CN114054928B - 一种硅芯焊接装置及硅芯焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种硅芯焊接装置及方法，属于硅芯制备领域。上述硅芯焊接装置包括壳体、夹持结构、超声波发生器及加热组件；壳体包括安装通孔，安装通孔用于安装硅芯；夹持结构与壳体连接，用于夹持硅芯。超声波发生器设置在壳体内，用于对硅芯进行焊接；加热组件用于对硅芯进行加热。使用时，先将硅芯的焊接面加热至预设温度，然后利用超声波发生器对硅芯进行超声震动；在超声震动的作用下，两个硅芯被焊接在一起形成长度更长的硅芯。由于上述硅芯焊接装置及焊接方法结构简单，操作方便，因此其焊接效率较高。另外，上述硅芯的焊接面处强度较高，从而能够保证生产稳定性。

Description

一种硅芯焊接装置及硅芯焊接方法
技术领域
本发明涉及硅芯制备领域，具体而言，涉及一种硅芯焊接装置及硅芯焊接方法。
背景技术
改良西门子法多晶硅生产工艺是通过采用气相沉积工艺进行多晶硅生产，该工艺是通过在硅芯上进行硅沉积从而实现多晶硅的生产。随着多晶硅行业的技术进步，为进一步降低多晶硅生产能耗，行业内普遍采用更大的还原炉进行多晶硅生产，从而导致需要更长的硅芯来进行生产。
目前，长直硅芯主要通过采用搭接、电磁焊接、激光焊接等方式来进行生产，但以上生产方式均存在一定的局限性，采用搭接方式时，由于硅料脆性高的缘故，在还原炉内气流的影响下极易产生断裂，从而影响生产稳定性；采用电磁、激光焊接的方式虽然能够提升焊接稳定性，但在焊接过程中所需时间周期较长，严重限制了硅芯生产效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅芯焊接装置，其能够保证焊接质量的同时，提升硅芯生产效率。
本发明的另一目的在于提供一种硅芯焊接方法，其采用了上述硅芯焊接装置。
本发明是这样实现的：
一种硅芯焊接装置，包括：
壳体，所述壳体包括安装通孔，所述安装通孔用于安装硅芯；
夹持结构，所述夹持结构与所述壳体连接，用于夹持所述硅芯；
超声波发生器，所述超声波发生器设置在所述壳体内，用于对所述硅芯进行焊接；以及
加热组件，所述加热组件用于对所述硅芯进行加热。
作为优选，所述壳体包括第一部分和第二部分，所述安装通孔贯穿所述第一部分及所述第二部分；所述超声波发生器包括超声变幅杆，所述第一部分及所述第二部分通过所述超声变幅杆连接。
作为优选，包括两个所述超声波发生器，两个所述超声发生器分别位于所述安装孔的两侧。
作为优选，所述超声波发生器的超声变幅杆与所述安装孔的轴线平行设置。
作为优选，所述加热组件为感应线圈，所述感应线圈套设在所述硅芯上。
作为优选，所述加热组件为电弧加热或微波加热结构。
作为优选，所述夹持结构包括两个夹持头；所述夹持头采用耐磨合金支撑；或者，所述夹持头表面涂敷碳化硅或氧化铝涂层。
作为优选，所述夹持结构包括两个夹持组件，所述夹持组件包括夹持头、丝杆及电机；
所述壳体内设置有滑槽，所述夹持头滑动设置在所述滑槽内，所述夹持头的转动自由端被所述滑槽的槽壁限制；所述丝杆与所述夹持头螺纹连接，所述电机与所述丝杆传动连接。
一种硅芯焊接方法，使用了所述的硅芯焊接装置，包括以下步骤：
将待焊接的两个硅芯分别插接在所述安装孔中，并使得两个硅芯的端部抵接；固定其中一个硅芯，将另外一个硅芯利用夹持结构进行夹持；
启动加热装置，对所述两个硅芯的接触处加热至预设温度；
启动超声波发生器，对硅芯进行超声震动。
作为优选，所述预设温度为200-600℃。
本发明的有益效果是：
本发明通过上述设计得到的硅芯焊接装置及焊接方法，使用时，先将硅芯的焊接面加热至预设温度，然后利用超声波发生器对硅芯进行超声震动；在超声震动的作用下，两个硅芯被焊接在一起形成长度更长的硅芯。由于上述硅芯焊接装置及焊接方法结构简单，操作方便，因此其焊接效率较高。另外，上述硅芯的焊接面处强度较高，从而能够保证生产稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施方式提供的硅芯焊接装置的剖视图。
图标：1-上端硅芯；2-丝杆；3-夹持头；4-超声变幅杆；5-电机；6-超声波发生器；7-感应线圈；8-外壳；9-下端硅芯。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例：
请参考图1，本实施例提供了一种硅芯焊接装置，用于对两根待焊接硅芯进行焊接，以得到长度较长的硅芯。具体操作时，可将下端硅芯9竖直固定在地面上，将上端硅芯1设置在上述硅芯的上方，并相互抵接。
上述硅芯焊接装置包括壳体、夹持结构、加热组件及超声波发生器6等部分；夹持结构、加热组件及超声波发生器6均固定安装在上述壳体中。其中，夹持结构用于固定硅芯，加热组件用于对焊接面进行加热，超声波发生器6用于产生超声震动，从而使得将两个硅芯焊接在一起。
具体地，壳体包括安装通孔，硅芯被固定在上述安装通孔中，从而便于进行焊接。上述壳体分成第一部分和第二部分，第一部分设置在第二部分上方；上述安装通孔贯穿上述第一部分及第二部分。
本实施例中，硅芯焊接装置包括两个超声波发生器6，两个超声波发生器6分别位于安装孔的两侧。
超声波发生器6的超声变幅杆4与上述安装孔的轴线平行设置，壳体的第一部分及第二部分通过两个超声变幅杆4连接。由于两个超声变幅杆4设置在安装孔的两侧，其能够使产生的超声波聚集在安装孔中，从而有效作用于待焊接硅芯，进而提高焊接质量。
为了便于将两个硅芯焊接在一起，在正式启动超声波发生器6之前，需要对两个硅芯的焊接面进行加热。本实施例中，加热组件采用了感应线圈7，感应线圈7设置在壳体第二部分，并套设在安装孔上。采用感两个硅芯的焊面位于感应线圈7的中部，从而能够对焊接面进行直接加热。采用感应线圈7加热便于控制加热温度，从而为焊接质量提供保证。
本实施例中的夹持结构主要用于对上端硅芯1进行固定，下端硅芯9可通过地面上的其它固定结构(图中未示出)进行固定。上述夹持结构设置在壳体的第一部分中，其包括两个夹持组件，两个夹持组件分别位于安装孔的两侧，从而便于对上端硅芯1进行夹持。
具体地，上述夹持组件包括夹持头3、丝杆2及电机5；壳体第一部分内设置有滑槽，上述夹持头3滑动设置在上述滑槽中，滑槽的槽壁能够限制夹持头3的转动。丝杆2沿垂直于壳体安装孔的方向延伸；夹持头3通过其中部的螺纹孔与丝杆2连接，电机5与丝杆2传动连接，从而驱动丝杆2转动。丝杆2转动时，由于夹持头3的转动自由度被限制，因此其只能沿丝杆2轴向运动。当两个夹持组件的夹持头3相互靠近时，其能够将硅芯夹紧；当两个夹持组件的夹持头3相互远离时，其能够将硅芯松开。
进一步地，上述夹持头3采用了硬质耐磨合金材质；从而能够在为硅芯提供可靠夹持力的同时减少夹持头3变形磨损。
本实施例提供的硅芯焊接装置，其利用超声波完成焊接。超声波焊接是利用超声波发生器6产生机械振动能，使被焊工件的接触界面在静压力和振动能量的共同作用下，通过摩擦、温升和变形，使氧化膜或其他表面附着物被破坏，并使纯净界面之间原子无限接近，产生结合与扩散，实现可靠连接。
需要说明的是，本实施例仅仅是本申请众多实施例中的一种，在其它实施例中，加热组件可以采用电弧加热或微波加热。另外，夹持头3还可以是表面涂敷有碳化硅或氧化铝的材料。
实施例2：
本实施例提供了一种硅芯焊接方法，其使用了实施例1中硅芯焊接装置，包括以下步骤：
将下方的硅芯竖直固定在地面上，并将硅芯焊接装置套设在下方硅芯的上端，使得下方硅芯的上端位于壳体安装孔内；然后将另外一根硅芯插接在上述壳体安装孔内，并使得两根硅芯端部抵接。
启动加热装置，利用感应线圈7将两个硅芯的焊接面加热至200-600℃；并启动超声波发生器6对硅芯进行焊接。
由于硅芯本身脆性比较大，如上述温度过低，则会增加硅芯的脆性，焊接过程中，硅芯容易断裂；而温度过高会增加焊接成本。因此，选择上述温度能够在使得硅芯不易断裂的情况下尽量降低焊接成本。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种硅芯焊接装置，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体包括安装通孔，所述安装通孔用于安装硅芯；
夹持结构，所述夹持结构与所述壳体连接，用于夹持所述硅芯；
超声波发生器，所述超声波发生器设置在所述壳体内，用于对所述硅芯进行焊接；以及
加热组件，所述加热组件用于对所述硅芯进行加热；
所述夹持结构包括两个夹持组件，所述夹持组件包括夹持头、丝杆及电机；
所述壳体内设置有滑槽，所述夹持头滑动设置在所述滑槽内，所述夹持头的转动自由度被所述滑槽的槽壁限制；所述丝杆与所述夹持头螺纹连接，所述电机与所述丝杆传动连接；
所述壳体包括第一部分和第二部分，所述安装通孔贯穿所述第一部分及所述第二部分；所述超声波发生器包括超声变幅杆，所述第一部分及所述第二部分通过所述超声变幅杆连接。
2.根据权利要求1所述的硅芯焊接装置，其特征在于：
包括两个所述超声波发生器，两个所述超声波发生器分别位于所述安装通孔的两侧。
3.根据权利要求2所述的硅芯焊接装置，其特征在于：
所述超声波发生器的超声变幅杆与所述安装通孔的轴线平行设置。
4.根据权利要求1所述硅芯焊接装置，其特征在于：
所述加热组件为感应线圈，所述感应线圈套设在所述硅芯上。
5.根据权利要求1所述的硅芯焊接装置，其特征在于：
所述加热组件为电弧加热或微波加热结构。
6.根据权利要求1所述的硅芯焊接装置，其特征在于：
所述夹持结构包括两个夹持头；所述夹持头采用耐磨合金支撑；或者，所述夹持头表面涂敷碳化硅或氧化铝涂层。
7.一种硅芯焊接方法，使用了权利要求1-6任一项所述的硅芯焊接装置，其特征在于，包括以下步骤：
将待焊接的两个硅芯分别插接在所述安装通孔中，并使得两个硅芯的端部抵接；固定其中一个硅芯，将另外一个硅芯利用夹持结构进行夹持；
启动加热装置，对所述两个硅芯的接触处加热至预设温度；
启动超声波发生器，对硅芯进行超声震动。
8.根据权利要求7所述的硅芯焊接方法，其特征在于，所述预设温度为200-600℃。
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