一种用于光伏电池生产设备的法兰的制作方法

1.本发明涉及密封件的技术领域，尤其涉及一种用于光伏电池生产设备的法兰。


背景技术：

2.随着半导体行业的飞速发展，晶片的精度要求越来越高，在晶圆生产环节中，扩散炉是一个非常关键的环节。扩散工艺的主要用途是在高温条件下对半导体晶圆进行掺杂，即将元素磷、硼扩散入硅片，从而改变和控制半导体内杂质的类型、浓度和分布，以便建立起不同的电特性区域。
3.已公开中国实用新型专利，申请号cn214250565u，专利名称：一种扩散炉用水冷法兰，申请日：20201231，该实用新型专利通过在前水冷法兰与后水冷法兰之间设置一不与炉管直接接触的密封圈实现炉门的密封。然而，硼扩散过程中会氧化形成三氧化二硼，三氧化二硼易溶于水，并生成硼酸，且伴随剧烈的反应现象，导致扩散炉工作前需要先清除炉管内的水蒸气。采用水冷对法兰进行降温，需要提高水冷设备的密封性，且在操作过程中不能有水溅射到炉管内，同时需要增加一道干燥检查工序，提高了成本。同时，扩散炉工作时，内部温度高达1100℃，在高温高压环境下，密封圈会产生形变，从而降低密封效果。
4.因此，有必要提供一种用于光伏电池生产设备的法兰，既要保持干燥环境，又要避免密封圈因高温高压产生形变导致密封效果降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种用于光伏电池生产设备的法兰，既要保持干燥环境，又要避免密封圈因高温高压产生形变导致密封效果降低。
6.根据本发明的一方面，提供一种用于光伏电池生产设备的法兰，用于密封炉管，所述法兰包括：
7.延伸部，沿与所述炉管的延伸方向相垂直的第二方向延伸形成于所述炉管的炉门上；
8.前法兰，在与所述炉管的延伸方向相平行的第一方向上，所述前法兰与所述延伸部的一面相抵接，且所述前法兰覆盖所述炉管的炉门；
9.后法兰，在所述第一方向上，所述后法兰与所述延伸部的另一面相抵接；
10.密封件，所述延伸部远离所述炉管的内壁的一面沿所述第二方向凹陷形成有凹槽，所述密封件的一端延伸入所述凹槽内，并与所述凹槽相抵接，所述密封件的另一端延伸出所述凹槽外，并分别与所述前法兰和所述后法兰相抵接；
11.沿分别与所述第一方向和所述第二方向相垂直的第三方向观察，所述密封件延伸入所述凹槽的一端与所述凹槽在所述第二方向上形成有第一局部间隙，所述密封件延伸出所述凹槽的一端与所述前法兰在所述第一方向上形成有第二局部间隙，所述密封件延伸出所述凹槽的一端与所述后法兰在所述第一方向上形成有第三局部间隙。
12.更优地，所述延伸部与所述前法兰相抵接的一面记为第一面，所述延伸部与所述
后法兰相抵接的一面记为第二面，所述延伸部远离炉管的内壁的一面记为第三面，所述第三面位于所述第一面与所述第二面之间；
13.所述炉管内的气体依次沿所述第一面、所述第三面以及所述前法兰与所述密封件相抵接一面的第一路径释放至炉管外；
14.所述法兰还包括：
15.第一干燥件，设置于所述第一路径上。
16.更优地，所述密封件包括：
17.第一主体部，延伸入所述凹槽内，并与所述凹槽相抵接；
18.所述凹槽包括：
19.第一槽壁，在所述第一方向上，所述第一槽壁与所述第一主体部靠近所述前法兰的一面相抵接；
20.第二槽壁，在所述第一方向上，所述第二槽壁与所述第一主体部背离所述前法兰的一面相抵接；
21.槽底，在所述第二方向上，所述槽底与所述第一主体部相抵接；
22.所述炉管内的气体依次沿所述第一面、所述第三面、所述第一槽壁、所述槽底、所述第二槽壁以及所述后法兰与所述密封件相抵接一面的第二路径释放至炉管外，
23.所述法兰还包括：
24.第二干燥件，设置于所述第二路径上。
25.更优地，所述炉管内的气体依次沿所述第一面、所述第三面中靠近所述前法兰的一部分、所述第一槽壁、所述槽底、所述第二槽壁、所述第三面中远离所述前法兰的另一部分、所述第二面的第三路径释放至炉管外，
26.所述法兰还包括：
27.第三干燥件，设置于所述第三路径上。
28.更优地，所述第一干燥件、所述第二干燥件、所述第三干燥件均由氧化铝制成。
29.更优地，所述密封件还包括：
30.第二主体部，延伸出所述凹槽外，并与所述第一主体部一体成型，所述第二主体部分别与所述前法兰和所述后法兰相抵接；
31.第三主体部，延伸出所述凹槽外，并与所述第二主体部一体成型，且所述第三主体部与所述前法兰之间间隔形成第一间隙，所述第三主体部与所述后法兰之间间隔形成第二间隙，所述第一干燥件设置于所述第一间隙内，所述第二干燥件设置于所述第二间隙内；
32.在所述第二方向上，所述后法兰与所述炉管的外壁间隔设置形成第三间隙，所述第三干燥件设置于所述第三间隙内。
33.更优地，所述密封件还包括：
34.第一斜面，形成于所述第一主体部与所述槽底相抵接的一面，所述第一局部间隙形成于所述第一斜面与所述槽底之间；
35.第二斜面，形成于所述第二主体部与所述前法兰相抵接的一面，所述第二局部间隙形成于所述第二斜面与所述前法兰之间；
36.第三斜面，形成于所述第二主体部与所述后法兰相抵接的一面，所述第三局部间隙形成于所述第三斜面与所述后法兰之间。
37.更优地，所述第一斜面与所述槽底的夹角记为a；所述第二主体部与所述前法兰相抵接的一面记为第一抵接面，所述第二斜面与所述第一抵接面的夹角记为b；所述第二主体部与所述后法兰相抵接的一面记为第二抵接面，所述第三斜面与所述第二抵接面的夹角记为c，满足关系式：
38.3.5
°
≤a≤5.5
°
；
39.2.3
°
≤b≤6.5
°
；
40.2.3
°
≤c≤6.5
°
。
41.更优地，所述法兰还包括：
42.第一密封圈，设置于所述第一主体部与所述第二槽壁之间；所述第一主体部凹陷形成有第一密封槽，所述第一密封圈设置于所述第一密封槽内，所述第一密封槽与所述第一斜面相连；
43.第二密封圈，所述第二主体部与所述前法兰相抵接的一面记为第一抵接面，所述第二密封圈设置于所述第二主体部与所述第一抵接面之间；所述第二主体部凹陷形成有第二密封槽，所述第二密封圈设置于所述第二密封槽内，所述第二密封槽与所述第二斜面相连；
44.第三密封圈，所述第二主体部与所述后法兰相抵接的一面记为第二抵接面，所述第三密封圈设置于所述第二主体部与所述第二抵接面之间；所述第二主体部凹陷形成有第三密封槽，所述第三密封圈设置于所述第三密封槽内，所述第三密封槽与所述第三斜面相连。
45.更优地，所述法兰还包括：
46.螺栓，沿所述第一方向旋紧，以使所述密封件分别与所述前法兰、所述后法兰以及凹槽相抵接；
47.加强部，形成于第一抵接面，且所述加强部位于所述第二斜面与所述第一主体部之间；
48.定位槽，形成于后法兰上，所述加强部延伸入所述定位槽内。
49.本发明具有如下有益效果：
50.通过在延伸部上设置沿第二方向延伸的凹槽，并将密封件延伸入凹槽内，由于凹槽在第一方向上限制了密封件的形变，使得密封件只能沿第二方向形变，通过在密封件延伸入凹槽的一端形成沿第二方向上配置的第一局部间隙，以释放密封件在第二方向上的形变，降低密封件受热形变对密封效果的影响；通过在密封件上形成沿第一方向配置的第二局部间隙和第三局部间隙，以释放密封件在第一方向上的形变，降低密封件受热形变对密封效果的影响。
附图说明
51.为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
52.图1为本发明一实施方式所述的用于光伏电池生产设备的法兰截面示意图；
53.图2为本发明一实施方式所述的第一路径示意图；
54.图3为本发明一实施方式所述的第二路径示意图；
55.图4为本发明一实施方式所述的第三路径示意图；
56.附图标号说明：100、用于光伏电池生产设备的法兰；200、炉管；10、延伸部；210、炉门；20、前法兰；f1、第一方向；30、后法兰；40、密封件；220、内壁；230、外壁；110、凹槽；51、第一局部间隙；52、第二局部间隙；53、第三局部间隙；11、第一面；12、第二面；13、第三面；l1、第一路径；61、第一干燥件；41、第一主体部；111、第一槽壁；112、第二槽壁；113、槽底；l2、第二路径；62、第二干燥件；l3、第三路径；63、第三干燥件；42、第二主体部；43、第三主体部；54、第一间隙；55、第二间隙；56、第三间隙；71、螺栓；44、第一斜面；45、第二斜面；46、第三斜面；421、第一抵接面；422、第二抵接面；64、第一密封圈；47、第一密封槽；65、第二密封圈；48、第二密封槽；66、第三密封圈；49、第三密封槽；67、加强部；68、定位槽。
具体实施方式
57.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施方式。但是，本发明可以容许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
58.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
59.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
60.参见图1-图4，本实施方式提供了一种用于光伏电池生产设备的法兰100，该组件包括：延伸部10、前法兰20、后法兰30、密封件40。
61.具体地，该用于光伏电池生产设备的法兰100用于密封炉管200，炉管200指的是半导体扩散工艺中，用于在高温高压环境下进行硼扩散的扩散炉的炉管200。炉管200包括炉门210，炉门210指的是炉管200的开口，搭载半导体的石英舟通过炉门210进入炉管200内。炉管200还包括内壁220，内壁220的环境温度较高，在扩散工艺中，最高可达1100℃。
62.本实施方式中，为了降低密封圈的温度，在炉管200的炉门210位置沿第二方向延伸形成延伸部10，第二方向指的是与炉管200的延伸方向相垂直的方向，炉管200的延伸方向可以理解为炉管200的长度方向，搭载半导体的石英舟通过炉门210并沿炉管200的延伸方向送入炉管200内。通过设置沿第二方向延伸的延伸部10，并将密封件40设置于延伸部10背离炉管200的内壁220的一侧，使得密封件40距离炉管200中心更远，减小了热量辐射影响，降低了密封件40的温度。
63.具体地，在第一方向f1上，前法兰20与延伸部10的一面相抵接，后法兰30与延伸部10的另一面相抵接，第一方向f1指的是与炉管200的延伸方向相平行的方向，密封件40夹紧
于前法兰20与后法兰30之间，且前法兰20覆盖炉管200的炉门210；
64.本实施方式中，为了避免密封件40受热形变降低密封效果，在延伸部10远离炉管200的内壁220的一面沿第二方向凹陷形成有凹槽110，密封件40的一端延伸入凹槽110内，且密封件40与凹槽110相抵接，密封件40的另一端延伸出凹槽110外，并分别与前法兰20和后法兰30相抵接。
65.具体地，参见图1，沿第三方向(图略)观察，密封件40延伸入凹槽110的一端与凹槽110在第二方向上形成有第一局部间隙51，密封件40延伸出凹槽110的一端与前法兰20在第一方向f1上形成有第二局部间隙52，密封件40延伸出凹槽110的一端与后法兰30在第一方向f1上形成有第三局部间隙53。其中，第三方向分别与第一方向f1和第二方向相垂直。由于凹槽110在第一方向f1上是两相对的槽壁，两槽壁限制了密封件40在第一方向f1上的形变，使得密封件40只能沿第二方向形变，通过在密封件40延伸入凹槽110的一端形成沿第二方向上配置的第一局部间隙51，以释放密封件40在第二方向上的形变，降低密封件40受热形变对密封效果的影响。通过在密封件40上形成沿第一方向f1配置的第二局部间隙52和第三局部间隙53，以释放密封件40在第一方向f1上的形变，降低密封件40受热形变对密封效果的影响。
66.具体地，在延伸部10、前法兰20、后法兰30、密封件40构成的用于光伏电池生产设备的法兰100中，炉管200内高温高压气体仅能沿三条路径释放至炉管200外，分别是第一路径l1、第二路径l2、第三路径l3。
67.其中，将延伸部10与前法兰20相抵接的一面记为第一面11，延伸部10与后法兰30相抵接的一面记为第二面12，延伸部10远离炉管200内壁220的一面记为第三面13，第三面13位于第一面11与第二面12之间。参见图2，将炉管200内的气体依次沿第一面11、第三面13以及前法兰20与密封件40相抵接一面释放至炉管200外的路径记为第一路径l1。
68.其中，密封件40包括：伸入凹槽110内并与凹槽110相抵接第一主体部41。凹槽110包括：第一槽壁111、第二槽壁112、槽底113。在第一方向f1上，第一槽壁111与第一主体部41靠近前法兰20的一面相抵接，第二槽壁112与第一主体部41背离前法兰20的一面相抵接。在第二方向上，槽底113与第一主体部41相抵接。参见图3，将炉管200内的气体依次沿第一面11、第三面13、第一槽壁111、槽底113、第二槽壁112以及后法兰30与密封件40相抵接一面释放至炉管200外的路径记为第二路径l2。
69.其中，参见图4，将炉管200内的气体依次沿第一面11、第三面13中靠近前法兰20的一部分、第一槽壁111、槽底113、第二槽壁112、第三面13中远离前法兰20的另一部分、第二面12释放至炉管200外的路径记为第三路径l3。
70.进一步地，为了避免炉管200外的水蒸气进入到第一路径l1内，并与炉管200内氧化生成的三氧化二硼反应生成硼酸，该用于光伏电池生产设备的法兰100还包括：设置于第一路径l1上的第一干燥件61。
71.进一步地，为了避免炉管200外的水蒸气进入到第二路径l2内，并与炉管200内氧化生成的三氧化二硼反应生成硼酸，该用于光伏电池生产设备的法兰100还包括：设置于第二路径l2上的第二干燥件62。
72.进一步地，为了避免炉管200外的水蒸气进入到第三路径l3内，并与炉管200内氧化生成的三氧化二硼反应生成硼酸，该用于光伏电池生产设备的法兰100还包括：设置于第
三路径l3上的第三干燥件63。
73.其中，第一干燥件61、第二干燥件62和第三干燥件63均由氧化铝制成，氧化铝的熔点高达2054℃，可以作为用于光伏电池生产设备的法兰100的干燥剂使用，以避免水蒸气进入到第一路径l1、第二路径l2和第三路径l3中。
74.更优地，密封件40还包括：第二主体部42、第三主体部43。
75.具体地，第二主体部42自第一主体部41背离内壁220的一端延伸出凹槽110外，并与第一主体部41一体成型，第二主体部42分别与前法兰20和后法兰30相抵接，也可以理解为前法兰20与后法兰30将第二主体部42夹紧。第三主体部43自第二主体部42背离内壁220的一端延伸出凹槽110外，并与第二主体部42一体成型，且第三主体部43与前法兰20之间间隔形成第一间隙54，第三主体部43与后法兰30之间间隔形成第二间隙55，在第二方向上，后法兰30与炉管200的外壁230间隔设置形成第三间隙56。
76.具体地，为了便于第一干燥件61、第二干燥件62和第三干燥件63的设置，将第一干燥件61设置于第一间隙54内，从而在第一路径l1的末端阻止炉管200外的水蒸气进入到第一路径l1内中。第二干燥件62设置于第二间隙55内，从而在第二路径l2的末端阻止炉管200外的水蒸气进入到第二路径l2内中。第三干燥件63设置于第三间隙56内，从而在第二路径l2的末端阻止炉管200外的水蒸气进入到第二路径l2内中。
77.在一具体实施方式中，密封件40还包括：第一斜面44、第二斜面45、第三斜面46。
78.具体地，第一斜面44形成于第一主体部41与槽底113相抵接的一端，第一局部间隙51形成于第一斜面44与槽底113之间。第二斜面45形成于第二主体部42与前法兰20相抵接的一面，第二局部间隙52形成于第二斜面45与前法兰20之间。第三斜面46形成于第二主体部42与后法兰30相抵接的一面，第三局部间隙53形成于第三斜面46与后法兰30之间。将第一斜面44与槽底113的夹角记为a；第二主体部42与前法兰20相抵接的一面记为第一抵接面421，第二斜面45与第一抵接面421的夹角记为b；第二主体部42与后法兰30相抵接的一面记为第二抵接面422，第三斜面46与第二抵接面422的夹角记为c，满足关系式：
79.3.5
°
≤a≤5.5
°
；
80.2.3
°
≤b≤6.5
°
；
81.2.3
°
≤c≤6.5
°
。
82.在满足上述关系式时，密封件40受高温产生的形变释放到由第一斜面44与槽底113构成的第一局部间隙51、由第二斜面45与前法兰20之间构成的第二局部间隙52、由第三斜面46与后法兰30之间构成的第三局部间隙53中，避免密封件40受热形变降低密封效果。
83.最优地，本实施方式中，第一斜面44与槽底113的夹角为a＝4
°
，第二斜面45与第一抵接面421的夹角为b＝5
°
，第三斜面46与第二抵接面422的夹角为c＝5
°
。
84.在一实施方式中，为了进一步提高密封效果，用于光伏电池生产设备的法兰100还包括：第一密封圈64、第二密封圈65和第三密封圈66。
85.具体地，第一密封圈64设置于第一主体部41与第二槽壁112之间，第一主体部41凹陷形成有第一密封槽47，第一密封圈64设置于第一密封槽47内，且第一密封槽47与第一斜面44相连，以提高第二路径l2和第三路径l3的密封效果。
86.具体地，第二主体部42与前法兰20相抵接的一面记为第一抵接面421，第二密封圈65设置于第二主体部42与第一抵接面421之间，第二主体部42凹陷形成有第二密封槽48，第
二密封圈65设置于第二密封槽48内，第二密封槽48与第二斜面45相连，以提高第一路径l1的密封效果。
87.具体地，第二主体部42与后法兰30相抵接的一面记为第二抵接面422，第三密封圈66设置于第二主体部42与第二抵接面422之间；第二主体部42凹陷形成有第三密封槽49，第三密封圈66设置于第三密封槽49内，第三密封槽49与第三斜面46相连，以提高第二路径l2的密封效果。
88.其中，第一密封圈64、第二密封圈65和第三密封圈66采用聚四氟乙烯或氟橡胶等耐高温的弹性材料，本实施方式中，第一密封圈64、第二密封圈65和第三密封圈66采用聚四氟乙烯制成。第一密封槽47为形成于密封件40上的环形凹槽110，可以采用机加工的方式在第一主体部41靠近后法兰30的一面切削凹陷形成。第二密封槽48为形成于前法兰20上的环形凹槽110，可以采用机加工的方式在前法兰20靠近密封件40的一面切削凹陷形成。第三密封槽49为形成于第二主体部42上的环形凹槽110，可以采用机加工的方式在第二主体部42靠近后法兰30的一面切削凹陷形成。第一密封圈64设置于第一密封槽47内，第二密封圈65设置于第二密封槽48内，第三密封圈66设置于第三密封槽49内，通过密封圈自身的弹性填充满密封槽，因此，采用密封圈时可以根据实际情况选择与密封槽相匹配的尺寸，使得密封圈挤压变形后堵住第一路径l1、第二路径l2和第三路径l3。
89.更优地，所述法兰100还包括：螺栓71、加强部67、定位槽68。
90.其中，加强部67形成于第一抵接面421，且加强部67位于第二斜面45与第一主体部41之间；定位槽68形成于前法兰20上，且加强部67延伸入定位槽68内。其中，加强部67除了起到加强密封件40结构强度的作用，也起到定位的作用。
91.具体地，螺栓71沿第一方向f1旋紧，以使密封件40分别与前法兰20、后法兰30以及凹槽110相抵接。加强部67与前法兰20上的定位槽68相配合，此时，第一主体部41正好伸入凹槽110并与槽底113相接触，通过螺栓71沿第一方向f1旋紧，除了使前法兰20和后法兰30夹紧密封件40，也以加强部67为支点形成杠杆，参见图1，螺栓71沿第一方向f1向左旋紧的过程中，密封件40以加强部67为支点，第一主体部41作为阻力臂绕支点向右抵压，使得第一主体部41同时与槽底113和第二槽壁112相抵接，从而提升密封效果。
92.借此，通过在延伸部10上设置沿第二方向延伸的凹槽110，并将密封件40延伸入凹槽110内，由于凹槽110在第一方向f1上限制了密封件40的形变，使得密封件40只能沿第二方向形变，通过在密封件40延伸入凹槽110的一端形成沿第二方向上配置的第一局部间隙51，以释放密封件40在第二方向上的形变，降低密封件40受热形变对密封效果的影响；通过在密封件40上形成沿第一方向f1配置的第二局部间隙52和第三局部间隙53，以释放密封件40在第一方向f1上的形变，降低密封件40受热形变对密封效果的影响。
93.以上实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。