫米*1160毫米*360毫米(长*宽*高)，重量足有1200千克(1.2吨)。因此，底架311和侧架313组成的翻转托架31整体呈L型结构，其中，底架311为L型结构的长边，侧架313为L型结构的短边。在本实施例中，第一硅锭翻转装置3在上下料位置处时，底架311呈水平状态；第一硅锭翻转装置3在切割位置处时，底架311呈竖直状态。

底架311是用于承托硅锭的底面，因此，底架311所形成的承托范围与硅锭的底面尺寸相适配。如图7和图2所示，底架311包括相对设置的两个支腿312，这样，在确保能承托硅锭的底面的情形下，可最大程度地减轻底架311及翻转托架31的重量，也有利于翻转托架31作翻转动作。当然，鉴于硅锭的底面尺寸较大，相对设置的两个支腿312之间的间距可能显得略大，且硅锭的底面也存在起伏不平坦等情形的可能，因此，在某些实施方式中，底架311还可包括设于两个支腿312之间的靠山314，靠山314的数量可以是一个或是更多个，靠山314的结构可以与支腿312的结构相类似，不过，靠山314的长度可短于支腿312。利用靠山314，可起到辅助承托及定位等作用。

侧架313是对应于硅锭的侧面以在翻转托架31翻转至切割位置时承托硅锭的侧面。

翻转驱动机构33用于驱动翻转托架31作翻转。如图2所示，在本实施例中，翻转驱动机构33可例如为带有活塞杆334的气缸或油缸332，活塞杆334的末端通过一翻转联动杆而与翻转传动轴35连接。在实际的应用中，一方面，由气缸或油缸332驱动活塞杆334伸出，伸出的活塞杆334通过翻转联动杆带动翻转传动轴35转动(例如顺时针转动)，在翻转传动轴35的转动下，翻转托架31作翻转，由上下料位置翻转至切割位置。另一方面，由气缸或油缸332驱动活塞杆334收缩，收缩的活塞杆334通过翻转联动杆带动翻转传动轴35转动(例如逆时针转动)，在翻转传动轴35的转动下，翻转托架31作翻转，由切割位置翻转至上下料位置。

同理，第二硅锭翻转装置4更包括：翻转托架41和翻转驱动机构(未在图式中显示，具体结构可参考图2)。

翻转托架41通过翻转传动轴轴接于底座1。在本实施例中，翻转托架41可进一步包括：底架411和与底架411连接的侧架413，其中，底架411用于承托硅锭的底面，侧架413则用于承托硅锭的侧面。一般地，生长的硅锭为长方体结构，硅锭的高度相对硅锭的长度和宽度要小一些，因此，底面和顶面所在的平面尺寸较大，而四个侧面所在的平面尺寸则较小。以G7硅锭为例，其三维尺寸可达1160毫米*1160毫米*360毫米(长*宽*高)，重量足有1200千克(1.2吨)。因此，底架411和侧架413组成的翻转托架41整体呈L型结构，其中，底架411为L型结构的长边，侧架413为L型结构的短边。在本实施例中，第一硅锭翻转装置4在上下料位置处时，底架411呈水平状态；第一硅锭翻转装置4在切割位置处时，底架411呈竖直状态。

底架411是用于承托硅锭的底面，因此，底架411所形成的承托范围与硅锭的底面尺寸相适配。如图7和图2所示，底架411包括相对设置的两个支腿412，这样，在确保能承托硅锭的底面的情形下，可最大程度地减轻底架411及翻转托架41的重量，也有利于翻转托架41作翻转动作。当然，鉴于硅锭的底面尺寸较大，相对设置的两个支腿412之间的间距可能显得略大，且硅锭的底面也存在起伏不平坦等情形的可能，因此，在某些实施方式中，底架411还可包括设于两个支腿412之间的靠山414，靠山414的数量可以是一个或是更多个，靠山414的结构可以与支腿412的结构相类似，不过，靠山414的长度可短于支腿412。利用靠山414，可起到辅助承托及定位等作用。

侧架413是对应于硅锭的侧面以在翻转托架41翻转至切割位置时承托硅锭的侧面。

翻转驱动机构用于驱动翻转托架41作翻转。在本实施例中，翻转驱动机构可例如为带有活塞杆的气缸或油缸，活塞杆的末端通过一翻转联动杆而与翻转传动轴连接。在实际的应用中，一方面，由气缸或油缸驱动活塞杆伸出，伸出的活塞杆通过翻转联动杆带动翻转传动轴转动(例如逆时针转动)，在翻转传动轴的转动下，翻转托架41作翻转，由上下料位置翻转至切割位置。另一方面，由气缸或油缸驱动活塞杆收缩，收缩的活塞杆通过翻转联动杆带动翻转传动轴转动(例如顺时针转动)，在翻转传动轴的转动下，翻转托架41作翻转，由切割位置翻转至上下料位置。

利用第一硅锭翻转装置3和第二硅锭翻转装置4，可将硅锭由为水平状态的上下料位置翻转至为竖直状态的切割位置。为确保硅锭在切割位置处的稳定度，在本实施例中，如图7所示，在安装架11上设有用于夹持硅锭侧面的夹持组件。针对每一个硅锭翻转装置(第一硅锭翻转装置3或第二硅锭翻转装置4)，所述夹持组件可包括上下设置的两对夹持件，每一对夹持件中的两个夹持件71相对设置于安装架11上，且，每一个夹持件71可相对安装架11作移动(在本实施例中，所述移动方向即为X向)，如此，一对夹持件中的两个夹持件71能实现相向移动(两个夹持件71之间的夹持间距减小)或相背移动(两个夹持件71之间的夹持间距增加)，从而可适应不同尺寸的硅锭而夹持于硅锭的侧面。通过夹持组件，可将待切割的硅锭在切割位置处予以夹持定位。

当然，在其他实施方式中，在安装架11中朝向第一硅锭翻转装置3的安装面上还可设有用于抵靠硅锭顶面的抵靠件(未在图式中予以显示)以及在安装架11中朝向第二硅锭翻转装置4的安装面上还可设有用于抵靠硅锭顶面的抵靠件(未在图式中予以显示)。如此，在第一硅锭翻转装置3将硅锭由上下料位置翻转至切割位置以及第二硅锭翻转装置4将硅锭由上下料位置翻转至切割位置时，安装架11上的抵靠件即可抵靠于硅锭顶面。其中，抵靠件与第一硅锭翻转装置3中的底架311配合，对第一硅锭翻转装置3所承载的硅锭起到稳固定位，抵靠件与第二硅锭翻转装置4中的底架411配合，对第二硅锭翻转装置4所承载的硅锭起到稳固定位。在具体应用中，所述抵触件可例如为具有一定伸缩活动的抵触块或抵触顶杆等，但并不以此为限，所述抵触件也可例如为橡胶垫块等。

线切割装置用于对位于切割位置处的硅锭翻转装置所承托的硅锭进行底面切割作业。如图7所示，在本实施例中，线切割装置5包括切割支座51、切割轮53以及切割线，其中，切割线绕于切割轮53而形成切割线段。

切割支座51活动设于安装架11上。在某些实施方式中，切割支座51可包括两个，分别配置于安装架11的相对两个旁侧。为实现切割支座51活动设于安装架11上，切割支座51设有升降驱动机构。所述升降驱动机构可进一步包括：升降导轨、升降滑块以及升降驱动源，其中，所述升降导轨可沿升降方向设置(在本实施例中，所述升降方向即为Z向)，例如沿着安装架11设置，所述升降滑块设置于切割支座51上且与所述升降导轨相配合。为使得切割支座51升降移位的稳定性，可配置两个升降导轨，这两个升降导轨分别位于相应的切割支座51的相对两侧。所述升降驱动源则可包括沿竖直方向设置的滚珠丝杠和伺服电机，滚珠丝杠具有高精度、可逆性和高效率的特点，如此，通过伺服电机与滚珠丝杠的配合，确保切割支座51在竖直方向上升降移位的精准度。当然，所述升降驱动源也可作其他选择，例如，在某些实施方式中，所述升降驱动源可包括升降齿轨、驱动齿轮和升降驱动电机，其中，所述升降齿轨沿竖直方式设置(在本实施例中，所述升降齿轨即沿Z向设置)，所述驱动齿轮与所述升降齿轨啮合，所述升降驱动电机用于驱动所述驱动齿轮。如此，通过所述升降驱动源，可驱动切割支座51顺着所述升降导轨在竖直方向上进行升降移位。

切割轮53设于切割支座51上，如图7所示，在本实施例中，在切割支座51上设有朝向第一硅锭翻转装置3的切割轮组和朝向第二硅锭翻转装置4的切割轮组，每一个切割轮组中包括有至少两个切割轮53。切割线依序绕于切割支座51上的各个切割轮53，从而在两个切割支座51中对应第一硅锭翻转装置3的各个切割轮53之间形成切割线段和对应第二硅锭翻转装置4的各个切割轮53之间形成切割线段。为便于描述，在以下说明中，可将这两条切割线段分别称为第一切割线段55和第二切割线段56，其中，第一切割线段55对应于第一硅锭翻转装置3，第二切割线段56对应于第二硅锭翻转装置4。

切割支座51可通过升降驱动机构可在竖直方向上沿着安装架11进行升降移位，这样，线切割装置5中两个切割支座51可由各自对应的升降驱动机构控制以进行升降移位。在某些实施方式中，相对设置的两个切割支座51可在各自对应的升降驱动机构控制下进行同步升降移位，这样，两个切割支座51之间的第一切割线段55和第二切割线段56始终为水平状态并据此对硅锭的底面进行切割。在某些实施方式中，相对设置的两个切割支座51在各自对应的升降驱动机构控制下非同步升降移位，其中的一个切割支座51可相对另一个切割支座51作偏向移动。在具体实现上，利用升降驱动机构，可实现将相对设置的两个切割支座51非同步升降移位，使得两个切割支座51相对于硅锭而言为上下设置(即，两个切割支座51之间的第一切割线段55和第二切割线段56为非水平设置)，从而在切割作业时，第一切割线段55(或第二切割线段56)中位于在下的部分切割线段要比位于在上的部分切割线段先接触硅锭，那么在后续第一切割线段55(或第二切割线段56)从硅锭出线时，则是第一切割线段55(或第二切割线段56)中位于在上的部分切割线段要比位于在下的部分切割线段后离开硅锭而出线，如此，在下的部分切割线段出线的硅锭表面就可杜绝、避免至少是减少了出现崩边的情形，最大程度地保护硅锭的表面，提高了硅锭的切割质量。再有，由于第一切割线段55(或第二切割线段56)与硅锭的切割角度呈非直角的锐角或钝角，在切割时，第一切割线段55(或第二切割线段56)中的有效切割线段要短于前述第一切割线段55(或第二切割线段56)为水平状态下进行切割时的有效线段，且，第一切割线段55(或第二切割线段56)不会受到硅锭的正面压迫，减缓了第一切割线段55(或第二切割线段56)的损伤，延长了第一切割线段55(或第二切割线段56)的使用寿命。

需说明的是，考虑到为实现对待切割的硅锭的完全切割以及为避免切割线段因受到阻挡而产生损伤等状况，本申请提供的技术方案对在处于切割位置时用于承托待切割的硅锭的侧架313、413进行了一定的结构设计。在本实施例中，以侧架313为例，在侧架313中邻近翻转托架31的区域，该区域即邻近待切割的硅锭的底面，设置有与线切割装置5中的第一切割线段55对应的一条让线槽315(如图7所示，在本实施例中，让线槽315沿X向设置)。至于让线槽315的尺寸，一般地，让线槽315的宽度和深度可适当大一些，以提供较大的冗余度，例如，让线槽的宽度可例如为8毫米至20毫米。这样，线切割装置5中的第一切割线段55跟随切割支座51相对安装架11下降，由切割支座51上的第一切割线段55对第一硅锭翻转装置3所承托的待切割的硅锭进行底面切割，第一切割线段55到达待切割的硅锭的底端并继续下降直至贯穿待切割的硅锭，从待切割的硅锭穿出的第一切割线段55即可恰好没入相应的让线槽315内，实现对待切割的硅锭的完全切割，形成已切割的硅锭和底面边皮。以侧架413为例，在侧架413中邻近翻转托架41的区域，该区域即邻近待切割的硅锭的底面，设置有与线切割装置5中的第二切割线段56对应的一条让线槽(未在图7中予以显示，在本实施例中，该让线槽沿X向设置)。至于让线槽415的尺寸，一般地，让线槽415的宽度和深度可适当大一些，以提供较大的冗余度，例如，让线槽的宽度可例如为8毫米至20毫米。这样，线切割装置5中的第二切割线段56跟随切割支座51相对安装架11下降，由切割支座51上的第二切割线段56对第二硅锭翻转装置4所承托的待切割的硅锭进行底面切割，第二切割线段56到达待切割的硅锭的底端并继续下降直至贯穿待切割的硅锭，从待切割的硅锭穿出的第二切割线段56即可恰好没入相应的让线槽内，实现对待切割的硅锭的完全切割，形成已切割的硅锭和底面边皮。在本实施例中，底面边皮的厚度可约为10毫米至30毫米，一般地，可例如为20毫米至30毫米。

当然，对于线切割装置5，在两个切割支座51或安装架11上还可设置相应的导线轮、张力机构等，用于实现切割线的导向、张力调整等，关于导线轮、张力机构等设置，在此不再赘述。

当应用图7所示实施例中的底面切割设备实施硅锭的底面切割时，在初始状态下，第一硅锭翻转装置3和第二硅锭翻转装置4处于上下料位置(即，第一硅锭翻转装置3中的翻转托架31和第二硅锭翻转装置4中的翻转托架41处于水平状态或近似于水平状态)且线切割装置5处于安装架11的顶端。

首先，将两个待切割的硅锭10分别平放于第一硅锭翻转装置3和第二硅锭翻转装置4上，其中，对于第一硅锭翻转装置3，由翻转托架31中的底架311承托待切割的硅锭10的底面，由翻转托架31中的侧架313抵靠待切割的硅锭10的侧面，对于第二硅锭翻转装置4，由翻转托架41中的底架411承托待切割的硅锭10的底面，由翻转托架41中的侧架413抵靠待切割的硅锭10的侧面。实施该步骤后的状态可参阅图8和图9，其中，图8显示为某一实施例中的底面切割设备在上下料位置承托待切割的硅锭的立体示意图，图9为图8的侧视图。在实际应用中，以第一硅锭翻转装置3为例，将待切割的硅锭10平放于第一硅锭翻转装置3上可具体包括：可利用硅锭装卸装置将待切割的硅锭10装载至第一翻转托架31的底架311上，推顶硅锭10直至使其抵靠于翻转托架31中的侧架313。

驱动第一硅锭翻转装置3中的翻转托架31作翻转，将翻转托架31由上下料位置翻转至切割位置(即，翻转托架31中的底架311由原先的水平状态或近似于水平状态翻转至竖直状态或近似于竖直状态)，由翻转托架31中的侧架313承托待切割的硅锭10的侧面，此时，驱动安装架11上的多对夹持件中的各个夹持件71朝向硅锭10移动以夹持于硅锭10的侧面，对位于切割位置处的待切割的硅锭10进行夹持定位。驱动第二硅锭翻转装置4中的翻转托架41作翻转，将翻转托架41由上下料位置翻转至切割位置(即，翻转托架41中的底架411由原先的水平状态或近似于水平状态翻转至竖直状态或近似于竖直状态)，由翻转托架41中的侧架413承托待切割的硅锭10的侧面，此时，驱动安装架11上的多对夹持件中的各个夹持件71朝向硅锭10移动以夹持于硅锭10的侧面，对位于切割位置处的待切割的硅锭10进行夹持定位。实施该步骤后的状态可参阅图10，显示为某一实施例中的底面切割设备在切割位置承托待切割的硅锭的侧视图。

驱动切割支座51相对安装架11下降，第一切割线段55和第二切割线段56跟随切割支座51下降，其中，由第一切割线段55对第一硅锭翻转装置3所承托的待切割的硅锭10进行底面切割，直至第一切割线段55贯穿待切割的硅锭10并没入相应的让线槽315内，实现对待切割的硅锭10的完全切割以形成已切割的硅锭12和底面边皮14，由第二切割线段56对第二硅锭翻转装置4所承托的待切割的硅锭10进行底面切割，直至第二切割线段56贯穿待切割的硅锭10并没入相应的让线槽415内，实现对待切割的硅锭10的完全切割以形成已切割的硅锭12和底面边皮14。实施该步骤后的状态可参阅图11，显示为某一实施例中的底面切割设备在切割位置完成对硅锭的底面切割后的侧视图。

后续，仍可利用第一硅锭翻转装置3驱动翻转托架31作翻转，将翻转托架31由切割位置翻转至上下料位置(即，翻转托架31中的底架311由原先的竖直状态或近似于竖直状态翻转至水平状态或近似于水平状态)，由翻转托架31中的底架311承托底面边皮14和硅锭12，将已切割的硅锭12和底面边皮14予以卸下，并重新装载上新的待切割的硅锭。利用第二硅锭翻转装置4驱动翻转托架41作翻转，将翻转托架41由切割位置翻转至上下料位置(即，翻转托架41中的底架411由原先的竖直状态或近似于竖直状态翻转至水平状态或近似于水平状态)，由翻转托架41中的底架411承托底面边皮14和硅锭12，将已切割的硅锭12和底面边皮14予以卸下，并重新装载上新的待切割的硅锭。而卸下的底面边皮14则可被重新利用并投入新的硅锭的生长工艺中，例如，底面边皮14可作为新的硅锭的生长基底，在底面边皮14上继续生长晶体以形成新的硅锭。

本申请公开的硅锭的底面切割设备，提供有硅锭翻转装置和线切割装置，利用硅锭翻转装置可将大尺寸的硅锭整个由上下料位置翻转至切割位置，以供线切割装置可对位于切割位置处的硅锭进行底面切割，获得完整的底面边皮，提高了废料的回收利用率且能提高回收处理的效率。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种硅锭的底面切割设备，其特征在于，包括：

底座，设有安装架；

硅锭翻转装置，可翻转地与所述底座连接，用于将硅锭在上下料位置和切割位置之间翻转；以及

线切割装置，包括切割支座、切割轮、以及切割线，其中，所述切割线绕于所述切割轮而形成切割线段；所述切割线段跟随所述切割支座相对所述安装架活动以对位于切割位置处的硅锭进行底面切割。

2.根据权利要求1所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，在所述安装架的一侧设有硅锭翻转装置，在所述线切割装置上形成与所述安装架一侧的硅锭翻转装置对应的切割线段。

3.根据权利要求1所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，在所述安装架的相对两侧分别设有硅锭翻转装置，在所述线切割装置上形成有与所述安装架相对两侧的硅锭翻转装置对应的切割线段。

4.根据权利要求1所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，所述硅锭翻转装置包括：

翻转托架，通过翻转传动轴轴接于所述底座；以及

翻转驱动机构，用于驱动所述翻转托架。

5.根据权利要求4所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，所述翻转托架包括：

底架，用于承托硅锭的底面；以及

侧架，与所述底架连接，用于承托硅锭的侧面。

6.根据权利要求5所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，所述底架包括相对设置的两个支腿。

7.根据权利要求6所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，所述底架还包括设于两个支腿之间的靠山。

8.根据权利要求5所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，所述侧架上设有与所述切割线段对应的让线槽。

9.根据权利要求1所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，在所述安装架上设有用于夹持硅锭侧面的夹持组件。

10.根据权利要求1所述的硅锭的底面切割设备，其特征在于，在所述安装架上设有用于抵靠硅锭顶面的抵靠件。

11.一种硅锭的底面切割方法，应用于硅锭的底面切割设备中，所述硅锭的底面切割设备包括带有安装架的底座、可翻转地与底座连接的硅锭翻转装置、以及带有切割线段的线切割装置，其特征在于，所述硅锭的底面切割方法包括如下步骤：

利用硅锭翻转装置将待切割的硅锭由上下料位置翻转至切割位置；以及

利用线切割装置中的切割线段对位于切割位置处的待切割的硅锭进行底面切割，形成已切割的硅锭和底面边皮。

12.根据权利要求11所述的硅锭的底面切割方法，其特征在于，还包括如下步骤：

利用硅锭翻转装置将已切割的硅锭和底面边皮由切割位置翻转至上下料位置，卸下已切割的硅锭和底面边皮。

13.根据权利要求11所述的硅锭的底面切割方法，其特征在于，还包括如下步骤：

对位于切割位置处的待切割的硅锭进行夹持定位。