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1、 单晶炉使用说明书单晶炉使用说明书 机械、电气部分机械、电气部分 型号型号 FTFT- -CZ2208CZ2208AE AE 2010 年 11 月 FerroTecFerroTec 集团集团 上海汉虹精密机械有限公司上海汉虹精密机械有限公司 1/39 目目 录录 一 概述： . 2 1.1 主要用途和适用范围： . 2 1.2 产品特点： . 2 1.3 使用条件； . 3 二 工作原理与结构特征： . 4 2.1 工作原理及其总体结构： . 4 2.2 主要部件的结构特征： . 5 三 技术特性： . 6 3.1 主要性能： . 6 四 尺寸和重量： . 7 4.1 外形及安装尺寸： .
2、7 4.2 重量： . 7 五 安装调整： . 8 5.1 设备基础，安装的技术要求: 8 5.2 安装程序及注意事项： . 8 5.3 安装、调整后的验收试验项目： . 9 5.4 试运行前的准备： . 9 六使用和操作： . 10 6.1 使用前的准备和检查： . 10 6.2 热场组立的注意事项 . 10 6.3 启动及运行过程中的操作程序： . 10 6.4 运行中的监测和记录： . 13 6.5 停机的操作程序、方法及注意事项： 13 七. 故障分析与排除： 13 八 安全保护装置及事故处理： . 14 8.1 安全保护装置及注意事项： . 14 8.2 出现故障时的处理程序和方法：
3、 . 14 九 保养和维护： . 15 9.1 日常维护、保养和校准： . 15 9.1.2 电气部分 . 18 9.2 检修周期： . 36 9.3 正常维修程序： . 36 9.4 长期停产时的维护和保养： . 37 十 运输和贮存： . 37 10.1 吊装、运输注意事项： . 37 10.2 贮存条件贮存期限及注意事项： . 37 十一开箱及检验： . 37 11.1 开箱注意事项： . 37 11.2 检查内容： . 38 十二. 其他： 38 12.1 售后服务事项： . 38 12.2 联系方法： . 38 2/39 FT-CZ2208AE 单晶炉使用说明书单晶炉使用说明书 一一
4、 概述：概述： 1.1 主要用途和适用范围：主要用途和适用范围： FT-CZ2208AE 型是通过引进日本技术， 针对太阳能电池市场需求而开发的高性能晶体 生长炉。该炉采用直拉法生长单晶，提升结构类型为软轴提拉型。 1.2 产品特点：产品特点： FT-CZ2208AE 单晶炉融合了多种当代新技术，实现了全过程自动控制和数据交换。主 要特点如下： 1）拉晶全过程采用 PLC 控制，抗干扰性好，可靠性高，维修方便，利用 PC 带触摸 屏幕电脑与 PLC 进行实时数据交换，采用视窗形式操作软件, 用户界面良好，简单易操 作，通过屏幕随时可以了解硅单晶棒拉制过程中的各种参数如长度等。 2）如果具有多台
5、 FT-CZ2208AE 型号的单晶炉，则该触摸式电脑中的软件可以相互之 间复制。因此，如果一台单晶炉的软件有故障了，可以从另一台单晶炉复制过来。这不 仅解决了软件包一旦损坏和丢失的问题 ，而且也解决了一台单晶炉调试好了，其他单晶 炉均可以用同一个软件包数据进行使用，免去了重复调试的工作。这样，不仅确保了单 晶炉拉晶过程中的稳定性，更重要的是保证了产品质量的一致性,但值得注意的是设定 PLC IP 地址的配置文件需作修改。 3）配套有 CCD 晶棒直径自动控制系统 ADC。直径测定监视器为高质量进口件。 4）为了应对瞬间停电的情况，单晶炉对控制电脑可以配备单相 UPS 装置，以保护由 于外部停
6、电而造成的电脑和程序损坏。 5）在电器控制系统中，电源装置采用高精度 CPU 控制板进行独立控制。其中的 LC 装置可以抗高谐波，功效比高，省电效果显著。 6）电机均采用直流伺服编码器反馈，比测速反馈的精度更高。 7）采用高速微处理器，动态检测，高速响应。 8）单晶炉运行过程中的电压，电流，功率，温度，晶体直径，坩埚位置和转速，晶 体位置和转速等全部数据及其变化的历史均可以以电子文档的形式记录在案，方便拉晶 结束后分析参数并完善工况,能实现生产档案管理。 9） 自动进行真空检漏。 配套有高性能的质量流量计， 能实现氩气流量的自动化控制。 10）长寿命设计，关键部件和控制元件采用高可靠性的进口元
7、器件，性能稳定可靠。 炉内压力配有高、低真空检测系统，同时测量上、下炉体，测量精度高。整机结构美观， 机械部件采用高精度加工。例如： A）采用进口的钨制籽晶绳，具有长寿命和高安全性的特点 B）炉体内外层分别采用进口 SUS316L 与 SUS304L 不锈钢。 C）真空旋转轴全部采用高品质的大型磁流体密封。 D）坩埚主轴采用双层水冷式结构，并用 SUS316L 不锈钢材料加工制造。 E）密封圈全部采用由氟橡胶制的高质量进口件。 F）所有电机及相关的主要的传动机构（丝杆、轴承、减速器等）均为高质量部品。 G）可以通过屏幕及时了解隔离阀的开（关）的情况。 H）本设备以以下规格为基准进行设计。 A）
8、日本工业规格 (JIS) 3/39 B）日本电气工业规格 (JEM) C）电气规格调查会标准规格 (JEC) 1.籽晶升降、旋转装置。2.籽晶夹头。3.上炉体升降、偏转机构。4.上炉体。 5.隔离阀。6.主炉体。 7.中炉筒升降、偏转机构。 8.脚踏板 。9.电极。10.机架。 11.坩埚升降、旋转装置。12.加热器电源。13.电器控制箱。14 .Ar 气管路。 15.冷却水管路。16.真空管路。17.操作箱。18.测温及测径系统。 外形结构示意图 1.3 使用条件；使用条件； 1）使用环境： 本设备应在清洁、减振的工作环境中运行，应放置在专用的混凝土基础上，环境条 件应选在恒温、恒湿车间。地
9、面应尽量平整，并且有自然排水管孔，使清理下的泄水能 自然排放。 突然的外界较强烈的冲击震动，会影响晶体的内在质量。因此，厂房应尽量选择在 避开振源的地方。当条件限制而不能避开时，则要做必要的隔振措施。其具体要求为： A）环境温度：205； B）相对湿度：65%，杜绝腐蚀性气体； C）外界振源当大于 10Hz 时，振幅值应小于 0.003mm； 2）电源： 电压：三相交流电、380V5%、 50HZ/60HZ 主变压器容量： 280KVA 设备周围如有高频电源干扰时，应予以隔离。 3）冷却水源与排水： 本设备的冷却水与水源连接有一个进水口和一个排水口，管径都为 3，连接法兰： 外径 180mm，
10、固定孔 4- 20mm 的节圆直径为 145mm。在水管与主机相连时，应以软管 4/39 过渡连接，以防止因外界振动的传入干扰机器的正常生产。进入的冷却水由分水排通过 软管与设备各个冷却部位相通，回水为有压排放。各主要冷却部位均设有水温开关，随 时检测冷却水温，当水温超过 50 0时，发出警报信号，提醒操作者处理。冷却水的水质应 以纯水循环供应为好。 冷却水源的具体要求为： 酸碱度 PH=6.08.0 硬度（CaCO3）150 PPM 导电率500 S/CM 氯离子（Cl -）100PPM 硫酸根离子（SO4 2-）200PPM 碳酸碱（CaCO3） 1560PPM 流 量： 280L/min
11、320L/min（含电源的冷却水） 进水压力： 3kg/c 3.5kg/c 进出水压力差：2kg/c 以上 进水温度： 1025 4）真空源： 单晶炉的抽气系统由真空泵，管道、阀门、控制系统、真空计等组成。真空泵属支 持系统由客户自行解决，主真空泵应安装能防止真空泵返油的止回阀以及能保护真空泵 的除尘器，主泵与主机连接中间应用波纹管连接，以减少振动传递。 主真空泵与主机之间应设有隔震沟和隔断墙、并具备良好的废气排放管道以防污染 工作环境。本设备与主真空管道的连接形式为真空法兰式（GB/T6070-95） ，接口尺寸为 DN80，与副真空泵的连接形式为真空卡箍式，接口尺寸为 KF40。 5）氩气
12、源： 本设备的氩气管道均为不锈钢洁净管，与氩气源连接的管接头为 Rc 1/2。氩气源的 管道也应采用不锈钢材料，其具体要求为： 氩气纯度： 99.999 氩气压力： 0.2MPa(2.1kg/c )以上 氩气流量： 最大流量 150L/min 注：冷却水管、真空管和氩气管的接口尺寸详情见安装基础图。 6）压缩气源： 压缩气源压力： 0.6MPa 以上 进口通径： 6mm 二二 工作原理与结构特征：工作原理与结构特征： 2.1 工作原理及其总体结构：工作原理及其总体结构： 本设备采用直拉法拉制单晶，是生长单晶最常用的方法。在低于常压的惰性气体环 境中，用石墨加热器把填充在石英坩埚内的多晶硅原料熔
13、化。 等液面稳定后籽晶从熔液 上方浸入温度受到严格控制的熔液内， 引晶后通过一边旋转籽晶一边向上方提拉的方式 生长出无位错单晶晶棒。 本设备使用 22的加热系统时，一次最大投料量 120Kg，可拉制 6-8单晶棒。 5/39 2.2 主要部件的结构特征：主要部件的结构特征： 1）籽晶旋转及提升机构： 籽晶旋转机构有旋转轴、支承座、滑线环组件、磁流体密封座及旋转直流无刷电机 系统组成。直流无刷电机系统通过多锲带实现籽晶轴平稳转动。旋转密封为磁流体密封。 旋转机构设有两组滑线环，用来提供籽晶提升机构的电能及传递电信号。 在籽晶提升机构中，提升直流无刷电机系统经过精密的蜗轮蜗杆减速器带动卷线辊 筒。
14、卷线辊筒通过滚动花键轴传递扭矩并支承重量。卷线辊筒由牵引螺纹螺母套实现平 移，从而保证籽晶软轴始终在对中位置。卷线辊筒的平移又带动限位杆，实现籽晶软轴 的极限限位，保护籽晶提升机构不受损害。 籽晶旋转提升机构的电机均采用直流伺服编码器反馈，能精确显示晶体长度(或籽晶 夹头的位置)。 2）副炉室： 副炉室即为上炉筒用于收纳拉制好的晶体，本机的上炉筒可收纳总长度约为 2100mm 的晶体 （包括籽晶+缩颈+放肩收肩+等径+收尾） 。 筒体为无缝不锈钢管筒式双层水冷结构。 取晶体时需将上炉筒升高 350mm 左右，把固定在上炉筒法兰上的晶体托盘向右旋转 90 0 托住晶体，再把上炉筒向左旋转 120
15、 0就可以取出晶体。整机的充气由装在副炉室顶部的 充气环进行充气。上炉筒上部设有观察窗，用于观察籽晶夹头调整极限位置及充气环等 处的情况。另外在上炉筒上设有放气阀，当有特殊情况需放气开炉时，可打开放气阀进 行放气。 注意：注意：在拉完晶棒要取晶体时，为了安全先把晶体慢速提升到隔离阀上面，并关闭隔离 阀，确认隔离阀关闭到位后再提升上炉筒再取晶棒。 3）隔离阀： 隔离阀用于维持炉室内的局部压力、温度等工艺条件。关闭此阀后，就可以打开上 炉筒，从而装卸籽晶或取出单晶棒。隔离阀为气动翻板式，可程序控制自动进行翻板操 作，以满足自动拉晶的工艺需要；也可以通过按扭进行手动操作，操作方便。阀芯及阀 体均为双
16、层水冷结构。隔离阀设置了一个观察窗，便于观察拉晶时的情况。 4）主炉室： 主炉室是炉子的心脏部位，用于安装单晶炉的热系统、坩埚和多晶硅原料等。主炉 室由炉底盘、下炉筒、中炉筒和上炉盖组成，它们均为不锈钢焊接而成的双层水冷结构， 内壁采用 SUS316L 外壁采用 SUS304L 不锈钢材料，上炉盖与中炉筒之间、中炉筒与下炉 筒之间均有定位销定位，以保证每次合炉的准确性。 炉底盘固定在机座平面上，用螺钉固定。其中心孔是坩埚轴驱动装置中坩埚轴的定 位基准，孔下端平面与一个水冷法兰联接，水冷法兰再与坩埚轴驱动装置用不锈钢焊接 波纹管密封联接，炉底盘上设有二个铜电极和一个温度传感器。石墨加热器的石墨电极 装在铜电极上部。二个铜电极均装有绝缘保护套，铜电极下端与水冷电缆联接。绝缘保 护套为易损件。 二个铜电极均为空心水冷结构，冷却水由铜电极下部的水套引入。上面的接口为出 水，下面的接口为进水。 中炉筒是可以通过电动推杆向上提起并可以向外转
