硅片上下料设备中精度公差对稳定性影响的分析

杨杰

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024）



硅片上下料设备中精度公差对稳定性影响的分析

杨杰

（中国电子科技集团公司第二研究所，山西 太原 030024）

摘要：主要阐述了生产过程中硅片自动化上下料设备的设计精度、装配精度对设备稳定性的影响情况；具体分析了单个机构的精度、公差，机构之间的公差在生产中的影响；总结了相关机构应遵循的精度、公差要求；对其他自动化设备如石墨舟上下料、石英舟上下料设备的研制与提高稳定性、可靠性也有借鉴、指导作用。

关键词：硅片自动化设备；精度；公差；稳定性

随着太阳能行业的发展，电池片厂家对自动化设备的稳定性与可靠性要求越来越高。在笔者所见的电池片生产线上，共计6道工序，即：制绒，扩散，刻蚀，PECVD，丝网印刷，分选。每道工序都配备了自动化上下料设备，共计4条生产线，65台设备左右。每天产量在16万片左右，总碎片率要求控制在0.6%，单台机器碎片率大约0.01%。以我司设备为例，硅片从进入设备到完成，要经过10个机构的传输，加减速，纠正，换向，升降，所以对自动化设备的稳定性和可靠性就提出了很高的要求。

1　设备功能简介

以硅片自动化下料机为例，硅片从工艺设备以1.45 m/min的速度，一排8张硅片传输到对接传输机构，在加速传输机构加速与后一排拉大距离后，传输到升降传输机构，横传，换向，然后将硅片一张张装入篮具中。

1.1 传输机构中皮带间的平行度公差影响

如图1所示，一排8张硅片从工艺设备以1.45 m/min的速度传输到对接传输机构，然后经过皮带交接处1，到达加速传输机构，再经过皮带交接处2，到达升降传输机构。

图1　对接传输机构、加速传输机构、升降传输机构

在交接处1，对接传输皮带视为平面1，加速传输皮带为平面2。

实际生产中，两个平面的平行度超过0.3 mm，硅片经过交接处时便会产生歪斜现象，在硅片横传以及换向时，由于速度较快，歪的硅片很容易从皮带上掉出，导致卡片，最终引起碎片的产生。

1.2 升降传输机构传动轴圆跳度影响

升降传输机构，完成皮带输送，以及升降功能。

如图1所示，皮带驱动电机安装在基板的右侧下方，由于重力作用，基板产生弯曲；轴承座固定时，未设计基准，使得装配时无法保证同轴度。上述两个原因，综合下来，传动轴的圆跳度超过2 mm。在生产中，由于此处结构每天22 h以25 m/min的速度l连续运转，轴承的使用寿命只有15天左右，磨损出来的金属粉末会有可能落在硅片上面造成不良；造成设备发出噪音，频繁维修，影响使用时间。

1.3 缓存机构与纵向传输机构之间平面度影响

如图2所示，硅片按箭头方向在皮带上以20 m/min的速度传输，如前方篮具装满换篮，硅片进入缓存机构后，缓存向上升高4.76 mm将此硅片存入。

图2　缓存机构、纵向传输机构

将传输皮带视为平面1，缓存机构存片格下沿视为平面2，当两平面间的平面度超过0.3 mm，硅片在20 m/min的速度下存片就会产生歪斜现象，有概率造成在存片格卡片现象，或者在导向条处卡住，增大了碎片几率；如果硅片正好在卡在传感器盲区，未报警，后一张硅片追上来相撞，有几率造成磕角碎片，正好把卡住的硅片撞开，两张硅片首位衔接装入篮具的同一个空格，在后道PECVD工序中造成碎片。

1.4 篮具传输机构中驱动轴与从动轴平行度的影响

图3所示，在实际生产中发现，如果驱动轴与从动轴平行度过大，同步带会靠同步带轮的一侧传输，产生很大的噪音，而且随着使用时间的增大，同步带边缘处会逐渐产生裂口，损耗速度也是非常快；笔者所见，韩国fortix设备由于驱动轴与从动轴不平行，同步带破损，嵌入同步带轮的一个齿中，然后同步带轮旋转时，每次同步带在这个齿处都会产生一次跳动，造成篮具在皮带传输过程中产生跳动，使得硅片被震出或参差不齐，在下一步动作中产生碎片现象。

图3　蓝具传输机构

2总　结

上文中，挑选4个比较突出的机构精度、公差较大的情况下，如何影响设备稳定性的情况，事实上，笔者在现场调试过程中，还有很多由于机构的设计精度，装配精度没有考虑到，导致设备稳定性受到影响的情况。

从这些实践活动中，可以分析得出，自动化设备研制中，精度与公差确实是影响设备稳定的关键因素。

在以后的设计过程中，要慎重考虑，在特定的条件下，（例如长时间高速运动，受到偏心力等）单个机构的哪些公差会影响到功能的稳定性；单个零件的基准设计，精度设计；整个机构需要达到某个装配精度下，设计上如何保证；多机构衔接时，交接处的平行度、垂直度是否会影响到功能的稳定性。这些，都需要设计者加以思考，讨论。

参考文献：

［1］ 吕天玉，张柏军.公差配合与测量技术［M］.大连：大连理工大学出版社，2014.

中图分类号：TN948.43

文献标识码：B

文章编号：1004-4507（2016）07-0015-03

收稿日期：2016-05-22

Analysis of the Influence of Accuracy、Tolerance on Stability of Wafer Automatic Device

YANG Jie

（The 2ndResearch Insititute of CETC，Taiyuan 030024，China）

Abstract：Mainly elaborated in the production process，wafer automatic feeding equipment design precision and assembly precision influence on the stability of the equipment；specific analysis of individual institutions of precision，tolerance，mechanism between the tolerances in the production effect；a summary of the relevant agencies should follow the precision，tolerance requirements；the other automation equipment，such as the graphite boat material，quartz boat material equipment development and improving the stability and reliability also reference and guidance.

Keywords：Wafer automatic equipment；Accuracy；Tolerance；Stability