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      中達行星減速機應用在單晶硅生產設備

      發布時間:2019-10-08 16:30:04 來源:臺達伺服 瀏覽:

      一、基本介紹
          單晶硅也稱硅單晶,是電子信息材料中最基礎的材料,當今全球超過2500億美元的電子通信半導體市場中95%以上的半導體器件及99%以上的集成電路用硅。單晶硅棒也是生產單晶硅片的原材料,隨著國內和國際市場對單晶硅片需求量的快速增加,單晶硅棒的市場需求也呈快速增長的趨勢。尤其是近年來,隨著資源型能源的不斷開發減少,世界各國都比較重視太陽能光電的開發利用,目前世界上絕大部分的太陽能光電器件都是單晶硅制造的。隨著對單晶硅需求的不斷增加,單晶硅市場的競爭越來越激烈,對單晶硅性價比的要求也相應提高。降低生產成本,生產出高品質單晶硅成為必然需求。
      二、應用方案
      1、單晶硅生產原理及工藝
          單晶硅生產中常用的方法為直拉法,即克勞斯基法。直拉法是半導體、太陽能電池單晶生長用的最多的一種晶體生長技術。其基本原理為:原料裝在一個坩堝中,坩堝上方有一個可旋轉和升降的籽晶桿,桿下端有一個夾頭,夾頭上捆一根籽晶。原料被加熱熔化后,將籽晶插入熔液中,控制合適的溫度,邊旋轉邊拉升籽晶,即可獲得單晶硅。
          直拉法單晶硅的制作通過直拉法單晶硅生長設備,整個生長系統主要包括晶體旋轉拉升系統、加熱系統、坩堝旋轉系統和控制系統,如圖1。
          其生產的整個工藝過程為:引晶、縮頸、放肩、等徑生長、收尾、降溫。晶體生長最大速度與晶體中的縱向溫度梯度、晶體的熱導率、晶體密度等有關。提高晶體中的溫度梯度,可以提高晶體生長速度;但溫度梯度太大,將在晶體中產生較大的熱應力,會導致位錯等晶體缺陷的形成,甚至會使晶體產生裂紋。為了降低位錯密度,晶體實際生長速度往往低于最大生長速度。因而調節晶體的實際生長速度比較關鍵。
      2、晶體提升旋轉機構系統的構成
          晶體提升旋轉運動由下圖中機構1來完成,其中籽晶的提升動作由伺服電機配行星減速機來共同完成。晶體的最大生長速度與晶棒的尺寸有關,隨著晶棒尺寸增大,最大的生長速度變得越低。反過來,如果增加拉速,晶棒的直徑就會變小。在實際生產中,最大的生長速度只有理論值的80%。
      單晶硅每單位時間的生長數值可表示為:
      G =Vπr d =(t+h)πr d 
          其中,V為實際晶棒生長速度;t是籽晶的拉速,h是液面下降速度,r是晶棒的半徑,d 是固體密度。一般工業上的直拉法都將坩堝上升,來彌補液面下降量,以保持液面在不變的位置。在這種情況下,實際的晶體生長速度就等于晶體向上拉升速度。
      3、單晶硅傳動系統常見問題及對策
          對于太陽能電池用直拉單晶硅,位錯是主要的晶體缺陷。位錯對太陽能電池的效率有明顯的負面作用,位錯可以導致漏電流、p-n結軟擊穿,導致太陽能電池效率的降低。所以在單晶硅的生產中,應盡力避免位錯的產生和增加。
          從晶體提升結構的晶棒生長關系式及單晶硅提升速度關系模型不難看到,拉速的大小和穩定性直截決定了晶體生長質量的好壞。拉升過程中的抖動或拉升速度不均,均能導致晶體生長的晶格產生錯位。晶體提升結構中,伺服和減速機是關鍵部件,因而客戶對減速機有一定要求:
      ■ 低速要求
          用戶要求伺服電機轉速在10rpm的情況下,經過減速機后輸出速度穩定控制在0.1rpm。由此,我們給客戶選配減速機速比為: I=10/0.1=100

      安裝尺寸要求
      ■ 輸出端尺寸部分
          針對用戶之前一直用“A”品牌行星減速機,安裝尺寸同中達減速機標準尺寸存在差異。工廠按用戶要求,將尺寸變更為同用戶之前用其它品牌一樣的尺寸,方便客戶安裝,測試。

      尺寸的改變體現在2個部分,其余按樣本標準:
      ■ 輸出軸軸徑選為Φ22,軸長改為40mm。
      ■ 分布圓直徑改為Φ100。
      ■ 輸入端尺寸部分
          完全按照用戶所配伺服電機的接口尺寸定做。另外,針對輸出端尺寸不同于中達減速機樣本上標注尺寸的用戶,我們可以根據客戶要求來定做尺寸,且在尺寸變化不是特別大的情況下,價格和貨期不受影響。這樣可極大的保障用戶安裝的方便性。
          避免低速抖動現象這點非常關鍵,減速機的低速抖動問題在市場上比較常見,而單晶硅生產工藝要求,

      其生長速度不能過快。我們的解決方法:
      ■ 提高減速機精度,降低減速機背隙,我們選中達ZDS系列減速機匹配;
      ■ 修正減速機內部的嚙合齒輪,增大嚙合面;
      ■ 與伺服電機的連接方式上,采用獨特的鎖緊結構,確保伺服同減速機連接的穩定性。
          基于以上,客戶對使用中達減速機完全沒有后顧之優,比較樂意使用中達減速機,客戶開始正式試用并對其要求的各項指標做測試。
      三、項目總結
          通過客戶對中達減速機的實際使用及測試,中達減速機產品性能穩定可靠,單晶硅棒拉出效果良好,將所生產出的晶錠切割成晶片時,晶片為純硅晶片。同時,從用戶生產成本上考量,使用中達系列減速機來替代其它品牌減速機,在性能不改變的情況下,降低了設備的生產成本。
          通過近半年來客戶的測試,客戶已非常滿意中達減速機的品質。目前,用戶已開始批量向我們下單。現在該行業已有不同地區客戶對中達減速機比較認可,并穩定成交。相信隨著后續各地區的不斷推進,中達減速機在單晶硅生產設備上的市場占有率會不斷提高。
      關鍵字:臺達行星減速機,單晶硅設備,減速機
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