CN115593482A - 一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其包括车架；设置在所述车架上的车斗，所述车斗构造为承载晶棒或者用于硅料的加料器；旋转机构，所述旋转机构用于促动所述车斗围绕旋转轴在水平向和竖向间旋转，所述旋转轴沿着水平横向延伸并位于所述车斗的中部，本发明用于晶棒搬运和硅料加装的装置具有旋转机构，从而可以调整车斗在水平向和竖向间的位置，以满足晶棒生产的要求，方便人员操作，进而可以有助于节省人力，增加安全性，提高生产效率。

Description

一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置

技术领域

本发明属于晶棒生产制造技术领域，具体涉及一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置。

背景技术

随着电子信息产业和光伏产业的不断发展，单晶硅片的需求量不断增多，产品质量要求也日渐严格。硅片生产的一道工序为单晶硅棒的生长，单晶棒的生产过程中涉及到初次加料、硅料加装、晶棒取出、晶棒尺寸数据测量、晶棒转运等多道工序。传统的直拉法生长单晶硅棒在每一道工序，均需要设计对应的工装，工具种类繁杂，操作过程相对繁琐，自动化程度低。

在硅料加装、晶棒取出和转运工序中，不同工装之间的对接，不可避免的需要手动调整加料器和晶棒的角度、位置等，过多的人工干预费时费力，并且容易出现安全问题。此外，在人工手动干预过程中，由于石英加料桶和单晶硅棒材质的原因，存在损坏加料桶和已经生长出的单晶硅棒的风险。

除此之外，大尺寸单晶硅片在芯片制造中表现出的明显优势，推动行业内生产制造更大尺寸的单晶硅棒，现有人工操作等已经较难满足实际的生产需求。

因此，为了更好地提高晶棒生产的效率，降低人工手动操作的失误，针对硅料加装、晶棒取出和转运工序中的设备进行结构优化和整合尤为重要。

发明内容

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，提供一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置，该用于晶棒搬运和硅料加装的装置可以有效实现晶棒的搬运转移，以及硅料的加装，使得晶棒生产的操作工序集中，节省人力，安全性高，提高了硅棒的生产效率，同时也降低了设备成本。

根据本发明，提出的技术方案为：

一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置，包括：

车架，

设置在所述车架上的车斗，所述车斗构造为承载晶棒或者用于硅料的加料器，

旋转机构，所述旋转机构用于促动所述车斗围绕旋转轴在水平向和竖向间旋转，所述旋转轴沿着水平横向延伸并位于所述车斗的中部。

在一个实施例中，所述车斗通过所述旋转轴铰接到升降平台上，在所述升降平台与所述车架之间设置有升降机构。

在一个实施例中，所述车斗包括：

框状的支撑架，

设置在所述支撑架的第一端顶面的对中盘，

设置在所述支撑架的顶面的紧固支架，所述紧固支架为两个并横向相对式设置，且两个所述紧固支架用于相对于所述支撑架横向移动，

设置在各所述紧固支架上的卡爪，两个所述紧固支架上的所述卡爪位置匹配式成对设置，

设置在所述支撑架的第二端的支撑盘。

在一个实施例中，所述卡爪具有：

平行于支撑架所在平面并横向延伸的承托部，

垂直于支撑架所在平面延伸的卡接部，所述卡接部与所述承托部固定连接，

设置在所述承托部和所述卡接部的内侧的滚筒。

在一个实施例中，在所述对中盘的内壁上设置有至少三个周向上间隔的抵接头，所述抵接头通过弹性件设置在所述对中盘的内壁上，并且在各所述抵接头的自由端设置有导轮。

在一个实施例中，在所述抵接头上设置有用于测量直径的第一传感器。

在一个实施例中，在所述对中盘与所述紧固支架之间设置有固定在所述支撑架的顶面的限位环。

在一个实施例中，所述支撑盘的中心处开设有连通孔，在所述支撑盘的第一端表面上设置有围绕所述连通孔的居中限位套。

在一个实施例中，在所述支撑盘上设置有第二传感器，所述第二传感器构造为位置传感器并与用于促动所述紧固支架横向移动的夹紧电机连接。

在一个实施例中，所述旋转机构包括：

驱动电机，

与所述驱动电机连接的齿条，所述齿条在所述驱动电机作用下运动，

设置在所述旋转轴与所述齿条之间的减速器，所述减速器构造为自锁式以用于所述车斗悬停在预设位置。

相比现有技术，本发明的优点在于：该用于晶棒搬运和硅料加装的装置具有旋转机构，从而可以调整车斗在水平向和竖向间的位置，以满足晶棒生产的要求，方便人员操作，进而可以有助于节省人力，增加安全性，提高生产效率。

附图说明

下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1示意性显示了本发明一个实施例的用于晶棒搬运和硅料加装的装置的结构图；

图2示意性显示了本发明一个实施例的用于晶棒搬运和硅料加装的装置的结构图；

图3示意性显示了本发明一个实施例的用于晶棒搬运和硅料加装的装置的车斗处于斜向位置的结构图；

图4示意性显示了本发明一个实施例的用于晶棒搬运和硅料加装的装置的车斗处于竖向位置的结构图；

图5示意性显示了本发明一个实施例的用于晶棒搬运和硅料加装的装置的车斗处于水平纵向位置的结构图。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

需要说明的是，本申请中术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

本申请提供一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置。如图1到5所示，用于晶棒搬运和硅料加装的装置包括车架10、车斗11和旋转机构。其中车架10为架状的推车式，主要起到基础框架支撑以及移动作用。车斗11设置于车架10上，主要用来承载晶棒和承载用于硅料的加料器。旋转机构用于实现车斗11的旋转，具体的，该车斗11在旋转中围绕旋转轴111进行，并且可以使得车斗11在水平向与竖向(竖向与图5中上下方向一致)之间进行仰俯。旋转轴111沿着水平横向(横向与图5中的前后方向一致)延伸并位于车斗11的中部。

在使用中，可以通过旋转机构调节车斗11的位置，使得车斗11悬停在竖向与水平向之间的预设，进而满足晶棒生产的要求，方便人员操作，进而可以有助于节省人力，增加安全性，提高生产效率。

在一个实施例中，车斗11通过旋转轴111铰接到升降平台124上，在升降平台124与车架10之间设置有升降机构。也就是说，升降机构可以促动升降平台124相对于车架10进行升降运动，进而带动车斗11相对于车架10进行升降，从而调节车斗11在竖向上的高度，增加调节范围，进一步提高该用于晶棒搬运和硅料加装的装置的使用灵活性，提高工作效率。通过图可以看出来，升降平台124构造为由杆状或者管状材料拼接而成的U型框状，其U型开口设置在第二端(第二端与图5中右端方向一致)，用于为车斗11的旋转提供空间。该升降平台124结构简单，制造方便。

具体地，车斗11外形大致呈长方形，并具有由纵杆和横杆拼接的框状的支撑架110。车斗11通过旋转机构驱动进行旋转。旋转机构包括旋转驱动电机131、齿条132、减速器133。旋转驱动电机131设置于升降平台124上，能够驱动齿条132做水平运动。齿条132与减速器133输入轴上的齿轮活动连接。因此旋转驱动电机131所提供的驱动力可以传递至减速器133的转轴。旋转轴111设置于车斗11的横向两侧，并与减速器133的输出轴紧固连接，能够在减速器133带动下旋转，进而驱动车斗11旋转。减速器133安装于升降平台124上，可以输出任意角度的旋转状态，并且由于减速器133内的多个齿轮间存在自锁作用，能够保证输出轴在任意角度位置处悬停，因此旋转轴111也将跟随减速器133输出轴的旋转位置带动车斗11进行旋转，并且能够在操作人员需要的任意角度保持悬停状态。

在用于晶棒搬运和硅料加装的装置使用中，用于承载和转运晶棒17，车斗11被调节到竖向时，可以方便地将晶棒17从牵引室竖直放置到车斗11内；在车斗11被调节到水平纵向时，可以将晶棒17转运至截断或滚圆工序，能够方便地实现工序间的对接。可见，通过车头11的位置调节方便了晶棒17的转运操作，保护了晶棒17的安全。

在用于晶棒搬运和硅料加装的装置使用中，用于承载和转运加料器18的实施例中，车斗11可为水平向、斜向和竖向多种状态。例如，在水平纵向时，车斗11处于水平状态，操作人员能够平稳地将加料器18转移至车斗11的固定位置。在竖向与水平纵向间的任意倾斜角度内，操作人员可根据自身身高和硅料加装的需要，选择将车斗11与加料器18保持一定的倾斜角度(加料器18的轴向与水平的夹角)，车斗11在减速器133的自锁作用下保持该位置的悬停，操作人员能够方便地将硅料装入加料器18内。在此过程中，车斗11能够保持一个平稳固定的状态。在竖向时，可以方便地将加料器18转移至牵引室内，并最终完成将硅料装至石英坩埚内的工作。

具体地，升降机构构造为连杆式升降机构。具体地，升降机构包括连杆机构123、驱动电机121、传动组件122和滑块125。连杆机构123的一端连接到升降平台124，连杆机构123的另一端设置有滑块125。滑块125与纵向延伸的固定导轨126滑动式连接。升降驱动电机121安装于车架10上，具有对称双输出轴，并且两输出轴可以实现同步旋转。在安装后，升降驱动电机121的双输出轴横向延伸。传动组件122能够将升降驱动电机121输出轴的旋转运动传递至滑块125，以驱动滑块125做往复直线运动，并最终带动连杆机构123进行倾斜角度变化，进而促动升降平台124升降。可以理解的，该传动组件122可以构造为丝杠传动机构。可以理解的，固定导轨126纵向延伸并在水平运动的起始行程处分别设置限位块等限位机构，用于使得滑块125能够实现在固定长度范围内的水平运动。连杆机构123为两组并横向间隔式设置于车架10两侧。升降平台124平面可以作为车斗11、旋转机构的固定基础，当晶棒需要转移至滚圆或截断工序时，可以根据后续工序设备对接高度的需要，利用升降机构将升降平台124升高或降低至某一高度，通过滚动的方式将晶棒17转移至下一道工序，方便人员操作。

在车斗11的支撑架110的第一端顶面上设置对中盘141。该对中盘141用于限定来料，例如，晶棒17或加料器18在进入车斗11的过程中，首先经过对中盘141然后再向第二端延伸。对中盘141为圆环形，内侧壁设置至少三个抵接头142，并周向上间隔分布。优选地，抵接头142的自由端设有导轮152，能够将滑动摩擦变为滚动摩擦，并对晶棒17或加料器18起到一定的导向作用。再优选地，抵接头142通过弹性件例如弹簧设置到对中盘141上。弹簧所提供的弹力能够保证抵接头142紧紧抵接晶棒17或加料器18的表面，确保晶棒17或加料器18尽量居中。

用于晶棒搬运和硅料加装的装置还包括用于测量晶棒的直径测量机构。例如，该直径测量机构包括两个第一传感器151。第一传感器151安装于抵接头142上，两第一传感器151周向间隔式布置。在晶棒17直径测量的实施例中，晶棒17进入到对中盘141并与抵接头142抵接，此时第一传感器151与晶棒17表面接触。在晶棒17移动进入车斗的过程中，一次或者多次采集晶棒17表面的数据，经过直径测量算法进行数据处理后，得到晶棒的直径数据。例如，在晶棒17移动过程中，每间隔一段时间，采集一组晶棒17的表面数据，或者每间隔轴向一定的距离，采集一组晶棒17的表面数据，由此可以得到多组轴向上不同位置的晶棒17的直径数据。

在支撑架110上设置紧固支架162。其中，紧固支架162为两个，并在横向上间隔相对式设置，用于起到支撑的作用。在紧固支架162上设置有卡爪163。卡爪163成对设置，一对中的卡爪163分别设置在不同的紧固支架162上。在紧固支架162之间设置有夹紧电机161，用于带动紧固支架162相对于支撑架110横向运动，进而带动成对的卡爪163靠近或者远离，以完成夹紧或者松开的工作目的。卡爪163具有承托部1631、卡接部1632和滚筒1633。其中，承托部1631平行于支撑架110所在平面并横向延伸，并且，相匹配的卡爪163的承托部1631横向间隔式设置。卡接部1632垂直于支撑架110所在平面延伸，并与承托部1631固定连接。也就是，当晶棒17的轴向水平时，该卡接部1632竖向延伸。可以理解的，还可以在卡接部1632的远离承托部1631的那端设置大体平行于承托部1631的限位部，以阻挡晶棒17例如意外脱落。滚筒1633设置在承托部1631和卡接部1632的内侧，主要用于实现滚动摩擦，保证晶棒17以及加料器18的顺利进入，并防止两者被划伤。在用于晶棒搬运和硅料加装的装置应用到晶棒17的实施例中，当车斗11竖向时，晶棒17经过对中盘141后向第二端延伸，直到卡爪163处，通过滚筒1633引导继续移动。

优选地，设置在承托部1631上的滚筒1633的旋转轴可以与承托部1631的轴向平行，用于保证滚筒1633与晶棒17或加料器18的抵接。而设置在各卡接部1632的内侧滚筒1633可以为多个，多个内侧滚筒1633可以首尾相对，并称一定角度连接，用于更加适配于晶棒17的外观。例如，在各卡接部1632的内侧滚筒1633的数量为两个，并这两个滚筒1633的轴向的夹角为135度。

容易理解的，可以在紧固支架162与支撑架110之间设置有例如凹凸配合的导轨机构，用于引导紧固支架162相对于支撑架110横向运动。

车斗11还包括设置在支撑架110的第二端的支撑盘164。该支撑盘164主要起到支撑晶棒17或者加料器18的第二端的作用。另外，在支撑盘164上设置有第二传感器，并且第二传感器与用于促动紧固支架162的夹紧电机161信号连接。该第二传感器为位置传感器。在使用中，晶棒17的尾部通过卡爪163后，逐渐靠近支撑盘164并触发支撑盘164的第二传感器后，夹紧电机161启动，并驱动紧固支架162收缩紧固，做到晶棒17的完全固定。这种实施方式，可以实现晶棒17和加料器18的自动夹紧，并保证其安全。在车斗11水平时，可以启动夹紧电机161用于促动紧固支架162相向运动，用于解除对晶棒17的夹紧。之后，可以经过滚筒1633的引导将晶棒17卸载并转移至下一道工序。

支撑盘164的中心处开设有连通孔1641。在支撑盘的第一端表面上设置有围绕连通孔1641的居中限位套1642。晶棒17安装后，其尾端可以部分传穿过连通孔1641并实现卡接。通过设置连通孔1641的大小，而调整穿过连通孔1641的晶棒17的尾端的长度，避免晶棒17伸出支撑盘164太长，以有效保护晶棒17的安全。在用于晶棒搬运和硅料加装的装置应用到加料器18时，加料器18的本体第二端可以被限定在限位环1642内，即便加料过程中，出现漏料，所漏出的料也会被限定在限位环1642于连通孔1641之间。也就是说，该限位环1642可以起到挡料作用。

在对中盘141与紧固支架162的轴向之间设置有限位环171。该限位环171固定在支撑架110的顶面上。一方面，该限位环171与对中盘141轴向间隔式设置，可以限定棒状的晶棒17或者加料器18的位置，更好的保证其大体居中。另一方面，该限位环171还起到了辅助轴向限位的作用。例如，在加料器18装入用于晶棒搬运和硅料加装的装置的实施例中，加料器18经过对中盘141，一直朝向支撑盘164方向移动，直至加料器18的底部依靠支撑盘164进行支撑，当加料器18达到限位后，夹紧电机161驱动紧固支架162将加料器18进行收缩紧固。即便加料器18在移动过程中，由于自身轴向尺寸限制未能坐落到支持盘164上，也会通过自身上的卡盘可以坐落到限位环171上。可见，该限位环171可以起到支撑加料器18的作用。

在晶棒17的生产中，需要利用本申请的用于晶棒搬运和硅料加装的装置进行直径测量和搬运。如图4和图5所示，具体工作流程是，旋转机构驱动车斗11为竖向工作状态，来自单晶炉牵引室中的高温晶棒17在对中盘141以及抵接头142的作用下，定位晶棒17居中度好。此时两个第一传感器151前端触头保持与晶棒17表面的接触。在晶棒17降落至车斗11第二端的过程中，两个第一传感器151采集晶棒17的表面数据并处理，得到晶棒17等径部分的直径数据。当晶棒17降落至支撑盘164时，触发其上的第二传感器。第二传感器自动化联动夹紧电机161，以驱动紧固支架162自动向内收缩，将晶棒17夹紧固定。完成取出晶棒17并测量直径的目的。当晶棒17冷却后，利用旋转机构将车斗11调整至水平状态。此时，主要通过承托部1631承托该晶棒17。根据晶棒17加工工序对接设备的需要，通过升降机构将晶棒17升至一定高度。之后，夹紧机构将晶棒17稍稍松开，轻微推动晶棒17，在滚筒1633作用下很容易将晶棒17转移至晶棒加工工序，完成晶棒17的转运。

在硅料加装的实施例中，如图3所示，本发明具体工作流程是，旋转机构驱动车斗11为水平相工作状态，操作人员将加料器18安装至车斗11中。当加料器18触发支撑盘164上的第二传感器后，夹紧机构驱动紧固支架162自动向内收缩，将加料器18夹紧固定。然后在旋转机构的驱动下，操作人员根据硅料加装需要，将车斗11旋转至某一斜向角度，此时在减速器133的作用下，加料器18保持在该位置的悬停状态，操作人员将硅料倒入加料器18内。当加料器18内的硅料加装完毕后，旋转机构驱动车斗11为竖向工作状态，此时将单晶炉内的重锤降低与加料器18顶部对接，然后将加料器18升至单晶炉内，完成硅料的加装。

根据本发明用于晶棒搬运和硅料加装的装置，能够自动地将高温状态的晶棒从单晶炉牵引室中快速转移至车斗中，全自动方案能够确保操作人员的安全，并且可以有效保护晶棒不被损坏。同时在晶棒取出过程中，能够第一时间采集晶棒等径部分的直径数据，此过程安全可靠，大大提升了操作的效率。此外，本发明硅料加装的实施方法，操作人员可以快速地完成硅料加装，由于加料器为石英材质，也能够极大地降低加料器地损坏概率，从而大大降低加料器的物料成本。本发明将晶棒转运、硅料加装集中于同一设备进行，并且实现了操作的自动化，在降低设备成本的同时，也降低了人员进行不同设备培训学习的人力成本。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，包括：

车架，

设置在所述车架上的车斗，所述车斗构造为承载晶棒或者用于硅料的加料器，

旋转机构，所述旋转机构用于促动所述车斗围绕旋转轴在水平向和竖向间旋转，所述旋转轴沿着水平横向延伸并位于所述车斗的中部。

2.根据权利要求1所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，所述车斗通过所述旋转轴铰接到升降平台上，在所述升降平台与所述车架之间设置有升降机构。

3.根据权利要求2所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，所述车斗包括：

框状的支撑架，

设置在所述支撑架的第一端顶面的对中盘，

设置在所述支撑架的顶面的紧固支架，所述紧固支架为两个并横向相对式设置，且两个所述紧固支架用于相对于所述支撑架横向移动，

设置在各所述紧固支架上的卡爪，两个所述紧固支架上的所述卡爪位置匹配式成对设置，

设置在所述支撑架的第二端的支撑盘。

4.根据权利要求3所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，所述卡爪具有：

平行于支撑架所在平面并横向延伸的承托部，

垂直于支撑架所在平面延伸的卡接部，所述卡接部与所述承托部固定连接，

设置在所述承托部和所述卡接部的内侧的滚筒。

5.根据权利要求3或4所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，在所述对中盘的内壁上设置有至少三个周向上间隔的抵接头，所述抵接头通过弹性件设置在所述对中盘的内壁上，并且在各所述抵接头的自由端设置有导轮。

6.根据权利要求5所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，在所述抵接头上设置有用于测量直径的第一传感器。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，在所述对中盘与所述紧固支架之间设置有固定在所述支撑架的顶面的限位环。

8.根据权利要求3到7任一项所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，所述支撑盘的中心处开设有连通孔，在所述支撑盘的第一端表面上设置有围绕所述连通孔的居中限位套。

9.根据权利要求3到8中任一项所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，在所述支撑盘上设置有第二传感器，所述第二传感器构造为位置传感器并与用于促动所述紧固支架横向移动的夹紧电机连接。

10.根据权利要求2到9中任一项所述的用于晶棒搬运和硅料加装的装置，其特征在于，所述旋转机构包括：

驱动电机，

与所述驱动电机连接的齿条，所述齿条在所述驱动电机作用下运动，

设置在所述旋转轴与所述齿条之间的减速器，所述减速器构造为自锁式以用于所述车斗悬停在预设位置。

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