專利名稱：一種拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及單晶硅或多晶硅的硅棒拉制爐部件，尤其涉及硅棒拉制爐中的子 晶夾頭部件。
技術(shù)背景在硅棒拉晶爐中，硅料經(jīng)高溫熔融后必須通過子晶將硅棒旋轉(zhuǎn)引出，目前，拉棒所 用的子晶是由單晶硅加工而成的圓柱形，在硅棒的拉制過程中，要求子晶與拉晶爐中的旋 轉(zhuǎn)提升桿要同步旋轉(zhuǎn)和同步升降。子晶的裝夾結(jié)構(gòu)不僅影響到硅棒是否拉制成棒，而且直 接影響到硅棒的成型質(zhì)量，現(xiàn)有的子晶的裝夾結(jié)構(gòu)都由拉晶爐中的旋轉(zhuǎn)提升桿、子晶和子 晶螺紋套組成，子晶套裝在子晶螺紋套上，并用定位銷使兩者在周向和軸向固定連接，再通 過子晶螺紋套旋接在拉晶爐的旋轉(zhuǎn)提拉桿上，為了使圓柱形子晶能與子晶螺紋套穩(wěn)固連 接，必須在圓柱體的子晶壁體上磨制一個(gè)缺口，當(dāng)子晶套裝在子晶螺紋套中后，用固定銷將 兩者固定連為一體，這樣才能保證子晶與子晶螺紋套的同步旋轉(zhuǎn)和同步升降，，從而滿足硅 棒拉制工藝要求。在拉制硅棒過程中，子晶很容易在與固定銷配合的缺口處斷裂。為了克 服這一缺陷，有人將子晶改為方柱型，將子晶螺紋套的配合孔也改為方孔，方柱型子晶套裝 在子晶螺紋套的方形配合孔中，這種連接結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)子晶與子晶螺紋套的同步旋轉(zhuǎn)，但 要實(shí)現(xiàn)子晶與子晶螺紋套之間的軸向限定同樣需要通過在子晶壁上磨制缺口，用固定銷對(duì) 子晶進(jìn)行軸向限位，這種方柱型子晶夾頭部件，在拉制過程中，子晶不僅不利于與硅棒的熔 接，容易導(dǎo)致硅棒偏心，而且子晶在與固定位銷配合處仍然會(huì)因強(qiáng)度減弱而斷裂。現(xiàn)有子晶 裝夾結(jié)構(gòu)除了子晶容易斷裂外，在實(shí)際使用過程中還存在如下二個(gè)方面的缺陷第一，硅棒拉制結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)提升桿必須快速上升，上升到極限位置后水平移出爐 外進(jìn)行空冷，然后將接棒裝置放在硅棒下方，松開子晶螺紋套，使硅棒放落在接棒裝置上。 在硅棒的放落過程中，由于硅棒已與接棒裝置接觸，此時(shí)要求硅棒不能旋轉(zhuǎn)，否則很容易劃 傷硅棒表面，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致硅棒表面出現(xiàn)爆瓷現(xiàn)象。而在松開子晶螺紋套的過程中，由于必 須旋轉(zhuǎn)子晶螺紋套，而旋轉(zhuǎn)子晶螺紋套就帶動(dòng)子晶轉(zhuǎn)動(dòng)，迫使硅棒轉(zhuǎn)動(dòng)，硅棒轉(zhuǎn)動(dòng)就會(huì)使硅 棒與接棒裝置相接觸的表面產(chǎn)生劃傷或爆瓷。第二，由于子晶是套裝在子晶螺紋套的子晶配合孔中，子晶螺紋套通過內(nèi)螺紋孔 旋接在拉晶爐的旋轉(zhuǎn)提升桿上，而子晶螺紋套的內(nèi)螺紋孔與子晶配合孔之間的同軸度難以 保證，這就使得子晶的旋轉(zhuǎn)中心與子晶自身的軸線不重合，使得硅棒在拉制過程中容易產(chǎn) 生硅棒圓度、圓柱度偏差偏差過大，從而直接影響硅棒的質(zhì)量，硅棒的利用率偏低。為了克服現(xiàn)有子晶裝夾結(jié)構(gòu)存在的上述不足，申請(qǐng)人設(shè)計(jì)了一種防斷裂自定心精 密子晶裝夾結(jié)構(gòu)。它在不削弱子晶強(qiáng)度的前提下，既能保證子晶與旋轉(zhuǎn)提拉桿同步旋轉(zhuǎn)和 同步升降，從結(jié)構(gòu)上消除在拉制過程中子晶的斷裂現(xiàn)象，又能提高子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿的同 軸度，提高硅棒拉制的幾何尺寸精度和形位精度，在接棒的過程中，硅棒不會(huì)隨子晶螺紋套 旋轉(zhuǎn)，從而能有效防止硅棒表面因轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的損傷或爆瓷。在這種子晶裝夾結(jié)構(gòu)中，防斷 裂同軸子晶和旋轉(zhuǎn)提升桿的配合結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶，它是拉制精密硅 棒所用子晶裝夾結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵零件。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶，其特征是它由定心桿、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階和旋轉(zhuǎn)拉 桿組成，定心桿位于扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的上方，旋轉(zhuǎn)拉桿位于扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的下方，定心桿、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階和 旋轉(zhuǎn)拉桿的軸線重合，定心桿的直徑與旋轉(zhuǎn)提升桿上的定心孔的直徑相對(duì)應(yīng)，兩者之間的 配合間隙為0. 005 0. 03毫米，定心桿的高度略小于定心孔的深度；扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的橫截面 形狀和大小與拉晶爐的旋轉(zhuǎn)提升桿上的扭轉(zhuǎn)沉孔相對(duì)應(yīng)，兩者之間的配合間隙為0. 03 0. 10毫米，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的高度略大于扭轉(zhuǎn)沉孔的深度；旋轉(zhuǎn)拉桿的直徑與子晶螺紋套上的子 晶孔相對(duì)應(yīng)，兩者之間的配合間隙為0. 03 0. 10毫米。進(jìn)一步，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的橫截面形狀為正多邊形或切邊圓形。更進(jìn)一步，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的橫截面形狀為正六邊形。由于將本實(shí)用新型設(shè)計(jì)成臺(tái)階軸結(jié)構(gòu)，上端設(shè)有定心桿和扭轉(zhuǎn)臺(tái)階，且使定心桿 和扭轉(zhuǎn)臺(tái)階都與旋轉(zhuǎn)拉桿同軸，在旋轉(zhuǎn)提升桿的下端設(shè)有定心孔和扭轉(zhuǎn)沉孔，將傳遞扭矩 的配合結(jié)構(gòu)設(shè)置在子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿之間，這一結(jié)構(gòu)既能使子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿實(shí)現(xiàn)同軸配 合，又能將旋轉(zhuǎn)提升桿的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩傳給子晶，用子晶螺紋套來對(duì)子晶的軸向進(jìn)行限位。這 樣，在不削弱子晶強(qiáng)度的前提下，實(shí)現(xiàn)了子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿之間同軸配合和扭矩傳遞，使子 晶與旋轉(zhuǎn)提升桿實(shí)現(xiàn)了同步旋轉(zhuǎn)和同步升降，從結(jié)構(gòu)上消除子晶斷裂的缺陷。當(dāng)硅棒拉制 結(jié)束后，由于子晶的上端通過扭轉(zhuǎn)臺(tái)階與旋轉(zhuǎn)提升桿上的扭轉(zhuǎn)沉孔周向限位配合，子晶的 下端與硅棒粘合成一體，因此在松開子晶螺紋套時(shí)，子晶和旋轉(zhuǎn)提升桿都不會(huì)隨子晶螺紋 套轉(zhuǎn)動(dòng)。消除了松開子晶螺紋套會(huì)帶動(dòng)硅棒旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生硅棒表面劃傷或爆瓷的缺陷。子晶 與旋轉(zhuǎn)提升桿同軸配合連接，確保了旋轉(zhuǎn)提升桿的軸線與子晶軸線的重合，消除了因子晶 軸線與旋轉(zhuǎn)提升桿軸線不重合而產(chǎn)生硅棒圓度和圓柱度精度超差的缺陷，提高了硅棒的幾 何尺寸精度和形位精度，從而提高了硅棒的利用率。

圖1為本實(shí)用新型與旋轉(zhuǎn)提升桿、子晶螺紋套連接后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為旋轉(zhuǎn)提拉桿下端的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為子晶螺紋套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的橫截面的幾種典型形狀示意圖。圖中1-旋轉(zhuǎn)提升桿；3-子晶螺紋套；4-硅棒；11-定心孔；12-扭轉(zhuǎn)沉孔；13-外 螺紋；21-定心桿；22-扭轉(zhuǎn)臺(tái)階；23-旋轉(zhuǎn)拉桿；31-內(nèi)螺紋孔；32-子晶孔；33-內(nèi)端面； A-定心桿的高度；B-定心孔的深度；C-扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的高度；D-扭轉(zhuǎn)沉孔的深度。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。[0019]一種拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶，如圖2所示，它由定心桿21、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22和 旋轉(zhuǎn)拉桿23組成，定心桿21位于扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22的上方，旋轉(zhuǎn)拉桿23位于扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22的下 方，定心桿21、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22和旋轉(zhuǎn)拉桿23的軸線重合，定心桿21的直徑與定心孔11的直 徑相對(duì)應(yīng)，兩者之間的配合間隙為0. 005 0. 03毫米，定心桿的高度A比定心孔的深度B 小1 5毫米；扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22的橫截面形狀為正六邊形，扭轉(zhuǎn)沉孔12的橫截面的形狀也是正 六邊形，兩者之間的配合間隙為0. 03 0. 10毫米，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的高度C比扭轉(zhuǎn)沉孔的深度D 大1 3毫米；旋轉(zhuǎn)拉桿23的直徑與子晶螺紋套3上的子晶孔32相對(duì)應(yīng)，兩者之間的配合 間隙為0. 03 0. 10毫米。與本實(shí)用新型配套使用的旋轉(zhuǎn)提升桿1如圖3所示，在下端面的中心位置設(shè)有同 軸的定心孔11和扭轉(zhuǎn)沉孔12，扭轉(zhuǎn)沉孔12的橫截面形狀為正六邊形，定心孔11的橫截面 形狀為圓形，定心孔11和扭轉(zhuǎn)沉孔12組成臺(tái)階沉孔結(jié)構(gòu)，且定心孔11位于扭轉(zhuǎn)沉孔12的 上方，在旋轉(zhuǎn)提升桿1的外圓上設(shè)有外螺紋13 ；用于對(duì)本實(shí)用新型軸向限位固定的子晶螺 紋套3如圖4所示，它包括內(nèi)螺紋孔31、子晶孔32和內(nèi)端面33，內(nèi)螺紋孔31與子晶孔32 同軸，內(nèi)端面33與內(nèi)螺紋孔31的軸線垂直。圖1為本實(shí)用新型的使用狀圖，本實(shí)用新型的旋轉(zhuǎn)拉桿23套裝在子晶螺紋套3的 子晶孔32中，本實(shí)用新型的定心桿21、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22分別套裝在旋轉(zhuǎn)提升桿1下端面的定心 孔11和扭轉(zhuǎn)沉孔12中，子晶螺紋套3通過內(nèi)螺紋孔31旋固在旋轉(zhuǎn)提升桿1的外螺紋13 上，旋轉(zhuǎn)拉桿23的下端與硅棒4粘合成一體。在上例中，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22的橫截面形狀還可選擇其它正多邊形或切邊圓形或其它 截面形狀。由于在旋轉(zhuǎn)提升桿1下端面的中心位置設(shè)有同軸的定心孔11和扭轉(zhuǎn)沉孔12，且定 心孔U位于扭轉(zhuǎn)沉孔12的上方，將子晶設(shè)計(jì)成階梯軸結(jié)構(gòu)，從上到下依次設(shè)有同軸的定心 桿21、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22和旋轉(zhuǎn)拉桿23，定心桿21的直徑與定心孔11的直徑相對(duì)應(yīng)，定心桿的 高度A略小于定心孔的深度B，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22的橫截面形狀和大小與扭轉(zhuǎn)沉孔12相對(duì)應(yīng)，扭 轉(zhuǎn)臺(tái)階的高度C略大于扭轉(zhuǎn)沉孔的深度D ；子晶螺紋套3包括內(nèi)螺紋孔31、子晶孔32和內(nèi) 端面33，要求內(nèi)螺紋孔31與子晶孔32同軸，內(nèi)端面33與內(nèi)螺紋孔31的軸線垂直。只要 將子晶上的旋轉(zhuǎn)拉桿23插入子晶螺紋套3上的子晶孔32中，再將定心桿21插入旋轉(zhuǎn)提升 桿1上的定心孔11中，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22同步插入扭轉(zhuǎn)沉孔12中，再通過子晶螺紋套3的內(nèi)螺 紋孔31旋固在旋轉(zhuǎn)提升桿1的外螺紋13上，這樣，定心桿21與定心孔11的精密配合保證 了子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿1之間的同軸度要求，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22插入扭轉(zhuǎn)沉孔12中保證了子晶與 旋轉(zhuǎn)提升桿1之間的同步旋轉(zhuǎn)要求，同時(shí)子晶的軸向得到可靠限位，能夠滿足子晶與旋轉(zhuǎn) 提升桿1同步旋轉(zhuǎn)和同步升降。由于將傳遞扭矩的配合結(jié)構(gòu)設(shè)置在子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿1之 間，并通過扭轉(zhuǎn)沉孔12和扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22配合來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)硅棒拉制結(jié)束后，由于子晶的上端通 過扭轉(zhuǎn)臺(tái)階22與旋轉(zhuǎn)提升桿1上的扭轉(zhuǎn)沉孔12進(jìn)行周向限位配合，因此在松開子晶螺紋 套3時(shí)，子晶和旋轉(zhuǎn)提升桿1都不會(huì)隨子晶螺紋套3轉(zhuǎn)動(dòng)。消除了現(xiàn)有技術(shù)中硅棒4的表 面因轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生劃傷或爆瓷的缺陷。由于從結(jié)構(gòu)上保證了子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿1同軸，消除 了因子晶軸線與旋轉(zhuǎn)提升桿1軸線不重合而產(chǎn)生硅棒圓度和圓柱度精度超差的缺陷，提高 了硅棒的幾何尺寸精度和形位精度，從而提高了硅棒的利用率。
權(quán)利要求1.一種拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶，其特征是它由定心桿(21)、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階02) 和旋轉(zhuǎn)拉桿組成，定心桿位于扭轉(zhuǎn)臺(tái)階0 的上方，旋轉(zhuǎn)拉桿位于扭轉(zhuǎn)臺(tái) 階0 的下方，定心桿(21)、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階0 和旋轉(zhuǎn)拉桿的軸線重合，定心桿的 直徑與旋轉(zhuǎn)提升桿(1)上的定心孔(11)的直徑相對(duì)應(yīng)，兩者之間的配合間隙為0.005 0.03毫米，定心桿的高度(A)略小于定心孔的深度(B)；扭轉(zhuǎn)臺(tái)階0 的橫截面形狀和大 小與拉晶爐的旋轉(zhuǎn)提升桿(1)上的扭轉(zhuǎn)沉孔(12)相對(duì)應(yīng)，兩者之間的配合間隙為0.03 0. 10毫米，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的高度(C)略大于扭轉(zhuǎn)沉孔的深度(D)；旋轉(zhuǎn)拉桿的直徑與子晶 螺紋套(3)上的子晶孔(32)相對(duì)應(yīng)，兩者之間的配合間隙為0. 03 0. 10毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶，其特征是扭轉(zhuǎn)臺(tái)階02)的 橫截面形狀為正多邊形或切邊圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶，其特征是扭轉(zhuǎn)臺(tái)階02)的 橫截面形狀為正六邊形。
專利摘要一種拉制精密硅棒的防斷裂同軸子晶，由定心桿、扭轉(zhuǎn)臺(tái)階和旋轉(zhuǎn)拉桿組成，定心桿位于扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的上方，旋轉(zhuǎn)拉桿位于扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的下方，三者同軸，扭轉(zhuǎn)臺(tái)階的橫截面形狀為正多邊形或切邊圓形。它與旋轉(zhuǎn)提升桿的下端定心孔和扭轉(zhuǎn)沉孔配合，在不削弱子晶強(qiáng)度的前提下，實(shí)現(xiàn)了子晶與旋轉(zhuǎn)提升桿之間同軸配合和扭矩傳遞，從結(jié)構(gòu)上消除子晶斷裂的缺陷。消除了因子晶軸線與旋轉(zhuǎn)提升桿軸線不重合而產(chǎn)生硅棒圓度和圓柱度精度超差的缺陷，提高了硅棒的幾何尺寸精度和形位精度，從而提高了硅棒的利用率。在接棒過程中，旋轉(zhuǎn)子晶螺紋套，子晶和旋轉(zhuǎn)提升桿都不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。消除了松開子晶螺紋套會(huì)帶動(dòng)硅棒旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生硅棒表面劃傷或爆瓷的缺陷。
文檔編號(hào)C30B29/06GK201915168SQ201120101900
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月9日
發(fā)明者張斌, 楊健, 楊瑞祥, 楊靜, 王桂奮, 王迎春 申請(qǐng)人:金壇正信光伏電子有限公司