TWI619646B - 多晶矽的包裝 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種包裝多晶矽的方法，其包括提供以粉碎的多晶矽棒的塊的形式存在的多晶矽、清洗所述多晶矽、包裝所述多晶矽，所述多晶矽棒是經由在反應器中沉積棒形式的多晶矽而產生的，其中所述多晶矽在清洗過程中位於處理缽中，並且其中包裝所述多晶矽係將所述多晶矽從處理缽裝入塑膠袋中，其包括使具有所述處理缽和固定到其上的塑膠袋的填充單元旋轉，以使所述多晶矽從所述處理缽滑入所述塑膠袋中。

Description

多晶矽的包裝
本發明涉及多晶矽的包裝。
多晶體矽或簡稱多晶矽可藉由西門子法的方式由氯矽烷以棒形式沉積。然後通常理想地以無污染方式將棒狀多晶矽粉碎為塊，即塊狀多晶矽。在EP 1 645 333 A1中描述了這樣的方法和相應的粉碎機。
塊狀多晶矽是邊緣鋒利且非自由流動的塊狀材料。
然而，在粉碎的過程中，高純度矽受到外來原子的污染。特別是金屬碳化物或金剛石殘留物和金屬雜質。
對於高價值應用，例如用於單晶提拉，因此在進一步加工和/或包裝之前通常會對塊狀矽清洗。這通常在一個或多個化學濕式清洗步驟中完成。
這涉及使用不同化學物質和/或酸的混合物以再次從表面上去除特定黏附的外來原子。
EP 0 905 796 B1要求保護一種生產具有低金屬濃度的矽的方法，其特徵在於矽經歷預清洗(其中在至少一個階段，用包含氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)和過氧化氫(H2O2)化合物的氧化清洗溶液對矽進行清洗)、主要清洗(在進一步階段中，用包含硝酸(HNO3)和氫氟酸(HF)的清洗溶液對矽進行清洗)和親水化(在進一步階段中，用氧化清洗溶液對矽進行清洗)。
在清洗步驟之後，所清潔的塊狀多晶矽通常被裝入塑膠袋中。
US 7013620 B2公開了一種用於全自動運輸、稱重、分份(portioning)、填充和包裝高純度塊狀多晶矽的裝置。該裝置包括用於塊狀多 晶矽的輸送通道、用於連接至漏斗的塊狀多晶矽的稱重裝置、由矽製成的偏轉板、由(例如由PE製成的)高純度塑膠膜形成塑膠袋的填充裝置，和用於將填充有塊狀多晶矽的塑膠袋焊封的裝置。具有矽或具有高耐磨塑膠的裝置的防護元件據稱可進行塊狀多晶矽的低污染包裝。
US 2010/0154357 A1公開了一種用於包裝塊狀多晶矽的裝置，其由用於填充之旋轉料架(carousel filling)和封閉用機器或包括填充台和封閉台的非圓形裝置組成，在所述台中，PE袋懸掛在夾持系統上且以迴圈順序從一個台移動到另一個台，其中填充台包括由非金屬低污染的結構材料製成的自由懸掛的能量吸收器，在PE袋填充有多晶矽之前，所述吸收器被引入PE袋中，且在PE袋填充有多晶矽之後，所述吸收器被從PE袋中移除，且經填充的PE袋借助夾持系統被傳輸到封閉台中並在那裡被封閉。
根據US 2010/0154357 A1，多晶矽先稱重、及分份到處理缽中，且在其經由填充裝置被引入這些分份單元中之前進行清洗，所述填充裝置包括自由懸掛柔性軟管，該柔性軟管由非金屬低污染的材料製成且被結構成進入同樣自由懸掛的高純度塑膠袋中，及所述塑膠袋隨後被封閉。所述袋在裝置的填充台處被打開。內襯有矽或低污染的結構材料並連接至由非金屬結構材料(例如塑膠)製成的可移動的柔性軟管的傳輸裝置被用於將邊緣鋒利的塊狀多晶矽經由該軟管填充至打開的PE袋中。所述傳輸裝置是例如傳輸通道或斜槽，較佳斜槽。
US 2012/0198793 A1公開了一種計量和包裝多晶矽塊的方法，其中多晶矽塊的產品流經由傳輸通道輸送、經由至少一個篩分離為粗塊和細塊、經由計量稱稱重並計量為目標重量、然後經由排放通道排放並輸送到包裝單元，在該單元中，多晶矽塊被填充到第一塑膠袋中，然後所述袋被封閉，其中包括多晶矽塊的所述塑膠袋被裝入經由成形器成形的其它塑膠袋中並隨後被焊 封，其中至少一個篩和計量稱至少部分在其表面上包含硬金屬且用於使塑膠袋成形的成形器具有耐磨塗層。
US 2013/0042582 A1公開了一種包裝多晶矽的方法，其中多晶矽經由填充裝置被填充到塑膠袋中，其特徵在於貯存容器具有經由其填充矽的開口，其中在貯存容器填充有矽之後，塑膠袋被拉到貯存容器上方且貯存容器隨後旋轉，使得矽滑出貯存容器進入塑膠袋中。
已經發現，在特定尺寸級別的塊(例如在20mm至60mm尺寸的塊的情況下)的包裝過程中，也會形成所不期望的較小矽顆粒或塊。對於這樣的塊尺寸，這種不期望的顆粒的比例是17 000-23 000 ppmw。
在下文中，可經由具有8mm×8mm的方形網眼孔的網篩移除的所有尺寸的矽塊或矽顆粒都被稱為細粒組分。客戶不希望細粒組分，因為細粒組分會對客戶的生產製程具有負面影響。如果細粒組分需要由客戶來(例如經由篩選)移除，則這會需要額外努力。
除了根據US 7013620 B2自動包裝多晶矽外，將多晶矽手工裝入塑膠袋中也是可能的。
US 2012/0198793 A1披露，在100級清洗室中對經清洗的多晶矽塊進行勞動密集型手工包裝是必要的，以得到半導體行業的塊狀多晶矽所需的小於+/-1%的高稱重精度。這包括用高純度手套(例如高純度紡織、PU或PE手套)從在其中進行清洗的處理缽中拿取表面上不具有任何金屬雜質的經清洗的多晶矽塊，並將它們引入PE雙袋中。
US 2014/0130455 A1公開了一種包裝塊狀形式的多晶矽的方法，該方法包括以下步驟- 在計量系統中提供多晶矽； - 經由計量系統將多晶矽填充到設置在計量系統下方的塑膠袋中，經由該步驟，細粒組分經由篩選的方式移除；其中在填充過程中，確定具有填充的多晶矽的塑膠袋的重量，且在達到目標重量之後，停止填充操作；其中在整個填充操作過程中，藉由至少一個夾緊裝置的方式來保持多晶矽從計量系統到塑膠袋中的高度降落小於450mm。
多晶矽從計量系統的傳送通道到塑膠袋中的高度降落應小於450mm，較佳不超過300mm。如此有可能減少細粒組分的量。
手工包裝使得可能減少細粒組分的量，甚至更明顯地是尺寸為20-60mm的塊從17 000 ppmw減少到低至1400 ppmw。
然而，手工包裝也需要大量精力和增加的勞動成本。
此外還期望減少細粒組分的量，係甚至超過經由手工包裝可實現的量。
因此本發明的目的是多晶矽的自動包裝以及減少由此所形成的細粒組分的量至非常低的水準。本發明還針對其目的提供適用於該目的的裝置。
本發明目的的產生係源於所描述的問題。
本發明的目的是藉由一種包裝多晶矽的方法來實現的，該方法包括提供以粉碎的多晶矽棒的塊的形式存在的多晶矽、清洗多晶矽、包裝多晶矽，所述多晶矽棒是經由在反應器中沉積棒形式的多晶矽而產生的，其中多晶矽在清洗過程中位於處理缽中，並且其中包裝多晶矽係將多晶矽從處理缽裝入塑膠袋中，其包括使具有處理缽和固定於其上的塑膠袋的填充單元旋轉，以使多晶矽從處理缽滑入塑膠袋中。
塑膠袋較佳是預製雙袋。因此，一與習知技術相背離處在於：多晶矽並未裝入隨後被放入第二塑膠袋中的第一塑膠袋中。多晶矽較佳直接被填充到雙袋中。
為此，雙袋在包裝設備中被固定(較佳夾緊)。
在一個實施態樣中，塑膠袋在成形器中預成形，然後在成形器的幫助下被正鎖定到包裝設備中。在最簡單的情況下，成形器是內置有成形的塑膠袋的安裝缽。成形器被機械地夾緊至包裝設備。成形器確保了在設備的旋轉過程中塑膠袋保持其形狀。
其確保了在填充操作過程中沒有多晶矽塊掉出包裝設備。
待清潔和待包裝的多晶矽最初位於處理缽中。所述多晶矽在位於處理缽中時被清洗，如US 2010/0154357 A1中所描述。多晶矽在處理缽中的清洗可例如在EP 0 905 796 B1中描述的那樣進行。
一與習知技術相背離處在於：對塑膠袋填充多晶矽不經由輸送裝置(例如傳送通道或斜槽)進行，而是直接從處理缽進行。
這使處理缽中的多晶矽具有不必克服直接降落高度的優點。
此外，經由處理缽和袋/雙袋的旋轉即可將處理缽排空到袋或雙袋中。
由於處理缽和雙袋的旋轉，多晶矽被設置為滾動/滑動狀態，並因此滑入保持開口的雙袋中。其結果是，形成最小可能量的細粒組分。
在一個實施態樣中，由稱重和/或相機系統來檢查每個排空處理缽都完全排空並釋放。
包裝設備包括至少一個填充單元。在最簡單的情況下，這是一種漏斗。
多晶矽經由填充單元從處理缽滑入塑膠袋中。
在一個實施態樣中，填充單元由矽製成。然而，也可採用其它相對於矽是低污染的結構材料。
填充單元的一個開口具有處理缽，該處理缽包含固定於其上的多晶矽。
內置有PE雙袋的成形器被夾持到相對側的位置。
在一個實施態樣中，處理缽由化學穩定的材料製成。
成形器有利地由形狀穩定的材料製成。
根據輸送量的要求，袋和處理缽的接收可以由手工或自動的方式來進行。
在一個實施態樣中，包裝設備包括主框架和可旋轉框架。可旋轉框架具有固定到其上的填充單元。驅動器被傳送到驅動軸，而該驅動軸將旋轉框架設置為旋轉的。同時，進行處理缽的排空和由袋的充填。
旋轉速度可根據塊尺寸而隨傾斜角度來調節。
在本發明的上下文中，傾斜角度是多晶矽經由填充單元開始滑出處理缽並進入袋中的角度。
在一個實施態樣中，只要達到傾斜角度，旋轉速度就減小到使得袋的整個填充以多晶矽的滑動運動的形式來進行的程度。這確保了特別溫和的包裝。
可由具有一個或多個填充單元的設備來實施。
在一個實施態樣中，存在多達10個可旋轉填充單元和相同數量的處理缽和塑膠袋。
在一個實施態樣中，設備包括兩個填充單元。
較佳的是，取走已填充的袋以及安裝和夾持新的空袋是位於處理缽供料的相對側。
袋安裝和袋取走操作可以是自動的。
一個實施態樣包括成形器接收機，其用於固定包括塑膠袋的成形器。
在一個實施態樣中，在填充單元的一端上方，塑膠袋藉由其開口被拉動。包含待包裝的多晶矽的處理缽被固定在填充單元的另一端。
在一個實施態樣中，設備的主框架包括支腳和橫向固定支架。
支腳和成形器接收機每個都可具有各自的蓋。
這些蓋和橫向固定支架可由相對於矽是低污染的材料裝配。它們較佳包括由塑膠(例如PU)製成或由矽製成的襯裡。
在一個實施態樣中，設備的旋轉運動經由齒輪傳動馬達完成，該齒輪傳動馬達驅動驅動軸並經由齒帶連接至齒帶滑輪。
所引用的特徵結合上述根據本發明方法的實施態樣可作為本發明的實施態樣單獨或組合地來實現。所述特徵可進一步描述為適於保護其權利的有利實施方式。
1‧‧‧處理缽
2‧‧‧填充單元
3‧‧‧塑膠袋
4‧‧‧成形器
t1‧‧‧啟動狀態
t2‧‧‧時間點
t3‧‧‧時刻
t4‧‧‧時間點
圖1是示出根據本發明的包裝設備在各個時間點的狀態的示意圖。
圖1示出包裝操作隨時間的進展。該圖示出處理缽1，在啟動狀態t1下，多晶矽位於該處理缽中，處理缽1和塑膠袋3固定在填充單元2上。
經由填充單元2將多晶矽從處理缽1引入塑膠袋3中。
塑膠袋3位於成形器4中。
成形器4用作塑膠袋3的成形主體。
成形器4也被夾持到填充單元2，或者被夾持到為此目的而提供的用於成形器的接收裝置上，即也確保了塑膠袋的固定。
該圖還描繪了旋轉軸。
在時間點t2，多晶矽經由填充單元2開始從處理缽1滑入位於成形器4之塑膠袋3中。
在該時間點，應減小設備的旋轉速度以確保在整個填充操作(例如時刻t3)過程中多晶矽的滑動運動。
在時間點t4，多晶矽全部位於塑膠袋3中。
設備的旋轉隨後停止。
填充的塑膠袋3被取走，並且例如焊封、包裝在紙板箱中並調離。
比較實施例
多晶矽被放置在處理缽中以進行清洗。
放置在處理缽中的重量是例如5kg加藉由蝕刻去除的材料的小補充物，這取決於塊的尺寸。
在進行清洗過程之後，處理缽中的目標重量為5kg±50g。
然後，處理缽被輸送至包裝裝置。
在這裡，所述缽藉由夾緊系統由機器人接收並排空至包裝滑槽上。
安裝在成形器中的雙袋位於包裝滑槽的端部。
將包含多晶矽的滑槽豎直，使得多晶矽滑入袋中，由此填充雙袋。
將處理缽排空到滑槽上以及滑動運動至袋都會引起多晶矽的後粉碎。這會產生細粒組分。
實施例
根據本發明處理缽被夾持至包裝設備的填充單元。
在填充單元的另一端是成形器，其內置有雙袋。
將處理缽和雙袋設置為旋轉運動，並因此使多晶矽滑入袋中，由此填充雙袋。
與滑槽包裝相比(比較實施例)，形成的細粒組分減少了50%以上。
上文說明性實施態樣的描述應被理解為是示例性的。由此作出的公開使本領域技術人員能夠理解本發明和與其相關聯的優點，且也涵蓋所描述的結構和方法對本領域技術人員顯而易見的改變和修改。因此申請專利範圍的保護範圍應該覆蓋所有這樣的變化和修改以及等同物。

Claims (6)

  1. 一種包裝多晶矽的方法，其包括提供以粉碎的多晶矽棒的塊的形式存在的多晶矽以及包裝所述多晶矽，所述多晶矽棒是經由在一反應器中沉積為棒形式的多晶矽而產生的，其中包裝所述多晶矽係將所述多晶矽從處理缽裝入塑膠袋中，其包括使具有所述處理缽且塑膠袋固定於其上的填充單元旋轉，以使所述多晶矽從所述處理缽滑入所述塑膠袋中，所述方法的特徵在於：在包裝所述多晶矽之前先清洗所述多晶矽，其中所述多晶矽在清洗過程中已經位於處理缽中。
  2. 如請求項1所述的方法，其中所述塑膠袋位於成形器中，其中所述成形器固定至所述填充單元。
  3. 如請求項1或2所述的方法，其中所述填充單元由矽製成。
  4. 如請求項1或2所述的方法，其中用一稱重和/或相機系統來檢查每個經排空處理缽都完全排空。
  5. 如請求項1或2所述的方法，其中在所述多晶矽開始從所述處理缽經由所述填充單元滑入所述塑膠袋中的時間點之後，旋轉速度降低。
  6. 如請求項1或2所述的方法，其中所述塑膠袋是一預製的雙袋(double bag)。
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