用于多管PECVD设备的自动上下料系统及其方法与流程

本发明涉及硅太阳能电池制造技术，尤其涉及一种用于多管PECVD设备的自动上下料系统及其方法。

背景技术：

在硅太阳能电池的制造工艺过程中，通常需要采用薄膜沉积工艺进行硅片的镀膜以减少反射，提高太阳能电池效率。镀膜的方法有很多，等离子体增强化学气相沉积（PECVD ，全称为Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）应用较为广泛，该方法是对硅片进行氮化硅真空镀膜，其原理是利用低温等离子体能量源，将样品置于低气压辉光放电的阴极上，利用辉光放电(或者另外配置发热体)使样品升温到预设温度，然后通入适量的反应气体，气体经过一系列化学反应和等离子体反应，在样品表面形成固态薄膜。采用等离子体增强化学气相沉积工艺对硅片表面进行镀膜的一个循环工艺过程，依次包括S1、装片，S2、进舟，S3抽空，S4、恒温，S5、淀积，S6、抽空，S7、清洗，S8、充氮，S9、退舟，S10、卸片。在制作过程中，首先要将没有镀膜的原料硅片插入石墨舟中，然后将装载有原料硅片的石墨舟放置在PECVD真空镀膜设备（以下简称PECVD设备，多管PECVD设备以功能主要划分为：净化装卸区、废气排放区、反应炉体区、辅助系统区、控制系统区及配电系统区等，在结构上分别对应净化台、废气室、炉体柜和气源柜）的反应腔体体中，采用合适的PECVD工艺对原料硅片进行镀膜，镀膜结束后，将石墨舟从PECVD设备的反应腔体体中取出，最后将镀膜完成的硅片从石墨舟中取出。

传统的PECVD石墨舟上下料都是由人工完成，随着晶片尺寸的增大和工艺改进，单舟装载硅片数量逐步增加，导致石墨舟的重量也随之大幅增加，阻碍了PECVD结构向高度空间发展，严重制约着单台设备产能的提升；另一方面工人的管理和培训成本高，劳动强度大，工作环境恶劣，且由人工操作带来的污染和碎片问题越发突出。采用自动上下料装置不但能增加PECVD设备的管数（由二管增加至四管、五管），大大提高单台设备的生产效率，而且可以实现装备的自动化，降低员工的劳动强度和因人工操作带来的不良影响，是多管PECVD设备发展的必然趋势。

现有的自动上下料装置需要两套系统来完成石墨舟的上下料，分别为推舟系统和自动上下料系统：推舟系统的数量与PECVD设备的管数一一对应，其主要功能是将装载机构上的石墨舟送入反应腔体体内，待做完工艺后再将石墨舟从反应腔体体中取出；自动上下料系统包括上下运动的龙门架机构和水平运动的机械手，主要功能是将石墨舟从装载机构搬运到缓存架或者推车上。现有的自动上下料装置的不足之处在于：每管对应一套推舟系统，体积庞大，成本较高，结构复杂，且推舟系统大部分时间处于等待状态，利用率极低，浪费严重；石墨舟的装卸过程由龙门架机构和机械手配合完成，结构复杂，石墨舟定位困难，运动精度低，可靠性低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单，布局紧凑，成本低，便于石墨舟定位，可靠性高的用于多管PECVD设备的自动上下料系统。本发明进一步提供一种基于该自动上下料系统的自动上下料方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于多管PECVD设备的自动上下料系统，包括推车、缓存架、石墨舟、石墨舟装载机构及推舟，还包括推舟导向机构，所述推舟导向机构包括上水平导轨、下水平导轨及垂直导轨，所述垂直导轨上下两端分别滑设于所述上水平导轨和下水平导轨上，所述推舟滑设于所述垂直导轨上，所述石墨舟装载机构与所述推舟连接，所述推舟的推送方向与所述推舟导向机构所在的平面垂直，所述推车和所述缓存架的底部均预留供所述石墨舟装载机构通过的取放口。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述推舟包括第一悬臂板、第二悬臂板、第一驱动机构及安装座，所述第一悬臂板与所述安装座固定连接并于下侧固设沿推送方向布置的第一滑动导轨，所述第二悬臂板上侧固设有第一滑块，所述第一滑块滑设于所述第一滑动导轨上，所述第一驱动机构包括第一驱动电机、一对第一皮带轮及绕设于一对第一皮带轮上的第一传动皮带，一对所述第一皮带轮安装于所述第一悬臂板上并沿所述第一滑动导轨的长度方向布置，所述第一驱动电机与其中一个第一皮带轮连接，所述第二悬臂板与所述第一传动皮带固定连接。

所述第二悬臂板的侧壁上固设有第一L形连接板，所述第一L形连接板配设有第一夹板，所述第一传动皮带夹设于所述第一L形连接板与第一夹板之间，所述第一L形连接板与第一夹板通过紧固件连接。

所述推舟还包括第三悬臂板及第二驱动机构，所述第二悬臂板下侧固设有与所述第一滑动导轨平行的第二滑动导轨，所述第三悬臂板上侧固设有第二滑块，所述第二滑块滑设于所述第二滑动导轨上，所述第二驱动机构包括第二驱动电机、一对第二皮带轮及绕设于一对第二皮带轮上的第二传动皮带，一对所述第二皮带轮安装于所述第二悬臂板上并沿所述第二滑动导轨的长度方向布置，所述第二驱动电机与其中一个第二皮带轮连接，所述第三悬臂板与所述第二传动皮带固定连接，所述石墨舟装载机构与所述第三悬臂板固定连接。

所述第三悬臂板的侧壁上固设有第二L形连接板，所述第二L形连接板配设有第二夹板，所述第二传动皮带夹设于所述第二L形连接板与第二夹板之间，所述第二L形连接板与第二夹板通过紧固件连接。

所述上水平导轨和所述下水平导轨之间设有同步机构，所述同步机构包括同步电机、一对同步轴、一对上皮带轮、一对下皮带轮、绕设于一对上皮带轮上的上传动皮带以及绕设于一对下皮带轮上的下传动皮带，一对所述同步轴分设于所述垂直导轨两侧，同步轴上下两端分别装设于所述上水平导轨和所述下水平导轨上，一对上皮带轮一一对应安装于一对同步轴上端，一对下皮带轮一一对应安装于一对同步轴下端，所述同步电机与其中一根同步轴连接，所述垂直导轨上下两端分别固设有上滑块和下滑块，所述上滑块滑设于所述上水平导轨上并与所述上传动皮带固定连接，所述下滑块滑设于所述下水平导轨上并与所述下传动皮带固定连接。

所述推车包括支架及一对用于放置石墨舟的支撑杆，所述支撑杆与支架固定连接并与所述上水平导轨平行布置，一对所述支撑杆间隔布置以形成所述取放口。

所述缓存架包括安装架及至少一层缓存台，所述缓存台包括一对用于放置石墨舟的缓存杆，所述缓存杆与所述安装架固定连接并与所述上水平导轨平行布置，一对缓存杆间隔布置以形成所述取放口。

所述石墨舟装载机构包括与所述上水平导轨平行布置的连接杆及一对分设于连接杆两侧的装载杆，所述取放口供一对所述装载杆通过，所述推舟上固设有安装块及一对L形支撑座，所述连接杆一端置于所述安装块内并通过一夹紧块固定，所述安装块与所述夹紧块通过紧固件连接，所述连接杆中部设有第一卡箍，所述第一卡箍两端分别支撑于一对所述L形支撑座上，所述连接杆另一端沿长度方向设有一个以上的第二卡箍，所述第二卡箍两端均开设有安装孔，所述安装孔的侧壁上设有调节缝隙及用于调整所述调节缝隙大小的紧固件，所述装载杆依次穿过各所述安装孔。

一种基于上述用于多管PECVD设备的自动上下料系统的自动上下料方法，包括以下步骤，

S1上料：

S1.1推车将装载有待进行镀膜工艺的石墨舟推送至设定位置，

S1.2推舟沿垂直导轨向下滑动使石墨舟装载机构高度比石墨舟低，

S1.3推舟将石墨舟装载机构推送至取放口下方，

S1.4推舟沿垂直导轨向上滑动带动石墨舟装载机构上升，石墨舟装载机构经过取放口后将石墨舟托起与推车分离，

S1.5推舟将石墨舟装载机构拉回，并继续沿垂直导轨向上滑动至石墨舟装载机构的高度与多管PECVD设备的反应腔体一致，

S1.6垂直导轨水平滑动带动推舟和石墨舟装载机构水平运动，石墨舟装载机构将石墨舟送入多管PECVD设备的反应腔体内；

S2下料：

S2.1石墨舟完成镀膜工艺后，垂直导轨水平滑动带动推舟和石墨舟装载机构水平运动，石墨舟装载机构将石墨舟从多管PECVD设备的反应腔体内取出；

S2.2推舟将石墨舟装载机构推送至所述推车或缓存架的取放口上方，

S2.3推舟沿垂直导轨向下滑动带动石墨舟装载机构下降，石墨舟装载机构经过取放口后，石墨舟落于所述缓存架上缓存；或落于所述推车推走，

S2.4推舟将石墨舟装载机构拉回，并沿垂直导轨向上滑动使石墨舟装载机构上升至初始位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的用于多管PECVD设备的自动上下料系统，设置上水平导轨、下水平导轨及构成推舟导向机构，推舟的推送方向与推舟导向机构所在的平面垂直，从而实现石墨舟装载机构在三个方向的运动及定位，减少了推舟的数量，使自动上下料系统结构简单、布局紧凑、成本低，避免等待，无需依靠龙门架机构和机械手配合完成石墨舟定位，定位精度更高，相应地可靠性也得到保证，在推车及缓存架上设置取放口，当石墨舟装载机构经过取放口时即可完成石墨舟的装卸，结构简单，无需复杂的机械手来完成石墨舟的装卸。基于该自动上下料系统的自动上下料方法，同样具有上述优点，且操作方便，效率高。

附图说明

图1是本发明用于多管PECVD设备的自动上下料系统的立体结构示意图。

图2是本发明用于多管PECVD设备的自动上下料系统前视结构示意图。

图3是本发明中的推舟的立体结构示意图。

图4是图1中A处的放大图。

图5是图1中B处的放大图。

图6是图2中C处的放大图。

图7是本发明中的同步机构的结构示意图。

图中各标号表示：1、推车；11、支架；12、支撑杆；121、挡块；2、缓存架；21、安装架；22、缓存台；221、缓存杆；3、石墨舟；4、石墨舟装载机构；41、连接杆；411、第一卡箍；412、第二卡箍；413、安装孔；414、调节缝隙；42、装载杆；5、推舟；51、第一悬臂板；511、第一滑动导轨；52、第二悬臂板；521、第一滑块；522、第一L形连接板；523、第一夹板；524、第二滑动导轨；53、第一驱动机构；531、第一驱动电机；532、第一皮带轮；533、第一传动皮带；54、第三悬臂板；541、第二滑块；542、第二L形连接板；543、第二夹板；55、第二驱动机构；551、第二驱动电机；552、第二皮带轮；553、第二传动皮带；56、安装块；57、L形支撑座；58、夹紧块；59、安装座；591、固定板；592、座板；593、加强筋板；594、垂直滑块；6、推舟导向机构；61、上水平导轨；62、下水平导轨；63、垂直导轨；631、上滑块；632、下滑块；7、取放口；8、同步机构；81、同步电机；82、同步轴；83、上皮带轮；84、下皮带轮；85、上传动皮带；86、下传动皮带；9、净化台机架。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1至图7所示，本实施例的用于多管PECVD设备的自动上下料系统，包括推车1、缓存架2、石墨舟3、石墨舟装载机构4及推舟5，还包括推舟导向机构6，推舟导向机构6包括上水平导轨61、下水平导轨62及垂直导轨63，垂直导轨63上下两端分别滑设于上水平导轨61和下水平导轨62上，推舟5滑设于垂直导轨63上，石墨舟装载机构4与推舟5连接，推舟5的推送方向与推舟导向机构6所在的平面垂直，推车1和缓存架2的底部均预留供石墨舟装载机构4通过的取放口7，该用于多管PECVD设备的自动上下料系统设置上水平导轨61、下水平导轨62及垂直导轨63构成推舟导向机构6，推舟5的推送方向与推舟导向机构6所在的平面垂直，从而实现石墨舟装载机构4在三个方向的运动及定位，减少了推舟5的数量，使自动上下料系统结构简单、布局紧凑、成本低，避免等待，无需依靠龙门架机构和机械手配合完成石墨舟3定位，定位精度更高，相应地可靠性也得到保证，在推车1及缓存架2上设置取放口7，当石墨舟装载机构4沿上下方向运动经过取放口7时即可完成石墨舟3的装卸，结构简单，无需复杂的机械手来完成石墨舟3的装卸。

为了更好地说明本发明的结构及工作原理，附图中上水平导轨61、下水平导轨62定义为沿左右方向布置，垂直导轨63定义为沿上下方向布置，推舟5的推送方向与纸面垂直并定义为前后方向。

上述的用于多管PECVD设备的自动上下料系统的自动上下料方法，包括以下步骤，

S1上料：

S1.1推车1将装载有待进行镀膜工艺的石墨舟3推送至设定位置，本实施例中为净化台机架9下方的缺口处

S1.2推舟5沿垂直导轨63向下滑动使石墨舟装载机构4高度比石墨舟3低，

S1.3推舟5将石墨舟装载机构4向前推送至取放口7下方，

S1.4推舟5沿垂直导轨63向上滑动带动石墨舟装载机构4上升，石墨舟装载机构4经过取放口7后将石墨舟3托起与推车1分离，

S1.5推舟5将石墨舟装载机构4向后拉回，并继续沿垂直导轨63向上滑动至石墨舟装载机构4的高度与多管PECVD设备的反应腔体一致，

S1.6垂直导轨63水平滑动带动推舟5和石墨舟装载机构4水平向左运动，石墨舟装载机构4将石墨舟3送入多管PECVD设备的反应腔体内；

S2下料：

S2.1石墨舟3完成镀膜工艺后，垂直导轨63水平滑动带动推舟5和石墨舟装载机构4水平向右运动，石墨舟装载机构4将石墨舟3从多管PECVD设备的反应腔体内取出；

S2.2推舟5将石墨舟装载机构4向前推送至推车1或缓存架2的取放口7上方，

S2.3推舟5沿垂直导轨63向下滑动带动石墨舟装载机构4下降，石墨舟装载机构4经过取放口7后，石墨舟3落于缓存架2上缓存；或落于推车1推走，

S2.4推舟5将石墨舟装载机构4向后拉回，并沿垂直导轨63向上滑动使石墨舟装载机构4上升至初始位置。

推舟5包括第一悬臂板51、第二悬臂板52、第一驱动机构53及滑设于垂直导轨63上的安装座59，第一悬臂板51与安装座59固定连接并于下侧固设沿推送方向（图示中前后方向）布置的第一滑动导轨511，第二悬臂板52上侧固设有第一滑块521，第一滑块521滑设于第一滑动导轨511上，第一驱动机构53包括第一驱动电机531、一对第一皮带轮532及绕设于一对第一皮带轮532上的第一传动皮带533，一对第一皮带轮532安装于第一悬臂板51上并沿第一滑动导轨511的长度方向布置，第一驱动电机531与其中一个第一皮带轮532连接，第二悬臂板52与第一传动皮带533固定连接。本实施例中，安装座59包括固定板591、座板592、加强筋板593及垂直滑块594，垂直滑块594滑设于垂直导轨63上，固定板591通过紧固件与垂直滑块594固定连接，座板592与固定板591平行并固定连接，第一悬臂板51与座板592垂直并固定连接，加强筋板593设于第一悬臂板51与座板592之间，加强筋板593共设置三块并等间距布置。

以向前推送石墨舟装载机构4为例说明推舟5的推送原理：启动第一驱动电机531，第一驱动电机531转动带动与之连接的第一皮带轮532转动，进而带动第一传动皮带533运动，第一传动皮带533带动与之固定连接的第二悬臂板52相对第一悬臂板51向前运动，第一滑块521与第一滑动导轨511的配合使得第二悬臂板52的运动顺畅，避免晃动。

第二悬臂板52的侧壁上固设有第一L形连接板522，第一L形连接板522配设有第一夹板523，第一传动皮带533夹设于第一L形连接板522与第一夹板523之间，第一L形连接板522与第一夹板523通过紧固件连接。

推舟5还包括第三悬臂板54及第二驱动机构55，第二悬臂板52下侧固设有与第一滑动导轨511平行的第二滑动导轨524，第三悬臂板54上侧固设有第二滑块541，第二滑块541滑设于第二滑动导轨524上，第二驱动机构55包括第二驱动电机551、一对第二皮带轮552及绕设于一对第二皮带轮552上的第二传动皮带553，一对第二皮带轮552安装于第二悬臂板52上并沿第二滑动导轨524的长度方向布置，第二驱动电机551与其中一个第二皮带轮552连接，第三悬臂板54与第二传动皮带553固定连接，石墨舟装载机构4与第三悬臂板54固定连接，第三悬臂板54的动作原理与第二悬臂板52相同，不再赘述。设置两级推送结构可以减少第二悬臂板52的悬伸量，提高结构的可靠性，也避免了第二悬臂板52过长导致干涉，且推舟5结构更加紧凑。

第三悬臂板54的侧壁上固设有第二L形连接板542，第二L形连接板542配设有第二夹板543，第二传动皮带553夹设于第二L形连接板542与第二夹板543之间，第二L形连接板542与第二夹板543通过紧固件连接。

本实施中，第二L形连接板542固设于第三悬臂板54右侧，第一L形连接板522固设于第二悬臂板52右侧。

本实施例中，上水平导轨61和下水平导轨62之间设有同步机构8，同步机构8包括同步电机81、一对同步轴82、一对上皮带轮83、一对下皮带轮84、绕设于一对上皮带轮83上的上传动皮带85以及绕设于一对下皮带轮84上的下传动皮带86，一对同步轴82分设于垂直导轨63两侧，同步轴82上下两端分别装设于上水平导轨61和下水平导轨62上，一对上皮带轮83一一对应安装于一对同步轴82上端，一对下皮带轮84一一对应安装于一对同步轴82下端，同步电机81与其中一根同步轴82连接，垂直导轨63上下两端分别固设有上滑块631和下滑块632，上滑块631滑设于上水平导轨61上并与上传动皮带85固定连接，下滑块632滑设于下水平导轨62上并与下传动皮带86固定连接。其中，上滑块631、下滑块632与上传动皮带85和下传动皮带86的连接结构，可借鉴第二悬臂板52和第一传动皮带533之间的连接结构。

以带动垂直导轨63水平向左运动为例说明同步机构8的工作原理：启动同步电机81，同步电机81带动与之连接的同步轴82转动，该同步轴82上的上皮带轮83和下皮带轮84同步转动，进而带动上传动皮带85和下传动皮带86同步向左运动，上传动皮带85和下传动皮带86带动垂直导轨63上下两端保持同步运动。第一驱动电机531、第二驱动电机551及同步电机81可采用精密的伺服电机并配合PLC进行控制，大大提高定位精度及可靠性。

推车1包括支架11及一对用于放置石墨舟3的支撑杆12，支撑杆12与支架11固定连接并与上水平导轨61平行布置，一对支撑杆12间隔布置以形成取放口7。本实施例中，各支撑杆12为方管，支撑杆12两端于外侧设置挡块121。

本实施例中，缓存架2包括安装架21及至少一层缓存台22，缓存台22包括一对用于放置石墨舟3的缓存杆221，缓存杆221与安装架21固定连接并与上水平导轨61平行布置，一对缓存杆221间隔布置以形成取放口7。

本实施例中，石墨舟装载机构4包括与上水平导轨61平行布置的连接杆41及一对分设于连接杆41两侧的装载杆42，取放口7供一对装载杆42通过，推舟5上固设有安装块56及一对L形支撑座57，连接杆41一端置于安装块56内并通过一夹紧块58固定，安装块56与夹紧块58通过紧固件连接，连接杆41中部设有第一卡箍411，第一卡箍411两端分别支撑于一对L形支撑座57上，连接杆41另一端沿长度方向设有一个以上的第二卡箍412，第二卡箍412两端均开设有安装孔413，安装孔413的侧壁上设有调节缝隙414及用于调整调节缝隙414大小的紧固件，装载杆42依次穿过各安装孔413。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。