专利名称：石英舟自动上下片装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池片制造工艺用的装置，尤其涉及一种在扩散制结工序中所用到的石英舟自动上下片装置。
背景技术：
太阳能电池作为可再生的环保能源已经越来越受到人们的关注。近几年，世界太 阳能电池的年销售增长旺盛，与太阳能电池相关的设备也得到了迅猛的发展。太阳能电池需要一个大面积的PN结以实现光能到电能的转换，制造PN结是太阳 电池生产最基本也是最关键的工序。制造太阳能电池PN结的专用设备是扩散炉，其一般由 石英舟的上下载部分、废气室、炉体部分和气柜部分四部分组成。在扩散工序中，需要将承 载盒中的硅片取出放置到石英舟内，待扩散完成后，又需要将将石英舟内的硅片放回承载 盒中。目前，上述操作一般采用由工作人员手工将硅片装入和取出石英舟框。这种方式的 缺点是显而易见的，一方面，由于承载盒或石英舟中放置硅片的座槽的间隙很小，在手工夹 取、放置硅片时，很容易划伤硅片或者污染硅片，从而严重影响硅片的电特性，另一方面，手 工夹取、放置硅片的工作效率低下，从而影响产能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于自动向石英舟装载及卸载硅片的装置以实现石英 舟的自动上、下片，从而能够在确保硅片质量的同时提高产能与效率。根据本发明的目的，本发明提供一种石英舟自动上下片装置，包括承载盒运输台、 石英舟上下片台、吸片机构、中央控制单元。承载盒运输台固定在操作台面上，其具有输送 硅片承载盒的传送带，在传送带中部的一侧分别设置有取料定位汽缸，所述取料定位汽缸 用于在承载盒被输送到承载盒运输台中部的取料位置时将承载盒固定在该取料位置上以 便吸片机构能够吸取硅片；石英舟上下片台紧邻承载盒运输台固定，其包括导轨和设置在 该导轨上的用于安置石英舟的滑车，所述滑车由滑车电机驱动，能够沿所述导轨前后移动 并能精确定位在石英舟上下片台的装框位置处，连接所述装框位置与所述取料位置的直线 垂直于所述传送带的传送方向；吸片机构设置在承载盒运输台与石英舟上下片台上方，其 包括固定在操作台面上的固定框架、吸盘支架以及安装在所述吸盘支架上用于吸取硅片的 集成吸盘；所述吸盘支架通过升降电机能够上下移动，从而将安装于其上的集成吸盘移至 能够从承载盒中吸取硅片或者能够将吸附的硅片放置在石英舟中的高度上；所述集成吸盘 能够通过与其相连接的平移电机实现水平移动，从而能够使集成吸盘在承载盒运输台与石 英舟上下片台之间横向移动；中央控制单元包括触摸屏、PLC控制器，其中PLC控制器构造 为控制所述传送带、升降电机、平移电机、滑车移动电机的运行。在本发明的一种优选实施方式中，所述传送带两侧可以设置护栏，从而防止承载 盒在传送带上发生横向滑移。另外，优选将承载盒运输台的每一传送带设置成输入段、取料段和输出段三个部分，其中输入与输出段可分别由电机驱动，而取料段则始终保持静止，并优选实施为固定平 台的形式。在本发明的一种优选实施方式中，承载盒运输台的取料定位汽缸由止挡汽缸、导 向汽缸和固定汽缸三个分气缸组成，其中止挡汽缸用于使承载盒停止在取料位置上，导向 汽缸用于从承载盒后侧向前推动承载盒，而固定汽缸则用于将承载盒静止地固定在传送带 的取料位置上。另外，所述承载盒运输台可具有候取定位汽缸，该侯取定位设置在输入段靠近取 料段的端部。在同一传送带同时输送多个承载盒且前一承载盒已被所述取料定位汽缸固定 在所述取料位置时，所述侯取定位汽缸用于将后一承载盒保持在与所述取料位置相邻的侯 取位置上。
在本发明的一种优选实施方式中，所述滑车电机可设置在石英舟上下片台的端 部，而滑车则通过丝杆、链条或者皮带与该滑车电机相连，通过操作滑车电机能够使滑车沿 导轨前后移动并精确制动。此外，在滑车的上面可设置有阻止石英舟沿横向于滑车移动的方向滑移的定位 块、衬垫在石英舟与滑车之间的导向块以及设置在所述滑车一端的石英舟定位汽缸，所述 导向块与石英舟定位汽缸互相配合能够将石英舟精确定位并防止石英舟沿滑车移动方向 滑移。在滑车中部可进一步设置纵向的贯穿式矩形孔，在该矩形孔中可设置用于接纳硅 片的齿形卡槽，所述齿形卡槽通过丝杆与滑车下部的升降电机相连，通过操作所述升降电 机能够使所述齿形卡槽上升或下降，从而托起或降下硅片。在本发明的一种优选实施方式中，石英舟上下片台的装框位置的两侧分别设置有 装框导向汽缸，所述装框导向汽缸分别活动连接装框导向板，所述装框导向板具有数量与 集成吸盘的真空吸片一致的分隔板，通过操作所述装框导向汽缸能够对所述装框导向板的 位置加以微调并定位，从而使其能够将吸附在集成吸盘上的硅片置于其分隔片形成的隔槽 中。此外，根据本发明，滑车上可设置有用于探测是否装载有石英舟的传感器，该传感 器安装在所述滑车一端的传感器支架上，并能够将信号发送给所述中央控制器。在本发明的一种优选实施方式中，吸盘支架活动安装在固定框架上，并通过丝杆、 皮带或链条与所述固定框架相连，从而通过操作安装在所述吸盘支架或固定框架上的升降 电机能够使所述吸盘支架上下移动。此外，集成吸盘活动安装在所述吸盘支架上，并通过丝杆、皮带或链条与所述吸盘 相连，从而能够操作安装在所述吸盘支架或集成吸盘上的平移电机以使所述吸盘支架水平 移动。根据本发明，所述中央控制单元设置有报警装置，中央控制器在接到报警信号时 能够控制所述报警装置发出警报，所述报警信号包括由石英舟传感器发送的未装载石英舟信号。综上所述，根据本发明的石英舟自动上下片装置，其作为太阳能电池生产的辅助 设备能够极大地提高产品质量、降低硅片碎片率，使得生产效率及质量都得到明显的提升。
下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细说明，其中图1为根据本发明的石英舟自动上下片装置的示意图；图2A为图1所示装置的承载盒运输台的俯视图；图2B为图2A中取料定位汽缸23的放大示图；图3为图1所示装置的石英舟上下片台的后视图；图4为图3所示石英舟上下片台的滑车的示意性俯视图；图5为根据本发明的吸片机构的仰视图；以及图6为展示石英舟上片期间的合片过程的示意图。
具体实施例方式图1是本发明的一个实施例的石英舟上下片装置1的示意图。如图所示，石英舟 上下片装置1包括承载盒运输台2、石英舟上下片台3、吸片机构4和中央控制单元5。图2A示出了承载盒运输台2的一个优选实施例的简图，为了提高上下片的效率， 如图所示，该实施例中的承载盒运输台2具有两条传送带21，应当理解的是，本发明的传送 带的设置数量不受本实施例的限制。传送带21的两侧具有相应的护栏22，每条传送带均由 三部分组成，即输入段211、取料段210及输出段212，其中，输入与输出段211、212各由伺 服电机(未示出)驱动，取料段210是吸片机构4从承载盒中吸取硅片的位置，图中的取料 段210被设置成固定的平台，其两侧设置有取料定位汽缸23以将硅片承载盒精确地移动至 预定的取料位置并固定住，从而使集成吸盘42能够顺利地吸取硅片，而不至于因承载盒的 滑移导致硅片擦伤或者导致吸附的硅片排列不够整齐。图2B详细地示出了所述取料定位汽缸23的一个优选方案，其中，取料定位汽缸23 由三个分汽缸组成，布置在输入段211与取料段210之间的导向汽缸231用于将满载硅片 的承载盒向前推移进取料段210，而设置在取料段210相对端的止挡汽缸233用于将满载 硅片的承载盒阻挡在取料段210上，处于中间位置的固定汽缸232用于将承载盒固定在取 料位置上。另外，在传送带的输入段211的端部，也就是在输入段211与取料段210相邻的 一端可以设置侯取定位汽缸24，该侯取定位汽缸24能够把承载盒固定地夹持在输入段211 末端，直到取料段210上的承载盒中的硅片取完并离开取料位置，侯取定位汽缸24才松开 夹持，使被夹持的满载硅片的承载盒移动至取料位置，开始新一轮的吸取操作。图3示出了根据本发明的一个实施例的石英舟上下片台3。该石英舟上下片台3 包括底板31、导轨32、滑车33、滑车丝杆34、驱动电机35，其中平行的导轨32水平地焊接 在底板31上，驱动电机35设置在底板31的端部，滑车33通过滑车丝杆34与驱动电机35 连接在一起，这样，通过操作驱动电机35，能够使滑车33沿着导轨31前后移动并精确制动。 另外，在石英舟上下片台3上可同时设置两台分别通过各自的滑车丝杆34与各自的驱动电 机35相连的滑车33，这样，在石英舟上下片时就可轮换输送石英舟，从而提高生产效率。图4是滑车33的简化示意图。如图所示，滑车33具有底板330，在所述底板330的中部开设有矩形的贯穿凹槽331，凹槽331内部设置有齿形卡槽332，该齿形卡槽332下 部连接有垂直丝杆(未示出)，通过操作与该垂直丝杆相连的驱动电机能够使齿形卡槽332 在凹槽331中垂直升降。齿形卡槽332的槽口数量不少于集成吸盘42的真空吸片数量。另夕卜，在底板330上的凹槽331的两侧固定安装有4个定位块333，在石英舟被放置到滑车33 上时，所述定位块333用于限制石英舟沿双箭头Pl方向滑移。底板330上与各定位块333 相邻的位置处另外设置有导向块334，导向块333的作用在于确保石英舟的整体水平，并配 合定向汽缸335对石英舟在双箭头P2方向上的移动定位，另外，它们还起到隔离垫片的作 用，即衬垫在石英舟底部以避免石英舟与底板330直接接触。在滑车33的端侧设置有定向 汽缸335，在石英舟被放置到所述定位块333与导向块334限定的区域中后，定向汽缸335 能够将石英舟精确地向前推移直至牢牢固定在定位块333与导向块334之间，确保石英舟 在上、下硅片时不至于移动，从而避免因石英舟滑移引起的硅片损毁。在滑车33的端部，即 在所述定向汽缸335的上部设置有石英舟传感器337，所述石英舟传感器337固定安装在传 感器支架336上。传感器337用于探测滑车33上是否已装载石英舟，并将相应信号发送给 中央控制单元5。如果在向石英舟上片过程中，中央控制单元5接收到来自石英舟传感器 337的类似“滑车未装载石英舟”的信号，那么中央控制单元5将按预设程序停止装置1的 运行，并显示出错信息并激活报警灯，以此提示工作人员将石英舟装入滑车33。 图5是吸片机构4的示意性仰视图。吸片机构4主要由吸盘支架41与活动安装 在该吸盘支架41上的两个集成吸盘42组成。其中，每一集成吸盘42均由多片，例如25片 真空吸片组成，能够一次性吸取多片硅片。所述吸盘支架41活动安装在固定框架40 (参见 图1)上，并通过升降丝杆411连接到安装在吸盘支架41或固定框架40的升降电机(未示 出)上，通过操作该升降电机能够使所述吸盘支架41垂直上下移动，从而将安装于其上的 集成吸盘42移动到适合的位置以吸取或放置硅片。两个集成吸盘42活动安装在吸盘支架 41上，并分别通过丝杆421与422与固定在吸盘支架41 一侧的平移电机(未示出)相连 接。通过操作所述平移电机能够使集成吸盘42沿着吸盘支架41在承载盒运输台2和石英 舟上下片台上方3水平移动，并因此能够调节两个集成吸盘42之间的间距。这样，当分别 吸附有多片硅片的集成吸盘42在平移电机的驱动下水平移向石英舟上下片台3上方，且在 前集成吸盘42抵达终点时，在后集成吸盘42将继续平移，直至两个吸盘靠近到一起，从而 使各自吸附的硅片重叠在一起，以便可将全部硅片同时置入石英舟中。这一过程被称作“合 片”。与此相反，在下片，即集成吸盘42从石英舟中吸取已扩散完毕的硅片时，两个集成吸 盘42是彼此靠近的，待吸取硅片向上升起并向承载盒运输台2平移时，两个集成吸盘42才 彼此分离，这一过程称作“分片”。应当理解的是，上述“合片”、“分片”过程是当本实施例设 置有两条及两条以上的传送带并因而配置有两个集成吸盘同时进行上下片时具有的过程， 如果只使用一条传送带及一个集成吸盘时则不必涉及“合片”、“分片”过程。图6示出了石英舟上片过程的一个中间状态示意图。其中示出了“合片”时的情 形，图中的两个集成吸盘42互相靠近在一起，其分别吸附的硅片50排成一列。但是，由于随 机因素，集成吸盘42的真空吸片上的硅片50并不能完全对齐，也就是说，可能有一些硅片 存在一定程度的倾斜，因此，在向石英舟上片时，所述倾斜的硅片可能无法正确插入石英舟 而出现毁损。为避免此种现象的出现，在石英舟上片程序中，需在石英舟上下片台的装框位 置的两侧设置装框导向板38。所述装框导向板38由与两个集成吸盘42的真空吸片总数量 相一致的分隔片组成，分隔片所形成的隔槽的净间距稍大于硅片厚度，从而能够使硅片50 插入其中。另外，装框导向板38与布置在其下方的装框导向电机(未示出)相连接，通过 操作装框导向电机，能够将装框导向板38精确地调整到适当位置。因此，如图所示，在向石英舟上片的过程中，当两个集成吸盘42完成“合片”操作开始下降时，硅片50的下端首先 插入装框导向板的隔槽，这样就保证了两个集成吸盘42上的全部硅片在置入石英舟之前 能够完全对齐。另外，在硅片50下降的同时，滑车33中齿形卡槽332在驱动电机的作用下 缓慢升起，其在集成吸盘42下降到低点时恰好达到能够托住硅片50的位置并停止住。如 图所示，此时的硅片50在上、下、前后分别由集成吸盘42、齿形卡槽332、装框导向板38约 束，因此其插入石英舟之前的位置得以精确固定。从图示的状态出发，集成吸盘42松开吸 附并随后升起，同时齿形卡槽332缓缓下降，由其托住的硅片50则顺着装框导向板38限定 的方向徐徐置入石英舟中，完成上片操作。结合上面的描述，本实施例的石英舟自动上下片装置1的上片程序中包括下列步 骤1.放置空石英舟到滑车33上；2.将装有待扩散硅片的承载盒放置到传送带21上；3.启动石英舟自动上下片装置1，开启自动运行；然后4.传送带21将承载盒输送到取料位置，并通过取料定位汽缸23固定住承载盒，同 时滑车33将石英舟运送到装框位置；5.吸盘支架41下行，将集成吸盘42移动到承载盒上方；6.真空吸片从承载盒吸取硅片；7.传送带21输送出空的承载盒，并将下一满载承载盒移入取料位置；同时8.吸盘支架41上行至顶点并固定住；9.集成吸盘42平移，直至实现合片；10.吸盘支架41再次下行，硅片被引入装框导向板38的隔槽中，同时齿形卡槽 332上升以托住硅片；11.集成吸盘42松开吸附，并随吸盘支架41上行；12.齿形卡槽332下降，将硅片顺着装框导向板38插入石英舟中；在装置运行期间，装满硅片的石英舟和空承载盒由工作人员人工取走。石英舟下片过程是上述上片过程的逆过程，在此不再赘述。本发明不限于所描述的实施例，而是包括所有在本发明的意义上具有相同作用的 实施方式。例如，滑车33与驱动电机35之间也可以采用皮带或链条连接以代替滑车丝杆 34，同样，传送带21也可以采用滚轮式传送装置代替。再如，滑车33可以设计成例如以安 装在其自身上的驱动电机提供动力的能够自行滑行的形式，而其定位可通过附加定位感应 器来控制，从而不但可以省却滑车丝杆34，也使滑车33的滑行变得更加灵活。另外，本发明并不限于在权利要求1中限定的特征组合，其也可以被定义为其他 的任意组合，只要这种组合是通过已被全部公开的单个特征中的一定特征组合而成的。这 意味着，原则 上并在实践中，独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以删去，或者说， 独立权利要求中所述的每一个单个特征都可以被在本申请中其他地方所公开的单个特征 所取代。就此而言，各权利要求仅应被理解为对于一个发明的一种最初表述尝试。
权利要求
一种石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述装置包括承载盒运输台、石英舟上下片台、吸片机构、中央控制单元，其中承载盒运输台固定在操作台面上，其具有输送硅片承载盒的传送带，在传送带中部的一侧分别设置有取料定位汽缸，所述取料定位汽缸用于在承载盒被输送到承载盒运输台中部的取料位置时将承载盒固定在该取料位置上以便吸片机构能够吸取硅片；石英舟上下片台紧邻承载盒运输台固定，其包括导轨和设置在该导轨上的用于安置石英舟的滑车，所述滑车由滑车电机驱动，能够沿所述导轨前后移动并能精确定位在石英舟上下片台的装框位置处，连接所述装框位置与所述取料位置的直线垂直于所述传送带的传送方向；吸片机构设置在承载盒运输台与石英舟上下片台上方，其包括固定在操作台面上的固定框架、吸盘支架以及安装在所述吸盘支架上用于吸取硅片的集成吸盘；所述吸盘支架通过升降电机能够上下移动，从而将安装于其上的集成吸盘移至能够从承载盒中吸取硅片或者能够将吸附的硅片放置在石英舟中的高度上；所述集成吸盘能够通过与其相连接的平移电机而进行水平移动，从而能够使集成吸盘在承载盒运输台与石英舟上下片台之间横向移动；中央控制单元包括触摸屏、PLC控制器，其中PLC控制器构造为控制所述传送带、升降电机、平移电机、滑车移动电机的运行。
2.根据权利要求1所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述传送带两侧设 置有护栏以阻止承载盒在传送带上横向滑移。
3.根据权利要求1所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，承载盒运输台的传 送带包括输入段、取料段、输出段，其中输入与输出段分别由电机驱动，取料段始终保持静 止。
4.根据权利要求1所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，承载盒运输台的传 送带包括输入段、取料段、输出段，其中输入与输出段分别由电机驱动，取料段构造为固定D ο
5.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，承载盒运 输台的取料定位汽缸由止挡汽缸、导向汽缸以及固定汽缸组成，其中止挡汽缸用于使承载 盒停止在取料位置上，导向汽缸用于从承载盒后侧向前推动承载盒，而固定汽缸则用于将 承载盒静止地固定在传送带的取料位置上。
6.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，所述承载盒运输台具有 候取定位汽缸，在同一传送带同时输送多个承载盒且前一承载盒已被所述 取料定位汽缸固 定在所述取料位置时，所述侯取定位汽缸用于将后一承载盒保持在与所述取料位置相邻的 侯取位置上。
7.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述滑车 电机设置在石英舟上下片台端部，所述滑车通过丝杆、链条或者皮带与该滑车电机相连，从 而能够沿导轨前后移动并精确制动。
8.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述滑车 的上面设置有阻止石英舟沿横向于滑车移动的方向滑移的定位块、衬垫在石英舟与滑车之 间的导向块以及设置在所述滑车一端的石英舟定位汽缸，所述导向块与石英舟定位汽缸互相配合能够将石英舟精确定位并防止石英舟沿滑车移动方向滑移。
9.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述滑车 中部设置有纵向的矩形孔，该孔中设置有用于接纳硅片的齿形卡槽，所述齿形卡槽通过丝 杆与所述滑车下部的升降电机相连，通过操作所述升降电机能够使所述齿形卡槽上升或下 降，从而托起或降下硅片。
10.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，在石英舟 上下片台的装框位置的两侧分别设置有装框导向汽缸，其上分别活动连接有装框导向板， 所述装框导向板具有数量与集成吸盘的真空吸片一致的分隔板，通过操作所述装框导向汽 缸能够对所述装框导向板的位置加以微调并定位，从而使其能够将吸附在集成吸盘上的硅 片置于其分隔片形成的隔槽中。
11.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述滑车 上设置有用于探测滑车上是否装载有石英舟的传感器，该传感器安装在所述滑车一端的传 感器支架上，并能够将信号发送给所述中央控制器。
12.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述吸盘 支架活动安装在所述固定框架上，并通过丝杆、皮带或链条与所述固定框架相连，从而能够 操作安装在所述吸盘支架或固定框架上的升降电机以使得所述吸盘支架上下移动。
13.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述集成 吸盘活动安装在所述吸盘支架上，并通过丝杆、皮带或链条与所述吸盘相连，从而能够操作 安装在所述吸盘支架或集成吸盘上的平移电机以使所述吸盘支架水平移动。
14.根据权利要求1至4之一所述的石英舟自动上、下片的装置，其特征在于，所述中 央控制单元设置有报警装置，中央控制器在接到报警信号时能够控制所述报警装置发出警 报，所述报警信号包括由石英舟传感器发送的未装载石英舟信号。
全文摘要
本发明提出了一种石英舟自动上下片装置，所述装置包括承载盒运输台、石英舟上下片台、吸片机构、中央控制单元，其中，承载盒运输台包括传送带以及取料定位汽缸，石英舟上下片台包括导轨和滑车，吸片机构设置在所述承载盒运输台与石英舟上下片台中部的正上方，其包括吸盘支架以及集成吸盘，所述吸盘支架通过升降电机能够上下移动，所述集成吸盘与平移电机相连，通过操作所述平移电机能够使集成吸盘水平移动；中央控制单元包括触摸屏、PLC控制器，用于控制所述传送带、各升降电机、平移电机、滑车移动电机的协同作业流程。本发明的石英舟自动上下片装置，能够极大地提高产品质量、降低硅片碎片率，使得生产效率及质量都得到明显的提升。
文档编号H01L31/18GK101866990SQ20101020452
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者吴晓松, 左凯锋, 张建国, 徐永兵, 潘加永, 纪俊锋, 翁建军, 葛新华, 蔡淘璞, 陆杰, 顾雯华 申请人:无锡尚德太阳能电力有限公司