一种用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置及方法，具体涉及硅粉收集装置领域，包括切割工作台

【技术实现步骤摘要】
一种用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置


[0001]本专利技术属于硅粉收集装置
，具体涉及用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置及方法
。

技术介绍

[0002]单晶硅通常指的是硅原子以一种排列形式形成的物质
。
单晶硅作为一种比较活泼的非金属元素晶体，是晶体材料的重要组成部分，处于新材料发展的前沿
。
单晶硅材料制造要经过如下过程：石英砂
‑
冶金级硅
‑
提纯和精炼
‑
沉积多晶硅锭
‑
单晶硅
‑
硅片切割，在单晶硅硅片的切割过程中会产生硅粉
。
[0003]硅粉收集装置是一种用于收集和处理硅粉的设备，主要应用于半导体
、
太阳能电池等行业中的单晶硅片切割过程中产生的硅粉收集，硅粉收集装置一般采用封闭式结构，避免硅粉外溢和污染空气，硅粉收集装置的使用可以大大降低硅粉的浪费和环境污染，提高生产效率和产品质量，在使用硅粉收集装置时，需要注意防止硅粉泄漏和静电等问题
。
[0004]现有的单晶硅切割对其产生的硅粉收集或者金属硅的生产过程中，硅粉虽然会被收集到硅粉收集箱内，但是为了保证硅粉收集时发生泄漏，硅粉收集装置的密封性会做的很好，工作人员每次取出硅粉都需要将硅粉收集装置拆开，这样会十分浪费工作人员的工作时间
。
[0005]因此，现有技术中如中国技术
CN218014797U
，虽然硅粉收集装置密封性过于良好且无法拆卸，无加强气体循环流通的硅粉收集装置，在硅粉收集过程中，由于切割产生的电火花
、
静电和
/
或切割产生的热量的传导，会使硅粉达到其被引爆，以空气中的氧气作为助燃供氧成分形成的硅粉收集装置的爆炸；即使有利用风力回收硅粉的装置，如中国技术
CN205926311U、CN218014797U
，但是其无法得知硅粉收集到何种程度时，会发生被引爆的风险，因此在硅粉的收集过程中无法保证如何控制硅粉收集空间内的气体循环，利用硅粉与气体混合形成的混合硅粉颗粒气体的气体密度在被引爆范围内以及进一步降低其内的漂浮的硅粉，使漂浮的硅粉也一并和不漂浮的硅粉一起被收集，防止硅粉逃逸且方便取出被收集硅粉的用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置及方法，成为我们当前要解决的问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述缺陷，提供一种用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置及方法
。
本专利技术通过利用单片机实时控制切割机
、
抽吸泵
、
旋转电机以及顶撑气缸的启闭，进而可以根据进入硅粉收集箱内的混有硅粉的空气的混合硅粉颗粒气体的气体粘滞饱和达到最大情况下的最优混合硅粉颗粒气体的气体密度，进而可以在混合硅粉颗粒气体的气体密度达到引爆临界值时停止切割机
、
抽吸泵和旋转电机的运动，由于重力收集在硅粉收集箱3内被挡尘板挡住的硅粉集体进入储尘箱内的同时，由于顶撑气缸被单片机控制向上运动而由排液管排出水或液态二氧化碳对切割机产生的热量进行吸热，降低硅粉收集箱内的温度
的同时进一步将漂浮的硅粉收集至储尘箱内，避免了硅粉收集装置被引爆的同时，可以避免硅粉逃逸，进而提高了硅粉的收集效率
。
[0007]本专利技术提供如下技术方案：用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置，包括用于放置待切割单晶硅片的切割工作台
、
固定于所述切割工作台内部的切割机和前后镂空板材的硅粉收集箱，所述硅粉收集箱连通设置在所述切割工作台右侧，所述切割工作台的顶部和底部内壁上分别设置有向下弯折的第一导流板和向上弯折的第二导流板，所述硅粉收集箱内部设置有支撑架；所述支撑架的内壁转动连接有传动转辊，所述传动转辊的右端转动连接有旋转电机，所述传动转辊的左端设置有抽吸泵，所述抽吸泵在被开启时用于抽吸切割工作台内切割单晶硅片产生的硅粉，所述硅粉收集箱的顶部和底部分别固定连接有储液箱和储尘箱，所述硅粉收集箱顶部底端设置有温度传感器
、
气体密度传感器和超声波传感器，所述储液箱的底部连通设有两个排液管，所述硅粉收集箱的顶部下端固定连接有透气管，所述透气管的内部底端设有顶撑气缸，所述切割机
、
所述抽吸泵
、
所述旋转电机以及顶撑气缸
、
所述温度传感器
、
所述气体密度传感器和所述超声波传感器均与单片机远程通信连接，单片机用于根据被抽吸至硅粉收集箱内的硅粉混合空气的气体密度实时控制顶撑气缸向上运动的同时停止所述切割机
、
所述抽吸泵和所述旋转电机以及所述切割机
、
所述抽吸泵和所述旋转电机的重新开启的同时停止顶撑气缸回复至初始位置，以收集单晶硅片切割加工时的硅粉至储尘箱内
。
[0008]进一步地，所述单片机实时控制顶撑气缸
、
所述切割机
、
所述抽吸泵和所述旋转电机的启闭方法，包括以下步骤：1）
、
采用所述气体密度传感器监测所述硅粉收集箱内的实时硅粉混合气体密度
ρ
，采用所述温度传感器监测所述硅粉收集箱实时温度
T
以及采用所述超声波传感器实时监测混有硅粉的空气的硅粉混合气体颗粒的极坐标系内的
r
轴实时运动速度
、
θ
轴实时运动速度和
z
轴实时运动速度；2）
、
构建所述硅粉收集箱内的气体粘滞饱和模型：；其中，为硅粉混合气体颗粒的实时运动速度向量，为的模，，为硅粉混合气体粘滞量；为梯度算子，
c
为空气比热容；
t
为所述步骤1）中采集数据的实时时刻；所述步骤2）构建的模型用以求取避免含有硅粉的空气由于所述切割机（2）切割单晶硅片产生的热量的加热以及密度的增大而导致硅粉收集箱（3）爆炸的情况发生的最大硅粉混合气体密度；3）采用粒子群优化算法不断优化求得的最大硅粉混合气体密度，粒子群优化过程中第
i
个最大硅粉混合气体密度 的更新速率为：；其中，为第
i
‑1个最大硅粉混合气体密度的更新速率；为第一学习因子，为第二学习因子，
=1.5
，
=2
；
N
为采用粒子群优化算法优化最大硅粉混合气体密度
的样本数量；以更新速度更新得到的第
i+1
个最大硅粉混合气体密度的值为；4）构建求取的最大硅粉混合气体密度的最优值的粒子寻优收敛值 计算模型：；其中，
λ
为采集到的
N
个最大硅粉混合气体密度的平均值，
=
；5）判断所述步骤4）求取的粒子寻优收敛值是否大于
0.86
，若大于，则输出求取的最大硅粉混合气体密度的最优值，否则重复所述步骤1）
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置，包括用于放置待切割单晶硅片的切割工作台（1）
、
固定于所述切割工作台（1）内部的切割机（2）和前后镂空板材（
301
）的硅粉收集箱（3），所述硅粉收集箱（3）连通设置在所述切割工作台（1）右侧，其特征在于，所述切割工作台（1）的顶部和底部内壁上分别设置有向下弯折的第一导流板（
101
）和向上弯折的第二导流板（
102
），所述硅粉收集箱（3）内部设置有支撑架（4）；所述支撑架（4）的内壁转动连接有传动转辊（5），所述传动转辊（5）的右端转动连接有旋转电机（6），所述传动转辊（5）的左端设置有抽吸泵（
501
），所述抽吸泵（
501
）在被开启时用于抽吸切割工作台（1）内切割单晶硅片产生的硅粉，所述硅粉收集箱（3）的顶部和底部分别固定连接有储液箱（
26
）和储尘箱（
17
），所述硅粉收集箱（3）顶部底端设置有温度传感器
、
气体密度传感器和超声波传感器，所述储液箱（
26
）的底部连通设有两个排液管（
27
），所述硅粉收集箱（3）的顶部下端固定连接有透气管（
28
），所述透气管（
28
）的内部底端设有顶撑气缸（
29
），所述切割机（2）
、
所述抽吸泵（
501
）
、
所述旋转电机（6）以及顶撑气缸（
29
）
、
所述温度传感器
、
所述气体密度传感器和所述超声波传感器均与单片机远程通信连接，单片机用于根据被抽吸至硅粉收集箱（3）内的硅粉混合空气的气体密度实时控制顶撑气缸（
29
）向上运动的同时停止所述切割机（2）
、
所述抽吸泵（
501
）和所述旋转电机（6）以及所述切割机（2）
、
所述抽吸泵（
501
）和所述旋转电机（6）的重新开启的同时停止顶撑气缸（
29
）回复至初始位置，以收集单晶硅片切割加工时的硅粉至储尘箱（
17
）内
。2.
根据权利要求1所述的用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置，其特征在于，所述单片机实时控制顶撑气缸（
29
）
、
所述切割机（2）
、
所述抽吸泵（
501
）和所述旋转电机（6）的启闭方法，包括以下步骤：1）
、
采用所述气体密度传感器监测所述硅粉收集箱（3）内的实时硅粉混合气体密度
ρ
，采用所述温度传感器监测所述硅粉收集箱（3）实时温度
T
以及采用所述超声波传感器实时监测混有硅粉的空气的硅粉混合气体颗粒的极坐标系内的
r
轴实时运动速度
、
θ
轴实时运动速度和
z
轴实时运动速度；2）
、
构建所述硅粉收集箱（3）内的气体粘滞饱和模型：；其中，为硅粉混合气体颗粒的实时运动速度向量，为的模，，为硅粉混合气体粘滞量；为梯度算子，
c
为空气比热容；
t
为所述步骤1）中采集数据的实时时刻；所述步骤2）构建的模型用以求取避免含有硅粉的空气由于所述切割机（2）切割单晶硅片产生的热量的加热以及密度的增大而导致硅粉收集箱（3）爆炸的情况发生的最大硅粉混合气体密度；3）采用粒子群优化算法不断优化求得的最大硅粉混合气体密度，粒子群优化过程中第
i
个最大硅粉混合气体密度的更新速率为：
；其中，为第
i
‑1个最大硅粉混合气体密度的更新速率；为第一学习因子，为第二学习因子，
=1.5
，
=2
；
N
为采用粒子群优化算法优化最大硅粉混合气体密度的样本数量；以更新速度更新得到的第
i+1
个最大硅粉混合气体密度的值为；4）构建求取的最大硅粉混合气体密度的最优值的粒子寻优收敛值计算模型：；其中，
λ
为采集到的
N
个最大硅粉混合气体密度的平均值，
=
；5）判断所述步骤4）求取的粒子寻优收敛值是否大于
0.86
，若大于，则输出求取的最大硅粉混合气体密度的最优值，否则重复所述步骤1）
‑
步骤4），继续更新迭代；6）判断所述步骤5）求取的最大硅粉混合气体密度的最优值是否大于硅粉引爆临界值
100
，若是，则控制顶撑气缸（
29
）开启，同时控制切割机（2）
、
抽吸泵（
501
）和旋转电机（6）停止
。3.
根据权利要求2所述的用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置，其特征在于，所述硅粉混合气体粘滞量的计算公式如下：；其中，
η
为硅粉混合气体粘滞系数，；其中，为
25℃
时的空气粘滞系数，
=1.85
×
10
‑5，为监测开始时所述硅粉收集箱（3）内的初始温度
。4.
根据权利要求1所述的用于单晶硅片切割加工的硅粉收集处理装置，其特征在于，所述传动转辊（5）的圆柱状外壁固定连接有集尘扇叶（7），所述传动转辊（5）于所述硅粉收集箱（3）内侧端部固定连接有第一齿轮（8），所述第一齿轮（8）的底部啮合有第一齿条（9），所
述第一齿条（9）的一侧固定连接有螺纹柱（
10
），所述螺纹柱（
10
）的外壁通过螺纹连接有螺纹转套（
11
），所述螺纹转套（
11
）通过轴承连接在硅粉收集箱（3）的一侧，所述螺纹转套（
11
）的外壁固定连接有第二齿轮（
12
），所述第二齿轮（
12
）的底部啮合有第二齿条（
13
），所述第二齿条（
13
）的底部固定连接有处于竖直平面内的活动支架（
14
），所述活动支架（
14
）的一侧固定连接有处于水平设置的挡尘板（
15
），所述挡尘板（
15
）在所述活动支架（
14
）所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱仁德，
申请(专利权)人：无锡京运通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：