CN110791806A - 一种硅芯的连接方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅芯的连接方法及其装置，涉及多晶硅生产设备领域，针对单次焊接单根硅芯的生产制备效率低的问题，提供了以下技术方案，包括以下步骤，通过设置多个硅芯的夹持部件，将待连接硅芯固定于夹持部件内，控制系统调控加热系统对待连接硅芯端部进行加热、降温等，实现同步对多根硅芯进行连接，连接完成后通过控制系统自动将硅芯从加热系统内取出，达到同步进行多根硅芯连接的目的。

Description

一种硅芯的连接方法及其装置

技术领域

本发明涉及多晶硅生产设备领域，更具体地说，它涉及一种硅芯的连接方法及其装置。

背景技术

市场上主流多晶硅材料制备厂商采用改良西门子法生产多晶硅。通过含硅气体在还原炉内的多晶硅载体表面反应沉积制备多晶硅。多晶硅载体即为硅芯，通过夹持装置均匀分布于还原炉底盘上，两根硅芯通过顶部的横梁结构形成导电回路，多对硅芯通过底盘的电极导电后发热至气体反应温度，从而实现含硅气体在载体表面还原沉积，硅芯随着沉积过程，生长形成硅棒，从而生产多晶硅材料。

如上所述，单根硅芯是一个整体，一般为8-15mm直径的圆柱形硅芯或者相应边长的方形硅芯。随着多晶硅生产技术的不断发展，还原炉从径向及高度方面不断增长，衍生出超4m高度的大型还原炉，相应的硅芯高度也要求达到4m甚至更高。在硅芯生产制备过程中，硅芯高度需要统一。由于受应力、刀具、卡具等因素的影响，硅芯断裂难免发生，长度达不到还原炉中的使用要求，无法使用。目前，通常使用硅芯焊接方法，通过各类方式加热硅芯端面，使得硅芯端面熔化后对接，实现硅芯焊接，减少硅芯生产成本。然而，上述焊接方法结构简单，单次焊接单根硅芯，生产制备效率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硅芯的连接方法及其装置，具有能同步进行多根硅芯连接的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种硅芯的连接方法，包括以下步骤：

步骤(1)将待连接的硅芯固定于夹持部件内，通过控制系统控制机械臂使待连接硅芯于同一竖直线齐平，使待连接的硅芯端部进入加热系统内；

步骤(2)将硅芯的端面在加热系统内预热至700～900℃使硅芯具备热塑性；

步骤(3)移动硅芯使得两根硅芯的端面相互贴合后，升高加热系统的温度至1200～1420℃；

步骤(4)硅芯的端部在高温环境中其端面局部熔化，控制加热系统在5～20min内降温至750～900℃，保持5～10min后自然降温至室温；

步骤(5)夹持系统解除下夹具对硅芯的夹持作用，与此同时下夹具带动连接后的硅芯从加热系统内取出。

采用上述技术方案，硅芯焊接时，因加热区域小，热损耗较大，先将端面预热至750～900℃，硅芯具备热塑性后，端面贴合，继续加热至1200～1420℃，将端面局部熔化，在5～20分钟内缓慢降温至750～900℃，保持5～10min，释放内应力后，自然降温至室温；当连接后的硅芯将至室温时，硅芯连接处的内应力基本消除，连接后的硅芯不易折断。

优选的，一种硅芯的连接装置，包括主机机体、设置于主机机体内的控制系统和加热系统，所述加热系统设置于主机机体外，所述加热系统与控制系统联接，所述主机机体朝向机体外设有机械臂，所述机械臂与控制系统联接，所述机械臂的表面连接有用于夹持硅芯的夹持部件，所述夹持部件沿机械臂的长度方向设有多个，所述机械臂包括设置于加热系统两侧的第一机械臂和第二机械臂。

采用上述技术方案，待连接硅芯通过夹持部件固定于第一机械臂和第二机械臂上，通过控制系统控制第一机械臂和第二机械臂的移动，使待连接的两根硅芯的端面保持齐平并解除，通过控制系统控制加热系统内的升温和降温，从而实现同一竖直线上的两根硅芯的连接，由于夹持部件沿机械臂的长度方向设置有多个，即夹持部件分别沿第一机械臂和第二机械臂的长度方向均设置有多个，从而实现第一机械臂和第二机械臂相对位置的移动即可实现多根硅芯的同步连接。

通过控制系统使第一机械臂或第二机械臂在竖直方向上移动，机械臂的相应速度快，相比于人工对硅芯进行对轴，降低了对轴的误差；同时带动多根硅芯的同步移动，由加热系统同时进行加热，提高了加热系统的热能转化率，减少热能的浪费；多根硅芯的同步连接，提高了硅芯连接节点的一致性，减少成品连接质量的差异性，降低了在硅芯实际使用过程中因硅芯局部差异导致的发热不均等问题发生的概率；同时，多组硅芯同步连接，降低了连接成本，提高硅芯连接的规模化生产效率。

优选的，所述夹持部件包括沿水平方向设置的两个夹持块，两个所述夹持块共同合围形成容纳硅芯贯穿经过的内空间。

采用上述技术方案，通过两个夹持块之间水平方向距离的调节，使夹持块合围形成的加持部件的内空间大小可调节，降低了对于待连接硅芯尺寸的限制。

优选的，两个所述夹持块的内壁均设有滑轮，所述滑轮沿竖直平面转动，所述滑轮的弧形面与硅芯的表面接触，所述滑轮的轴联接有电机，所述电机的开关电路与控制系统联接。

采用上述技术方案，滑轮在转动过程中其弧形面带动硅芯在竖直方向的移动，通过控制系统控制电机实现夹持机构对硅芯的移动，当硅芯的连接完成时，滑轮转动使硅芯离开加热系统进行收集，减少了操作人员之间与硅芯接触时对硅芯表面施力不均导致硅芯损坏的情况发生。

优选的，所述夹持块的内壁开有凹槽，所述凹槽内沿水平方向设有推杆，所述推杆的动力开关与控制系统联接，所述推杆远离凹槽的一端连接有夹板。

采用上述技术方案，当硅芯位于夹持部件内时，推杆推动夹板朝向硅芯的方向挤压，增大了夹持部件与硅芯的接触面积，提高了夹持部件对硅芯固定时的稳定性，降低了硅芯从夹持部件的内空间掉落的概率；通过控制系统控制推杆的动力开关，实现了夹板在水平方向位置的可调节，凹槽为夹板和推杆的移动提供了容纳的空间，减少推杆和夹板的移动对夹持部件内可容纳硅芯的空间的占用，提高夹持部件内空间的利用率。

优选的，所述第一机械臂朝向第二机械臂的表面设有红外发射器，所述第二机械臂朝向第一机械臂的表面设有红外接收器，所述红外发射器和红外接收器沿同一竖直线设置，所述红外发射器和红外接收器均与控制系统联接。

采用上述技术方案，通过红外接收器对红外感应器的接收状态，对第一机械臂上夹持部件与第二机械臂上夹持部件的相对位置进行确定，控制系统控制红外发射器发射红外线，当红外接收器接收到来自红外发射器的红外线时，红外接收器向控制系统发送信号，使控制系统接收到待连接硅芯的端面已齐平的信息，从而自动停止第一机械臂和第二机械臂的运动，实现自动化控制。

优选的，所述主机机体的外表面设有触控连接屏，所述触控连接屏与控制系统联接。

采用上述技术方案，通过触控显示屏对控制系统进行控制，控制系统接收到机处理结构通过触控显示屏显示，便于操作人员对整个连接装置的控制，以及实现对硅芯连接过程的监控。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过在机械臂上沿其长度方向设置多个夹持部件，实现多根硅芯的同步连接，一方面提高了加热系统的热能转化率，另一方面，提高了硅芯连接的生产效率；

2.通过红外接收器对来自红外发射器的红外线的感应情况，判断待连接硅芯端部的横截面是否对齐，降低了硅芯连接时端部相互贴合的误差；

3.通过控制系统对整个连接装置进行自动调节，减少了人为操作时造成的误差，提高成品质量的一致性。

附图说明

图1为本发明硅芯的连接装置的结构示意图。

图2为本发明硅芯的连接装置中夹持部件的结构示意图。

图3为控制系统的工作流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：主机机体1、加热系统2、触控显示屏3、机械臂4、红外发射器5、红外接收器6、夹持部件7、固定槽8、滑轮9、缓冲层10、夹板11、推杆12、凹槽13。

一种硅芯的连接装置，如图1和图2所示，包括主机机体1设置于主机机体1外的加热系统2，加热系统2内设有感应加热线圈，主机机体1内设置有控制系统，加热系统2的电源开关电路与控制系统联接，主机机体1的表面设有触控显示屏3，触控显示屏3与控制系统联接，通过对触控显示屏3的触控操作实现对控制系统的控制。主机机体1朝向主机机体1外设有机械臂4，机械臂4的一端连接有电机组，电机组设置于主机机体1内，电机组与控制系统联接，通过控制系统调节机械臂4在竖直方向和水平方向的移动。

机械臂4在水平面的形状可根据实际生产需要设置为任意形状，机械臂4的表面开有固定槽8，固定槽8内可拆卸连接有夹持部件7，夹持部件7沿机械臂4的长度方向设置有多个，夹持部件7包括两个沿水平方向设置的夹持块，两个夹持块共同合围形成供硅芯贯穿经过的内空间，该内空间沿竖直方向呈圆柱状。

夹持块的内壁设有滑轮9，滑轮9围绕其转轴沿竖直平面转动，滑轮9的弧形面朝向夹持部件7内空间的轴心方向设置，滑轮9的转轴连接有电机，电机的电源开关电路与控制系统联接，滑轮9沿夹持块内壁的长度方向设置有2个。夹持块的内壁还开有凹槽13，凹槽13设置于2个滑轮9之间，凹槽13的内壁沿水平方向设有推杆12，推杆12包括活动杆和工作电机，通过工作电机使活动杆沿水平方向做往返运动，推杆12的工作电机与控制系统联接，推杆12远离凹槽13的一端连接有夹板11，夹板11远离推杆12的表面设置为弧面，弧面的圆心朝向夹持部件7内空间的轴心方向设置，夹板11远离推杆12的表面以及滑轮9的弧形面均设有缓冲层10，缓冲层10用于减少硅芯的表面在夹持部件7内受力时的冲击，从而减少夹持部件7在夹持硅芯的过程中对硅芯表面的磨损。

加热系统2包括沿水平方向设置的加热线圈，加热线圈可设置为电热感应线圈、激光加热线圈，或者电弧等方式加热或辅助预处理加热。机械臂4包括沿加热系统2竖直方向上下两侧设置的第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂朝向第二机械臂的表面设有红外发射器5，第二机械臂朝向第一机械臂的表面设有红外接收器6，红外发射器5与红外接收器6均与控制系统联接，红外发射器5与红外接收器6沿同一竖直线设置。

如图3所示，操作人员通过触控显示屏3对控制系统进行操控，控制系统向机械臂4发送指令，使第一机械臂和第二机械臂从主机机体1沿水平方向伸出，此时控制系统向红外发射器5发送指令，红外发射器5沿竖直方向向下发射红外线，当每个第一机械臂上的夹持部件7均与第二机械臂上对应的夹持部件7在同一竖直线对齐时，红外接收器6恰好位于红外发射器5的竖直下方，此时红外接收器6接收到来自红外发射器5的红外线信号，红外接收器6向控制系统传递信号，控制系统接收到该信号后向机械臂4输入停止运动的信号，控制系统向加热系统2发送信号，使待连接硅芯的端面在加热系统2内预热至700～900℃，控制系统通过控制滑轮9的转动使待连接的两根硅芯的端面相互贴合，加热系统2内的温度升至1200～1420℃，相互贴合的待连接硅芯端部在高温环境中局部熔化，加热系统2在5～20min内降温至750～900℃，在此温度环境中保持5～10min后自然降温至室温，完成硅芯的连接，控制系统控制夹持部件7内滑轮9的转动将硅芯从加热系统2中取出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明远离前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种硅芯的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)将待连接的硅芯固定于夹持部件内，通过控制系统控制机械臂使待连接硅芯于同一竖直线齐平，使待连接的硅芯端部进入加热系统内；

步骤(2)将硅芯的端面在加热系统内预热至700～900℃使硅芯具备热塑性；

步骤(3)移动硅芯使得两根硅芯的端面相互贴合后，升高加热系统的温度至1200～1420℃；

步骤(4)硅芯的端部在高温环境中其端面局部熔化，控制加热系统在5～20min内降温至750～900℃，保持5～10min后自然降温至室温；

步骤(5)夹持系统解除下夹具对硅芯的夹持作用，与此同时下夹具带动连接后的硅芯从加热系统内取出。

2.一种实现如权利要求1所述的连接方法的装置，包括主机机体、设置于主机机体内的控制系统和加热系统，所述加热系统设置于主机机体外，所述加热系统与控制系统联接，其特征在于：所述主机机体朝向机体外设有机械臂，所述机械臂与控制系统联接，所述机械臂的表面连接有用于夹持硅芯的夹持部件，所述夹持部件沿机械臂的长度方向设有多个，所述机械臂包括设置于加热系统两侧的第一机械臂和第二机械臂。

3.根据权利要求2所述的一种硅芯的连接装置，其特征在于：所述夹持部件包括沿水平方向设置的两个夹持块，两个所述夹持块共同合围形成容纳硅芯贯穿经过的内空间。

4.根据权利要求3所述的一种硅芯的连接装置，其特征在于：两个所述夹持块的内壁均设有滑轮，所述滑轮沿竖直平面转动，所述滑轮的弧形面与硅芯的表面接触，所述滑轮的轴联接有电机，所述电机的开关电路与控制系统联接。

5.根据权利要求4所述的一种硅芯的连接装置，其特征在于：所述夹持块的内壁开有凹槽，所述凹槽内沿水平方向设有推杆，所述推杆的动力开关与控制系统联接，所述推杆远离凹槽的一端连接有夹板。

6.根据权利要求5所述的一种硅芯的连接装置，其特征在于：所述滑轮的弧形面与夹板的外表面均设有缓冲层。

7.根据权利要求1所述的一种硅芯的连接装置，其特征在于：所述第一机械臂朝向第二机械臂的表面设有红外发射器，所述第二机械臂朝向第一机械臂的表面设有红外接收器，所述红外发射器和红外接收器沿同一竖直线设置，所述红外发射器和红外接收器均与控制系统联接。

8.根据权利要求1所述的一种硅芯的连接装置，其特征在于：所述主机机体的外表面设有触控连接屏，所述触控连接屏与控制系统联接。

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