專利名稱：硅片承載器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及研制一種承載方形硅片的容器，如承載太陽(yáng)能電池多晶及單晶硅片。要求盛裝硅片的承載器(俗稱清洗花籃)不但能夠長(zhǎng)期耐受清洗液的高溫、清洗液的酸、堿腐蝕，還要有較強(qiáng)的剛性、精確的外形尺寸和嚴(yán)格的產(chǎn)品重量，以滿足硅片生產(chǎn)線和清洗設(shè)備的要求。
背景技術(shù)：
以前使用的硅片承載器都是用于半導(dǎo)體硅片及晶片的承載，這些硅片均為圓形。其生產(chǎn)工藝需要用液體和氣體對(duì)承載器內(nèi)硅片浸泡洗滌，其中的化學(xué)洗液含有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等腐蝕性液體，且需在高溫(180℃)下使用。因此硅片清洗時(shí)承載此類硅片的承載器一般用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)注射而成，但此種原料成本高，熔體粘度較大加工困難，且對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，需使用專用設(shè)備進(jìn)行注射，造成產(chǎn)品成品率、生產(chǎn)效率低下，價(jià)格昂貴。
本發(fā)明涉及的方形硅片，例如太陽(yáng)能電池硅片，同半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所用圓形單晶硅片相比，首先外形有四個(gè)直角。由于圓形硅片沒(méi)有方向問(wèn)題，可以在硅片承載器內(nèi)隨意插入、取出沒(méi)有任何障礙；而方形硅片則對(duì)承載器的平滑度要求更高，才能滿足硅片在進(jìn)出承載器方向并不完全垂直時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)整至正確位置，順利進(jìn)出，沒(méi)有阻礙。
硅片清洗時(shí)，硅片承載器垂直放置，由于圓形硅片有最低點(diǎn)，清洗液能夠沿此最低點(diǎn)流出，對(duì)承載器無(wú)特殊要求；而方形硅片底部平直，易造成清洗液滯留，因此要求承載器底部設(shè)計(jì)出有導(dǎo)出清洗液的空隙。
太陽(yáng)能電池硅片大多采用多晶硅，多晶硅本身比單晶硅更易破碎。因此在承載器齒型設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到這個(gè)因素，盡量增加承載器與方型硅片的接觸面積，減小硅片單位面積的受力。但承載器是用于液體清洗的，接觸面積過(guò)大會(huì)造成液體排除不暢。因此根據(jù)本發(fā)明的承載器在設(shè)計(jì)時(shí)采用了六點(diǎn)接觸。
雖然太陽(yáng)能電池硅片生產(chǎn)工藝也要求能夠長(zhǎng)期耐受一定溫度下清洗液的酸、堿腐蝕，但其耐腐蝕程度不必達(dá)到圓形硅片承載器的要求，因此可以使用性價(jià)比更合理、加工更容易的聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、聚丙烯(PP)等材料加工生產(chǎn)，這樣可以降低成本，獲得更高的生產(chǎn)效率和效益。
目前，太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)和應(yīng)用是世界上增長(zhǎng)最快的產(chǎn)業(yè)之一，年增長(zhǎng)率近年來(lái)已接近30％，目前其年貿(mào)易額已達(dá)10億美元以上。太陽(yáng)能電池大都采用半導(dǎo)體材料制造，其中多晶硅電池約占50％左右，是太陽(yáng)能電池中成本低、產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的一個(gè)品種。它的生產(chǎn)工藝和材料研究均已成熟，為我們解決日益嚴(yán)峻的能源和環(huán)境問(wèn)題，提供了有效、清潔、安全和可持續(xù)發(fā)展的新能源的應(yīng)用途徑。據(jù)專家預(yù)測(cè)在未來(lái)十年甚至更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)它將主導(dǎo)太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)。
我國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年中國(guó)陸地接收的太陽(yáng)輻射總量，相當(dāng)于24000億t標(biāo)煤，全國(guó)總面積2/3地區(qū)年日照時(shí)間都超過(guò)2000h，特別是西北一些地區(qū)超過(guò)3000h。另一方面，隨著當(dāng)前世界光電技術(shù)及其應(yīng)用材料的飛速發(fā)展，光電材料成本成倍下降，光電轉(zhuǎn)換率不斷提高，這將帶來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電成本的大幅度下降。世界光伏界一般認(rèn)為，到2010年太陽(yáng)能光伏電池成本將降低到可以與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)的程度。這為中國(guó)大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源提供了可能。
太陽(yáng)能硅電池的生產(chǎn)工藝中，需要使用硅片承載器，在一定溫度下的NaOH溶液、HCl溶液、HF溶液中對(duì)硅片進(jìn)行清洗。該承載器需滿足硅片轉(zhuǎn)換的要求，并長(zhǎng)期使用不變形，使用時(shí)不污染硅片。在集成電路產(chǎn)業(yè)(IC)的單晶硅的生產(chǎn)中，用于對(duì)硅片進(jìn)行清洗的承載器是采用可熔融性氟塑料四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)注射加工成型，而用于要求不太苛刻的環(huán)境以及硅片的運(yùn)輸時(shí)采用聚丙烯(PP)注射加工成型，如專利CN 1037616A涉及了用于集成電路硅片裝載和存儲(chǔ)的托架，且其涉及的硅片形狀為圓片。而用于太陽(yáng)能電池的硅片承載器，根據(jù)不同用戶要求，采用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)及聚丙烯(PP)等材料注射加工成型，裝載的硅片為方形。
在可熔融性氟塑料的加工中，PVDF具有較低的熔體粘度(相對(duì)于其它氟樹(shù)脂)，而且熔點(diǎn)與分解溫度相差140℃左右，故熱穩(wěn)定性能較好，便于加工。不需要防腐處理的專用設(shè)備，可用一般熱塑性塑料注射加工方法成型。它的熔點(diǎn)在165～185℃，長(zhǎng)期使用溫度范圍-70℃～150℃，熱分解溫度在316℃以上，具有較好的耐熱性能。它的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、剛性、硬度和耐切割性能，在氟塑料中居于首位，是一種具有優(yōu)良耐磨性、抗蠕變、耐疲勞、高硬度的強(qiáng)韌結(jié)構(gòu)材料。

發(fā)明內(nèi)容
方形硅片承載器，如太陽(yáng)能電池硅片承載器，需滿足以下幾點(diǎn)要求。它可以裝載的硅片為方形硅片，能夠滿足硅片轉(zhuǎn)換的要求，并長(zhǎng)期使用不變形。它更需要滿足硅片清洗的要求，可以使清洗液流經(jīng)硅片的每一個(gè)角落，并不滯留在承載器內(nèi)，能夠長(zhǎng)期耐受清洗液較高的溫度以及清洗液的酸、堿腐蝕。它還需要有一定的重量，不至于在清洗槽內(nèi)傾覆和翻轉(zhuǎn)，但也不能太重，不利于人工操作或機(jī)器搬運(yùn)。
根據(jù)本發(fā)明制造的容器可滿足上述要求。這種容器還具有其他獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。首先，根據(jù)本發(fā)明制造的容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加精巧，所用原料少，節(jié)約了成本。其次，根據(jù)本發(fā)明制造的容器結(jié)構(gòu)可以更好的保護(hù)所承載的硅片，不會(huì)在轉(zhuǎn)換、清洗過(guò)程中墜落而使硅片損壞。最后，根據(jù)本發(fā)明制造的容器的定位系統(tǒng)可與相應(yīng)的太陽(yáng)能電池制造設(shè)備連接，使定位更加牢固、準(zhǔn)確。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種承載容器，它可以承載方形承載物，比如太陽(yáng)能電池多晶硅片。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種承載容器，它可以用于清洗如太陽(yáng)能電池硅片等操作，使清洗液在容器內(nèi)順利的流入流出，并在操作中保護(hù)容器內(nèi)的物品在受到?jīng)_擊、振動(dòng)、擠壓及摩擦等作用時(shí)不會(huì)劃傷或碎裂。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是所提供的容器可以耐受一定溫度下酸、堿腐蝕。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種更可靠的定位方式，如能使太陽(yáng)能硅片承載器與清洗機(jī)器連接時(shí)更緊密。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種可以反復(fù)使用、容易清潔的容器。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是要提供這樣的容器，當(dāng)它在太陽(yáng)能電池自動(dòng)生產(chǎn)線上使用時(shí)仍是有效的。
以上和其它一些目的都是通過(guò)一種容器達(dá)到的，該容器具有以下幾部分結(jié)構(gòu)一個(gè)箱形主體，主體頂部和底部有開(kāi)口，頂部用于硅片的放入和取出；兩面相對(duì)立的側(cè)壁，側(cè)壁是平直的，沒(méi)有彎曲，但具有一定的斜度，內(nèi)部包含多個(gè)有固定間距的齒條；一個(gè)H形端壁，一個(gè)平板端壁。
本發(fā)明所述方形硅片承載器，為滿足耐腐蝕及具有一定重量以防止在溶液中使用時(shí)傾覆和翻轉(zhuǎn)的要求，采用聚偏氟乙烯(PVDF)或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)注射加工成型。
通過(guò)
以下結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，可以更好的理解本發(fā)明。



圖1本發(fā)明的用于太陽(yáng)能電池硅片承載器的立體圖圖2本發(fā)明的用于太陽(yáng)能電池硅片承載器的主視圖圖3本發(fā)明的用于太陽(yáng)能電池硅片承載器的正面剖面圖圖4本發(fā)明的用于太陽(yáng)能電池硅片承載器的右面剖面圖圖5本發(fā)明的用于太陽(yáng)能電池硅片承載器的俯視圖具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1-5，說(shuō)明了本發(fā)明太陽(yáng)能電池硅片承載器，該承載器主體用標(biāo)號(hào)1來(lái)表示。如前所述，該承載器是用熱塑性塑料整體注塑成型。
方形硅片承載器1包括六大部分開(kāi)放式頂部11和底部12、兩面相互對(duì)立的側(cè)壁2、H形端壁3和與其相對(duì)立的另一平板端壁4。以下是對(duì)實(shí)體的各個(gè)部分的詳述。
側(cè)壁2為一平直壁，沒(méi)有彎曲，與垂直方向1°的傾角直著向下直到下底部錐形支腳24，側(cè)壁2外表面豎直并列著具有固定寬度的用于在清洗硅片時(shí)液體流出的窗格21，每個(gè)窗格夾著的部分在側(cè)壁內(nèi)表面形成了固定硅片位置的齒條22，側(cè)壁2的外表面水平排列了三條用于隔擋方形硅片在甩干操作時(shí)不至于脫出的橫梁23(在半導(dǎo)體硅片承載器中一般為一條或兩條，如專利CN 1037616A)，在下底部錐形支腳24的上側(cè)分別是用于清洗液流出的空隙25和用于固定硅片位置的錐形齒26，在下底部錐形支腳24的下端分布有2個(gè)用于方形硅片承載器1與太陽(yáng)能電池清洗及甩干設(shè)備(未示于圖中)連接的定位槽27，側(cè)壁2的上端水平伸出了一方便人工拿取方形硅片承載器1的梯形凸面28，一側(cè)壁2的凸面28上表面兩端分布兩個(gè)定位銷291，相對(duì)的另一側(cè)壁2的凸面28上表面兩端分布兩個(gè)定位孔292，該定位銷291和定位孔292是用于兩個(gè)方形硅片承載器1在相對(duì)交換硅片時(shí)的定位連接。
H形端壁3與兩個(gè)相對(duì)立的側(cè)壁2相連接，其H形端面31上分別凸起了一根水平定位桿32和兩根垂直定位桿33，在垂直定位桿33向上與側(cè)壁2的凸面28相隔一段距離有一用于卡住硅片護(hù)條5(未示于圖中，保護(hù)硅片在清洗和甩干時(shí)不被脫出)的方形凹槽34。
與H形端壁3相對(duì)立的另一平板端壁4上側(cè)兩端同樣的位置也分布兩個(gè)方形凹槽34，與H形端壁3的凹槽共同卡住硅片護(hù)條5，平板端壁兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)凸出法蘭41，以便用提梁6(未示于圖中)提取方形硅片承載器1。
本發(fā)明除了在結(jié)構(gòu)上設(shè)置了更適于承載方形太陽(yáng)能電池硅片的承載器，還根據(jù)這一結(jié)構(gòu)在加工工藝上進(jìn)行探索。
為保證太陽(yáng)能電池硅片在清洗時(shí)全部浸入腐蝕性清洗液，裝載硅片的承載器除了需耐腐蝕還要具有足夠的比重，才能使裝有硅片的硅片承載器在清洗液中不會(huì)傾覆和翻轉(zhuǎn)，合適的原材料包括四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)等，但考慮到原料價(jià)格及產(chǎn)品綜合性能，PVDF明顯比另外兩者更適合本發(fā)明的加工。
但是，PVDF是一種收縮率較大的樹(shù)脂，而且其收縮率在不同模具和工藝條件中的變化范圍較大，使得制品在自身的各個(gè)方向上尺寸的收縮具有不均勻性，這種收縮不均勻性表現(xiàn)在同種制品不同部位的收縮不均勻；制品壁厚方向的收縮不均勻；樹(shù)脂流動(dòng)取向不同造成的收縮不均勻；以及不同模具的制品同種厚度方向的收縮不均勻。影響注射制品收縮的因素從本質(zhì)上可以歸結(jié)為三個(gè)注射制品的殘余應(yīng)力；制品冷卻過(guò)程；材料的取向。因此在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，精確確定制品各個(gè)方向的收縮率的故然重要，但對(duì)于本發(fā)明所述的尺寸要求嚴(yán)格的制品，還需要在注射成型中加以工藝調(diào)整，注意制品冷卻時(shí)間的控制，保證制品不產(chǎn)生內(nèi)縮孔，以保證最終制品的尺寸穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明的加工方法，PVDF收縮率為2.6～5.2％，優(yōu)選2.7～4.0％，更優(yōu)選2.8～3.0％。
注射工藝包括機(jī)筒溫度、注射壓力、模具溫度等。采用不同種類、不同廠家、不同牌號(hào)的原材料，采用不同設(shè)備加工，加工工藝都不相同。下面給出加工工藝的一般范圍PVDF注射成型溫度范圍從170℃～260℃，優(yōu)選190℃～240℃。
PVDF注射壓力范圍從30～150MPa，優(yōu)選40～90MPa。
PVDF模具溫度范圍從70℃～140℃，優(yōu)選75℃～90℃。
實(shí)施例1以PVDF注射級(jí)(阿托公司生產(chǎn))為原料，收縮率為3％，設(shè)計(jì)103mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī)，注射溫度190℃～220℃，注射壓力45～60MPa，模具溫度80℃。
實(shí)施例2以PVDF注射級(jí)(阿托公司生產(chǎn))為原料，收縮率為3％，設(shè)計(jì)156mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī)，注射溫度200℃～245℃，注射壓力35～45MPa，模具溫度90℃。
實(shí)施例3以PFA注射級(jí)(大金公司生產(chǎn))為原料，收縮率為3％，設(shè)計(jì)156mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī)，注射溫度320℃～365℃，注射壓力10～65MPa，模具溫度80℃。
實(shí)施例4以FEP注射級(jí)(3F公司生產(chǎn))為原料，收縮率為2.4％，設(shè)計(jì)125mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī)，注射溫度320℃～350℃，注射壓力55～90MPa，模具溫度65℃。
實(shí)施例5以PP注射級(jí)(阿托公司生產(chǎn))為原料，收縮率為2％，設(shè)計(jì)103mm方形硅片承載器模具。采用寧波海天HTF 250X/1注射機(jī)，注射溫度210℃～240℃，注射壓力30～65MPa，模具通冷卻水。
本發(fā)明在不脫離其主旨的情況下可按其它形式實(shí)施，因此，圖示實(shí)施例為本發(fā)明的說(shuō)明而不是限制，涉及表明本發(fā)明范圍的是所附的權(quán)利要求書(shū)而不是上述的說(shuō)明。
權(quán)利要求1.一個(gè)方形硅片承載器，其特征在于一個(gè)箱形主體，主體頂部和底部有開(kāi)口，頂部用于硅片的放入和取出；兩面相對(duì)立的側(cè)壁，側(cè)壁是平直的，沒(méi)有彎曲，但具有一定的斜度，內(nèi)部包含多個(gè)有固定間距的齒條；一個(gè)H形端壁，一個(gè)平板端壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片承載器，其特征在于選用四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯之一注射成型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片承載器，其特征在于優(yōu)選聚偏氟乙烯樹(shù)脂注射成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片承載器，其特征在于該硅片承載器側(cè)壁的外表面應(yīng)具有三條水平橫梁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片承載器，其特征在于該硅片承載器側(cè)壁的下底部錐形支腳上側(cè)包含一系列水平排列的空隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片承載器，其特征在于該硅片承載器側(cè)壁的下底部錐形支腳上側(cè)還應(yīng)包含多個(gè)相對(duì)立的錐形齒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片承載器，其特征在于該硅片承載器側(cè)壁的下底部錐形支腳下端中心應(yīng)分布有2個(gè)定位槽。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片承載器，其特征在于該硅片承載器的側(cè)壁上還應(yīng)有一用于卡住硅片護(hù)條的方形凹槽。
專利摘要本實(shí)用新型涉及研制一種承載方形硅片的容器，如承載太陽(yáng)能電池硅片。該硅片承載器能夠長(zhǎng)期耐受一定溫度下酸、堿清洗液，還要有較強(qiáng)的剛性、精確的外形尺寸和嚴(yán)格的產(chǎn)品重量，以滿足硅片生產(chǎn)線和清洗設(shè)備的要求。其結(jié)構(gòu)為一個(gè)箱形主體，主體頂部和底部有開(kāi)口；兩面相對(duì)立的側(cè)壁，側(cè)壁是平直的沒(méi)有彎曲但具有一定的斜度，內(nèi)部包含多個(gè)有固定間距的齒條；一個(gè)H形端壁和平板端壁。該硅片承載器側(cè)壁的外表面具有三條水平橫梁，側(cè)壁的下底部錐形支腳上側(cè)包含一系列水平排列的空隙和多個(gè)相對(duì)立的錐形齒，其下端中心分布有2個(gè)定位槽，側(cè)壁上還有一用于卡住硅片護(hù)條的方形凹槽。該容器采用聚偏氟乙烯(PVDF)注射加工成型。
文檔編號(hào)B65D81/02GK2837240SQ20042012031
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月17日
發(fā)明者孫衛(wèi)東, 黃萍, 王 華, 朱道峰 申請(qǐng)人:北京市塑料研究所