TW201700186A - 用於對多晶矽機械分類的篩選設備的篩板 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種用於篩選設備的篩板(1)，該篩選設備用於對多晶矽機械分類，該篩板包含：用於多晶矽的一供給區域(2)、具有多個峰頂部(32)及多個凹谷部(31)的一成型區域(profiled region)(3)、具有多個槽孔(41)的一區域(4)、以及一篩出區域(5)，其中該等槽孔(41)自該等凹谷部(31)接續，且其中該等槽孔(41)的尺寸沿著該篩出區域(5)的方向增加。

Description

用於對多晶矽機械分類的篩選設備的篩板

本發明提供一種用於對多晶矽機械分類的篩選設備的篩板。

多晶體矽(簡稱多晶矽)用作為一起始材料，而用於藉由切克勞斯基(Czochralski，CZ)或區域熔融(FZ)法生產用於半導體的單晶體矽，以及用於藉由各種牽拉(pulling)及鑄造法生產單晶體矽或多晶體矽以生產用於光伏產業的太陽能電池。

多晶體矽一般來說藉助於西門子法(Siemens process)生產。該方法包含藉由鐘罩形反應器(bell-jar-shaped reactor(“西門子反應器”)中直接通電以加熱支承本體(通常為矽的薄絲桿)，並且引入包含氫氣及一種或多種含矽成分的反應氣體，該多晶體矽在支承本體上沉積。

對於大多數應用而言，因而生產的多晶體矽桿被破碎成小塊，該等小塊通常接著根據尺寸分類。通常來說，篩選機 被用於將多晶體矽分選/分類成粉碎後的不同尺寸類別。

可選擇地，顆粒狀多晶體矽在流化床反應器中生產。其是藉由使用流化床中的氣體流將矽粒子流化以及使用加熱儀器將所述流化床加熱至高溫而完成的。加入含矽的反應氣體引起熱粒子表面處的熱解反應(pyrolysis reaction)。這使得元素矽在矽粒子上沉積並使個別粒子的直徑增加。

一旦顆粒狀多晶矽被生產，其通常地藉助於篩選設備分成兩個或多個級分或類別(分類)。最小的篩選級分(篩下產品(screen undersize))可隨後在研磨設備中加工成晶種粒子並且被添加至反應器。篩選目標級分通常地被包裝並且運輸至客戶。客戶尤其使用顆粒狀多晶矽以根據切克勞斯基法(Cz法)使單晶生長。

篩選機總體而言為用於篩選的機器，即用於根據粒子尺寸將固體混合物分離的機器。就移動特性而言區分成平面振動式篩選機及搖動式篩選機。篩選機通常由電磁元件或由非平衡馬達或驅動器進行驅動。篩選托盤的移動使裝填的材料(charged material)沿著篩選縱向傳輸並且協助細料級分通過網眼孔。與平面振動式篩選機相比，搖動式篩選機實現垂直及水平的篩選加速。

一種特殊類型為多層式篩選機(multideck screening machine)，其能夠同時地將多種粒子尺寸分級。這些篩選機被設計用於在介質中進行多種的快速分離(sharp separation)至超細的粒子尺寸範圍。多層式平面篩選機的驅動原理是基於兩個非平衡 馬達沿相反方向運行以產生線性振動。篩選的材料沿直線在水平分離表面之上移動。機器以低振動加速度操作。一模組化系統(modular system)可用於將多個篩選層板組裝成篩選層疊物。因而當需要時可在單個機器中生產不同粒子尺寸而不必改變篩選托盤。通過多次重複相同的篩選層板序列而能對篩選的材料獲得大的篩選面積。

文獻US 8021483 B2揭露了一種用於將多晶體矽塊分選的設備，其包含振動馬達組件及安裝至所述振動馬達組件的臺階式層板分類器(step deck classifier)。振動馬達組件確保了矽塊在包含凹槽的第一層板之上移動。在流化床區域中，灰塵通過經由多孔板的氣流移除。在第一層板的成型區域，矽塊沉積在凹槽的孔中或保留在凹槽的槽頂上。在第一層板的末端處，比第一層板及隨後層板之間間隙小的矽塊穿過所述層板落到傳輸機上。較大的矽塊經過該間隙並且落在第二層板上。

文獻US 2007/0235574 A1揭露了一種用於將多晶體矽粉碎及分選的設備，其包含用於將粗糙大塊的多晶矽供給至破碎裝置(crushing plant)中的供給組件、該破碎裝置、以及用於將大塊多晶矽分類的分選設備，其中該設備設有控制器，該控制器允許可變地調節破碎裝置中的至少一種破碎參數及/或可變地調節分選設備中的至少一種分選參數。該分選設備尤其較佳由多級機械(multistage mechanical)篩選設備及多級光電分離設備構成。

文獻US 2009/0120848 A1也描述了一種允許對破碎的多晶體矽進行靈活分類的設備，其特徵在於，所述設備包含機械篩選設備及光電分選設備，其中大塊的聚合物首先通過機械篩選設備分離成矽細料級分及剩餘矽級分，並且剩餘矽級分經由光電分選設備被分離出並進入另外的級分。

機械篩選設備較佳為由非平衡馬達驅動的振動式篩選機。較佳的篩選托盤是網眼式篩選件及多孔的篩選件。

文獻US 2012/0198793 A1揭露了一種用於將多晶矽塊體計量及封裝的方法，其中多晶矽塊體的產品流經由傳輸通道傳送，藉助於至少一個篩選件分離成粗糙的及精細的塊體，並且藉助於計量天平(metering balance)稱重及計量至目標重量，其中該至少一個篩選件及該計量天平在它們的表面上至少部分地包含一硬質金屬。

文獻US 2014/0130455 A1在將多晶體矽塊體進行封裝的方法的上下文中，揭露了在計量系統中細料級分(即多晶矽最精細的粒子及碎片)藉助於篩選件被移除。該篩選件可為多孔板、棒條篩或光電氣動分選機(optopneumatic sorter)。

所使用的篩選件在其表面上至少部分地包含低污染材料，例如硬質金屬或陶瓷/碳化物。該篩選件可具有由氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁鈦或DLC(類金剛石碳)的部分或全覆蓋式塗層(allover coating)。

棒條篩通常地包含平行的棒條，篩下物(screen underflow)由棒條以及存在於棒條自由端的未篩下物(screen overflow)之間的距離所確定。在已知的棒條篩中，篩選棒條在平面中設置並且基於篩選棒條朝著其自由端的向下傾斜實現所篩選材料的輸送。

先前技術的移除設備(如棒條篩)在封裝機中移除細料級分期間容易堵塞。這同樣會發生於使用層板之間的間隙來將該級分移除的已知的臺階式層板分類器。這些移除設備需要清潔循環(cleaning cycle)，因此無法實現連續一致的分離精確度。這附加地導致設備停機以及用於清潔的附加成本及不方便性。

另一缺點在於無法實現準確的分離，尤其是因為除了待移除的級分外，大量超出尺寸的級分總是一同被移除。此因而導致目標級分之產量的非期望減少。

藉由所述問題產生了本發明所要實現的目的。

本發明的目的是藉由用於篩選設備的篩板(1)實現，該篩選設備用於對多晶矽進行機械分類，該篩板包含：用於多晶矽的一供給區域(2)、具有多個峰頂部(32)及多個凹谷部(31)的一成型區域(3)、具有多個槽孔(41)的一區域(4)、以及一篩出區域(5)，其中該等槽孔(41)自該等凹谷部(31)接續，且其中該等槽孔(41)的尺寸沿著篩出區域(5)的方向增加。

該目的還藉由用於篩選設備將多晶矽機械分類的方 法實現，其中多晶矽被供給至前述篩板(1)上，該篩板設定成振動以使得該多晶矽往篩出區域(5)方向移動，其中小粒子尺寸的多晶矽在篩板(1)的該等凹谷部(31)中聚集並且穿過該篩板(1)的該等槽孔(41)落下，並且因此自被供給的多晶矽中分離。

該多晶矽可為多晶體塊體或顆粒狀多晶矽。

小粒子尺寸的多晶矽應理解為意指多晶矽供給量中之一比例量係經由篩選設備所移除。小粒子尺寸的多晶矽係待移除的級分。

小粒子尺寸的多晶矽可為待從包含顆粒狀多晶矽或多晶矽塊體的目標級分移除的多晶體矽粒子。

在另一實施態樣中，供給的多晶矽為包含細料級分的多晶矽塊體。該細料級分待利用篩板移除。

多晶矽塊體的尺寸類別被界定為矽塊體的表面上兩點之間的最長距離(即最大長度)：

在下文中，對於3至5的塊體尺寸，或者藉由具有尺寸為8毫米x 8毫米方形網眼孔的網眼篩選件移除的所有的矽塊體或矽粒子尺寸被稱作細料級分。

對於0至2的塊體尺寸，應用同一定義，此處網眼孔 的寬度界定為1毫米x 1毫米。

該篩板包含供給區域，在該供給區域中實現多晶矽的供給。

在一個實施態樣中，多晶矽藉助於傳輸通道被傳輸至篩選設備且傳遞至篩板的供給區域。

該篩板進一步包含成型區域，該成型區域具有多個溝槽或凹槽或一般凹陷部(depressions)及凸起部(elevations)，以使得該成型區域具有多個凹谷部及多個峰頂部。

在多晶矽於成型區域上之移動期間，小塊體的或小的矽粒子(相對於目標級分小)或細料級分在該成型區域的多個凹谷部中聚集。

在一個實施態樣中，供給的多晶矽包含根據上述定義的尺寸類別為3至5的塊體尺寸以及細料級分。在多晶矽於成型區域上移動期間，細料級分在該成型區域的多個凹谷部中聚集。

在一個實施態樣中，供給的多晶矽包含根據上述定義的尺寸類別為0至2的塊體尺寸以及細料級分。在多晶矽於成型區域上移動期間，存在多晶矽中的細料級分在該成型區域的多個凹谷部中聚集。

該篩板包含從成型區域接續的具有多個槽孔的區域。該等槽孔沿著傳輸方向緊跟在成型區域的多個凹谷部後面設置。由此在成型區域的該等凹谷部中存在的多晶矽的細料級分選擇性地傳送到該區域的該等槽孔。

在一個實施態樣中，成型區域的該等峰頂部也接續成具有多個槽孔的區域，因此整個篩板被成型，然而該篩板在其沿傳輸方向的後端處具有代替多個凹谷部的多個槽孔。

細料級分的移除或者小塊體/粒子的移除因而經由該篩板的該等槽孔實現。

在一個實施態樣中，被移除的細料級分或小塊體/粒子藉由在篩板的該等槽孔下方布置的接收容器所接收。

較大的塊體經過成型區域的多個峰頂部到達篩出區域。

在一個實施態樣中，該篩出區域連接至傳輸通道，更大的塊體經由該傳輸通道排放。對於另外的篩板而言同樣可以隨後接續以便從多晶矽中移除另外的級分。

該等槽孔沿著傳輸方向漸寬。令人驚喜的是，這使得可以有效地避免開口/槽孔的堵塞。相應地，在先前技術中觀察到的並且導致高水平的成本及不方便性的相關問題不會發生。

分離精確度相較於棒條篩顯著地較高，使得較大尺寸之被移除量顯著減少並且使得所得產量增加。

本發明因而提供了如下的篩板，該篩板可在所有類型的篩選設備中採用，其中細料級分或小粒子尺寸的矽材料在篩板的第一區域中的多個凹谷部中聚集並且通過篩板最後區域中漸寬的多個篩選槽孔而被選擇性移除。

在一個實施態樣中，該篩板選自由以下組成之群組 的一種或多種材料製成：塑膠、陶瓷、玻璃、金剛石、無定形碳、矽或金屬。

在一個實施態樣中，該篩板被內襯有或塗覆有選自由以下群組的一種或多種材料：塑膠、聚氨酯、陶瓷、玻璃、金剛石、無定形碳及矽。

在一個實施態樣中，該篩板與多晶矽接觸的部分被內襯有或塗覆有選自由以下群組的一種或多種材料：塑膠、聚氨酯、陶瓷、玻璃、金剛石、無定形碳及矽。

在一個實施態樣中，該篩板由硬質金屬製成或者以硬質金屬加以塗覆或內襯。

在一個實施態樣中，該篩板包含金屬主體及選自由以下組成之群組的一種或多種材料的塗層或內襯：塑膠、陶瓷、玻璃、金剛石、無定形碳及矽。

在本發明的一個實施態樣中，在上述實施態樣中使用的塑膠係選自由以下組成之群組：PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PU(聚氨酯)、PFA(全氟烷氧基樹脂)、PVDF(聚偏二氟乙烯)以及PTFE(聚四氟乙烯)。

在一個實施態樣中，該篩板包含由氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁鈦或DLC(類金剛石碳)的塗層。

該等槽孔的尺寸取決於待移除的級分並且可高達200毫米。

在一個實施態樣中，實現於10毫米的分離步驟(篩 選掉小於10毫米的多晶矽)，該等槽孔在其端部(篩出區域的開始處)具有10毫米的寬度。

該篩板的成型區域的實施取決於待移除的級分。成型區域中凹谷部的深度及角度被配置成使得待移除的級分(即例如細料級分)在該等凹谷部處聚集。

該等凹谷部的角度可為平坦的至極度尖銳的並且可大於1°並小於180°。

該等凹谷部的深度可從1至200毫米。

例如，45°的角度以及20毫米的深度適合於移除10毫米的級分。

篩板的激發(excitation)可利用平面振動式篩選機或利用搖動式篩選機實現。可類似地提供振動驅動器(例如磁驅動器)或非平衡驅動器。

在一個實施態樣中，該篩板具有與水平面的傾斜度。傾斜的角度可以是0至90°。

5°至20°之間的傾斜角度是較佳的，因為重力於是有助於篩板之上的傳輸。

結合根據本發明方法的上述實施態樣所述的特徵可對應地應用於根據本發明的設備。相反地，結合根據本發明設備的上述實施態樣所述的特徵可對應地應用於根據本發明的方法。本發明的這些特徵以及申請專利範圍還有在說明書附圖中詳述的特徵可單獨地或是相結合地理解為本發明的實施態樣。該等特徵 可進一步描述適合於保護其自身權利的有利的實施方案。

1‧‧‧篩板

2‧‧‧供給區域

3‧‧‧篩板的成型區域

31‧‧‧成型區域的凹谷部

32‧‧‧成型區域的峰頂部

4‧‧‧具有槽孔的區域

41‧‧‧槽孔

5‧‧‧篩出區域

圖1為篩板構造的示意圖

篩板1包含供給區域2，在該供給區域中實現多晶矽的供給。多晶矽可例如藉助於傳輸通道傳輸至篩選設備以及傳遞至篩板1的供給區域2。

篩板1進一步包含成型區域3。該成型區域3提供多個溝槽或凹槽或其它種類的凹陷部，因此成型區域3具有多個凹谷部31及峰頂部32。

存在於多晶矽中的細料級分在多晶矽於成型區域3上的移動期間在成型區域3的多個凹谷部31中聚集。

篩板1包含從成型區域3接續的具有多個槽孔41的區域4。多個槽孔41(沿傳輸方向)緊跟在成型區域3的多個凹谷部31後方地設置。由此存在於成型區域3的多個凹谷部31的多晶矽細料級分選擇性地傳送到區域4的多個槽孔41。

成型區域3的多個峰頂部32較佳地還在區域4中接續，因此整個篩板1被成型但是在區域4中具有多個槽孔41以代替多個凹谷部31。

細料級分的移除因而經由篩板1的多個槽孔41實現。被移除的細料級分可例如被在篩板1的多個槽孔41下方布置的接收容器所接收。

較大的塊體經過成型區域中的多個峰頂部32到達篩出區域5。

多個槽孔41沿著傳輸方向漸寬。這使得可以有效地避免開口/槽孔的堵塞。

以上對說明性實施態樣的描述應理解為示例性的。由此公開的內容使得本領域技術人員能夠理解本發明及與其相關的優點，並涵括了對本領域技術人員顯而易見的對所描述結構及方法的更變及修改。因此，申請專利範圍的保護範圍涵蓋所有這樣的改變及修改以及其均等物。

1‧‧‧篩板

2‧‧‧供給區域

3‧‧‧篩板的成型區域

31‧‧‧成型區域的凹谷部

32‧‧‧成型區域的峰頂部

4‧‧‧具有槽孔的區域

41‧‧‧槽孔

5‧‧‧篩出區域

Claims (10)

1. 一種用於篩選設備的篩板(1)，該篩選設備用於對多晶矽機械分類，該篩板包含用於多晶矽的一供給區域(2)、具有多個峰頂部(32)及多個凹谷部(31)的一成型區域(profiled region)(3)、具有多個槽孔(41)的一區域(4)、以及一篩出區域(5)，其中該等槽孔(41)自該等凹谷部(31)接續，且其中該等槽孔(41)沿著該篩出區域(5)的方向在尺寸上增加。
2. 如請求項1所述的篩板，其係由選自由以下組成之群組的一種或多種材料製成：塑膠、陶瓷、玻璃、金剛石、無定形碳、矽及金屬。
3. 如請求項1或2所述的篩板，其包含一金屬主體以及選自由以下組成之群組的一種或多種材料的一塗層或內襯：塑膠、陶瓷、玻璃、金剛石、無定形碳及矽。
4. 如請求項1或2所述的篩板，其包含氮化鈦、碳化鈦、氮化鋁鈦或DLC(類金剛石碳)的一塗層。
5. 如請求項1或2所述的篩板，其係由硬質金屬製成或以一硬質金屬加以內襯或塗覆。
6. 如請求項1或2所述的篩板，其中該等槽孔(41)的尺寸可高達200毫米。
7. 如請求項1或2所述的篩板，其中該等凹谷部(31)的開口角度為大於1°且小於180°。
8. 如請求項1或2所述的篩板，其中該等凹谷部(31)的深度為 1至200毫米。
9. 一種利用篩選設備對多晶矽機械分類的方法，其中該多晶矽被供給至如請求項1至8中任一項所述的篩板(1)上，該篩板設定成振動以使得該多晶矽執行沿著該篩出區域(5)方向的移動，其中小粒子尺寸的多晶矽在該篩板(1)的該等凹谷部(31)中聚集並且穿過該篩板(1)的該等槽孔(41)落下，並且因此自被供給的多晶矽中分離。
10. 如請求項9所述的方法，其中該篩板具有與水平面呈5°至20°的傾斜角度。