KR102288909B1 - 실리콘 원료칩의 선별 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 원료칩을 선별하는 시스템에 있어서: 실리콘 원료를 분쇄하여 공급하는 공급수단(10); 상기 공급수단(10)의 하류측에 연결되고, 입도별로 선별된 원료칩을 배출하는 시브수단: 상기 시브수단의 하류측에 연결되고, 원료칩의 이물질을 제거하는 이물제거수단(40); 및 상기 공급수단(10), 시브수단, 이물제거수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 반도체 소자에 적용되는 실리콘 파우더를 생산함에 있어 파쇄에서 선별에 이르는 일련의 공정을 연속적으로 처리하여 양산현장에 요구되는 품질과 생산성을 확보하는 효과가 있다.

Description

실리콘 원료칩의 선별 시스템 {System for separating silicon raw material chips}
본 발명은 원료의 선별장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 양산에서 일련의 공정으로 반도체 소자에 적용되는 실리콘 파우더를 생산하기 위한 실리콘 원료칩의 선별 시스템에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 소자에 적용되는 실리콘 파우더는 원석 원료를 다단계로 파쇄, 선별, 정제하면서 순도를 높이는 일련의 처리 공정을 거쳐 생성된다. 이때 원료에 부착되거나 혼입된 유기물, 쇳가루 등의 이물질로 인한 품질 불량에 대비하는 공정을 포함한다. 다만 원료에서 미세칩으로 생성하는 양산 공정의 효율성을 고려할 때 이물질 제거의 정확성과 신속성이 중요하다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1732260호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1182163호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 공급 호퍼의 실리콘 입자를 초음속으로 분사시키는 초음속 분사기; 분사된 실리콘 입자를 충돌시키는 충돌 플레이트; 일정 크기의 실리콘 입자를 선별하여 수거하는 수거 유닛; 및 나머지 실리콘 입자를 회수하여 공급 호퍼로 공급하는 재공급 유닛;을 포함한다. 이에, 실리콘 입자의 분쇄효율이 높고 수율이 향상되는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 금속 실리콘 덩어리를 파쇄해 실리콘 알갱이를 형성하는 파쇄기; 제1실리콘 파우더를 형성하는 분쇄기; 및 제1실리콘 파우더를 선별해 제2실리콘 파우더를 형성하도록 본체, 스크린, 배출구를 갖춘 선별기;를 포함한다. 이에, 입도 분포가 균일한 실리콘 파우더를 제공하고 폐기량을 줄여 생산효율을 증대하는 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 부분적인 공정 생력화를 대상으로 하므로 실리콘 파우더의 양산 공정에 적용하기 위한 개선의 여지가 크다.
한국 등록특허공보 제1732260호 "실리콘 입자 분쇄장치" (공개일자 : 2017.02.07.) 한국 등록특허공보 제1182163호 "실리콘 파우더의 제조방법 및 그 제조장치" (공개일자 : 2012.02.24.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 반도체 소자에 적용되는 실리콘 파우더를 생산함에 있어 파쇄에서 선별에 이르는 일련의 공정을 연속적으로 처리하는 실리콘 원료칩의 선별 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘 원료칩을 선별하는 시스템에 있어서: 실리콘 원료를 분쇄하여 공급하는 공급수단; 상기 공급수단의 하류측에 연결되고, 입도별로 선별된 원료칩을 배출하는 시브수단: 상기 시브수단의 하류측에 연결되고, 원료칩의 이물질을 제거하는 이물제거수단; 및 상기 공급수단, 시브수단, 이물제거수단을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 공급수단은 시스템의 증설 또는 원료의 재순환을 위한 가동피더를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 시브수단은 복수의 빗살판과 가진기를 이용하여 원료칩을 선별하는 오토시브, 복수의 다공판과 가진기를 이용하여 원료칩을 선별하는 트위스트시브를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 이물제거수단은 자력을 인가하여 이물질을 제거하는 흡착기, 기류를 유발하여 이물질을 제거하는 송풍기, 이물질이 고착된 원료칩을 분류하는 분류기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단은 설정된 알고리즘을 실행하는 제어패널부, 원료의 입도와 오염을 검출하는 원료검출부, 원료의 이송속도와 외력을 조절하는 구동조절부, 원료의 아송경로 전환을 유발하는 경로전환부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 반도체 소자에 적용되는 실리콘 파우더를 생산함에 있어 파쇄에서 선별에 이르는 일련의 공정을 연속적으로 처리하여 양산현장에 요구되는 품질과 생산성을 확보하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 변형예를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 오토시브를 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 트위스트시브에 대한 모식도
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 이물질제거수단에 대한 모식도
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 제어수단을 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 실리콘 원료칩을 선별하는 시스템에 관하여 제안한다. 본 발명은 반도체 소자에 적용되는 실리콘 원료칩을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 원석 원료는 설정된 범위의 입도를 지닌 원료칩으로 생성된다. 광의적으로 원료는 원석 외에 원료칩도 포함한다.
본 발명에 따르면 공급수단(10)이 실리콘 원료를 분쇄하여 공급하는 구조를 이루고 있다. 공급수단(10)은 리프터(12), 투입피더(14), 분쇄기(16) 등으로 구성된다. 리프터(12)는 원석 원료를 설정된 높이로 이송한다. 일예로 원석 원료는 직경 150㎜ 및 길이 300㎜의 원기둥 형태이다. 투입피더(14)는 컨베이어 방식으로 원료를 수평 이송한다. 분쇄기(16)는 조크라셔 등을 사용하며 원료를 설정된 크기 이하로 파쇄한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 시스템은 공급수단(10)의 하류측으로 오토시브(20), 트위스트시브(30), 이물제거수단(40) 등이 연속적으로 연결된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 공급수단(10)은 시스템의 증설 또는 원료의 재순환을 위한 가동피더(18)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, 부호 S1은 도 1의 시스템을 개략적인 블록으로 나타내고 부호 S2는 도 1의 시스템을 이중으로 연결하는 블록으로 나타낸다. 시스템 S1을 S2으로 증설하는 경우 가동피더(18)를 개재하여 연결한다. 가동피더(18)는 투입피더(14)와 유사한 방식을 적용하지만 캐스터, 클램프, 댐퍼 기능을 갖춘다. 가동피더(18)는 시스템의 증설 외에 원료를 재순환하도록 설치될 수 있다. 원료를 이전 공정으로 재순환하는 것은 자원 절약의 측면에서 유리하다.
또한, 본 발명에 따르면 시브수단이 상기 공급수단(10)의 하류측에 연결되어 입도별로 선별된 원료칩을 배출한다. 시브수단은 공급수단(10)에서 이송되는 원료를 걸러서 다양한 규격의 원료칩을 생성한다. 도 1 및 도 2의 시스템에 의하면 원료칩은 부호 C1 내지 C4로 구분된다. 일예로 C1은 10~30㎜, C2는 2.4~10㎜, C3는 0.5~2.4㎜, C4는 0.5㎜ 미만으로 선별된다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 시브수단은 복수의 빗살판(22)과 가진기(24)를 이용하여 원료칩을 선별하는 오토시브(20), 복수의 다공판(32)과 가진기(34)를 이용하여 원료칩을 선별하는 트위스트시브(30)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 3을 참조하면, 오토시브(20)는 슈트(21), 빗살판(22), 가진기(24), 선별대(26) 등을 포함한다. 슈트(21)는 원료칩이 투입 및 배출되는 부분에 설치되며, 특히 투입구 측에 호퍼를 포함할 수 있다. 빗살판(22)은 수지재 빗 형태의 단위 여과체를 중첩적으로 경사지게 배치한 구조이다. 빗살판(22)은 상하로 높이차를 유지하는 복수로 배치한다. 가진기(24)는 빗살판(22)으로 유동하는 원료칩의 진동을 유발하도록 외력을 인가한다. 상류측 빗살판(22)은 상대적으로 작은 입도의 원료칩(C2, C3, C4)을 선별하여 박스컨베이어(27)로 이송한다. 하류측 빗살판(22)은 큰 입도의 원료칩(C1)을 선별하여 선별대(26)로 이송한다. 빗살판(22)을 통하여 선별되지 않은 잔여 덩어러 원료(chunk)는 수집박스(28)로 배출된다.
도 4를 참조하면, 트위스트시브(30)는 슈트(31), 다공판(32), 가진기(34), 선별대(36) 등을 포함한다. 슈트(31)는 원료칩이 투입 및 배출되는 부분에 설치되며, 특히 투입구 측에 호퍼를 포함할 수 있다. 다공판(32)은 수지재 원판 형태의 단위 여과체를 상하의 일정한 간격으로 배치한 구조이다. 가진기(34)는 다공판(32)으로 유동하는 원료칩의 진동을 유발하도록 외력을 인가한다. 상측 다공판(32)은 적정한 입도의 원료칩(C2)을 선별하여 선별대(36)로 이송한다. 하측의 다공판(32)은 작은 입도의 원료칩(C3, C4))을 선별하여 수집박스(38)로 배출한다.
또한, 본 발명에 따르면 이물제거수단(40)이 상기 시브수단의 하류측에 연결되어 원료칩의 이물질을 제거한다. 이물제거수단(40)은 트위스트시브(30)에서 이송되는 원료칩(C2)에서 유기물, 쇳가루 등의 이물질을 제거한다. 이물제거수단(40)를 거친 원료칩(C2)은 반도체 소자로 적합한 순도를 유지한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 이물제거수단(40)은 자력을 인가하여 이물질을 제거하는 흡착기(45), 기류를 유발하여 이물질을 제거하는 송풍기(46), 이물질이 고착된 원료칩을 분류하는 분류기(47)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 5를 참조하면, 이물제거수단(40)은 슈트(41), 이송대(42), 흡착기(45), 송풍기(46), 분류기(47) 등을 포함한다. 슈트(41)는 원료칩이 투입 및 배출되는 부분에 설치되며, 특히 투입구 측에 호퍼를 포함할 수 있다. 이송대(42)는 원료칩을 수평경로 및 경사경로 상으로 이송한다. 흡착기(45)는 이송대(42)의 경사경로에 설치되고 자력을 이용하여 이물질을 제거한다. 흡착기(45)는 부가적으로 진공압을 활용할 수 있다. 송풍기(46)는 이송대(42)의 하류측으로 기류를 형성하여 이물질의 탈락과 배출을 유발한다. 분류기(47)는 이송대(42)의 하류측에 설치되어 이물질이 부착된 원료칩을 별도로 분류한다. 특히 이물질이 고착된 원료칩은 중량에 의하여 분류기(47)를 통과하지 못하고 별도의 슈트(41)로 배출된다. 분류기(47)는 자세변동 가능한 구조로 설치된다.
이때, 이물제거수단(40)은 이송대(42) 또는 그 하류측에 가진기(44)를 더 구비할 수 있다. 가진기(44)는 자력, 기류 등과 연계하여 원료칩에 부착된 이물질의 탈락을 유도한다.
한편, 시브수단과 이물제거수단(40)에 구비되는 선별대(26)(36)와 이송대(42)는 수지재 라이너를 갖춘 마그네틱 피더를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 제어수단(50)이 상기 공급수단(10), 시브수단, 이물제거수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어한다. 제어수단(50)은 원료칩의 순도를 유지하면서 원료가 적체되지 않는 양산 시스템을 구현한다.
본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 제어수단(50)은 설정된 알고리즘을 실행하는 제어패널부(52), 원료의 입도와 오염을 검출하는 원료검출부(54), 원료의 이송속도와 외력을 조절하는 구동조절부(56), 원료의 아송경로 전환을 유발하는 경로전환부(58)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 6을 참조하면, 제어수단(50)은 제어패널부(52), 원료검출부(54), 구동조절부(56), 경로전환부(58) 등을 포함한다. 제어패널부(52)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재한 마이콤 회로로 구성된다. 원료검출부(54)는 공급수단(10), 시브수단, 이물제거수단(40)에 설치된다. 원료검출부(54)는 카메라, 초음파검출기, 레이저검출기 등을 사용하여 원료의 입도와 오염 상태를 검출한다. 구동조절부(56)는 가동피더(18), 박스컨베이어(27), 선별대(36), 이송대(42)의 속도를 조절하는 동시에 가진기(24)(34)(44), 흡착기(45), 송풍기(46) 등의 강도를 조절한다. 경로전환부(58)는 시스템 상에 가동피더(18)가 사용되는 경우 댐퍼를 통하여 이송경로를 단속한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 공급수단 12: 리프터 14: 투입피더
16: 분쇄기 18: 가동피더 20: 오토시브
21: 슈트 22: 빗살판 24: 가진기
26: 선별대 27: 박스컨베이어 28: 수집박스
30: 트위스트시브 31: 슈트 32: 다공판
34: 가진기 36: 선별대 38: 수집박스
40: 이물제거수단 41: 슈트 42: 이송대
44: 가진기 45: 흡착기 46: 송풍기
47: 분류기 50: 제어수단 52: 제어패널부
54: 원료검출부 56: 구동조절부 58: 경로전환부
C1, C2, C3, C4: 칩

Claims (5)

  1. 실리콘 원료칩을 선별하는 시스템에 있어서:
    실리콘 원료를 분쇄하여 공급하는 공급수단(10);
    상기 공급수단(10)의 하류측에 연결되고, 입도별로 선별된 원료칩을 배출하는 시브수단:
    상기 시브수단의 하류측에 연결되고, 원료칩의 이물질을 제거하는 이물제거수단(40); 및
    상기 공급수단(10), 시브수단, 이물제거수단(40)을 설정된 알고리즘으로 제어하는 제어수단(50);을 포함하되,
    상기 공급수단(10)은 시스템의 증설 또는 원료의 재순환을 위하여 캐스터와 댐퍼 기능을 갖춘 가동피더(18)를 더 구비하고,
    상기 시브수단은 복수의 빗살판(22)과 가진기(24)를 이용하여 원료칩을 선별하는 오토시브(20), 복수의 다공판(32)과 가진기(34)를 이용하여 원료칩을 선별하는 트위스트시브(30)를 구비하며,
    상기 이물제거수단(40)은 자력을 인가하여 이물질을 제거하는 흡착기(45), 기류를 유발하여 이물질을 제거하는 송풍기(46), 이물질이 고착된 원료칩을 분류하는 분류기(47)를 구비하고,
    상기 제어수단(50)은 설정된 알고리즘을 실행하는 제어패널부(52), 원료의 입도와 오염을 검출하는 원료검출부(54), 원료의 이송속도와 외력을 조절하는 구동조절부(56), 원료의 아송경로 전환을 유발하는 경로전환부(58)를 구비하는 것을 특징으로 하는 실리콘 원료칩의 선별 시스템.
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