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TW201433500A - 包裝多晶矽塊 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種用於包裝多晶矽塊的方法，包含：提供一數量的多晶矽塊，從該數量的多晶矽塊中取出多個部分並稱重該等部分，視需要藉由大小等級將多晶矽塊的該等部分分級，限定欲包裝在一塑膠袋中的矽塊的目標重量，組合來自多晶矽塊的該等多個部分的至少四個部分，其總重量最接近於目標重量，將該等至少四個部分的多晶矽塊引入一塑膠袋中並密封該塑膠袋。

Description

包裝多晶矽塊
本發明係關於一種用於包裝多晶矽塊的方法。
塊狀多晶矽(chunk polysilicon)係例如利用西門子(Siemens)法沉積自三氯矽烷，然後受到粉碎(communite)，理想上無污染。EP 1 645 333 A1中描述了一種用於自動破碎的方法及一種相應的設備。
為了應用於半導體及太陽能工業，塊狀多晶矽最好是具有最小污染程度(minimum contamination level)。因此，在將該材料運送給客戶之前，亦應以低污染包裝該材料。
一般而言，用於電子工業的塊狀多晶矽係包裝於重量公差為+/-最大50公克之5公斤袋子中。對於太陽能工業而言，塊狀多晶矽通常係在重量公差為+/-最大100公克且含有10公斤之重量的袋子中。
原則上，適合用於包裝塊狀矽的管狀袋機(tubular bag machine)可商業購得。相應的包裝機係描述於例如DE 36 40 520 A1中。
塊狀多晶矽是邊緣銳利、非自由流動、且具有單一Si塊高達2500公克之重量的散裝材料(bulk material)。因此，在包 裝過程中，必須確保該材料不會在填充過程中穿透普通塑膠袋，或在最差的情況下，甚至完全毀壞塑膠袋。為避免這種情況，必須對商用包裝機進行適當修改以用於包裝多晶矽之目的。
使用商用包裝機，由於通常使用複合膜，因為化學添加物，可能導致塊狀多晶矽的污染增加，一般而言不可能符合對於塊狀多晶矽的純度需求。
US 20050034430 A1揭露了一種用於有成本效益的且完全自動輸送、稱重、分份(portioning)、填充以及包裝高純度多晶矽碎塊(fragment)的設備，包含用於多晶矽碎塊的輸送通道；連接到料斗(hopper)的用於多晶矽碎塊的稱重裝置；由矽製成的偏轉板(deflection plate)；由高純度塑膠膜形成塑膠袋的填充裝置，包含防止靜電充電並因此防止塑膠膜被顆粒污染的去離子器(deionizer)；用於填充有多晶矽碎塊的塑膠袋的熔接裝置(welding device)；安裝在輸送通道、稱重裝置、填充裝置及熔接裝置上方而防止多晶矽碎塊被顆粒污染的流料箱(flowbox)；具有磁感應檢測器(magnetically inductive detector)之輸送帶，用於填充有多晶矽碎塊的經熔接的塑膠袋，所有接觸多晶矽碎塊的元件均被矽覆蓋與或由高耐磨塑膠包覆。
用於將塊狀多晶矽分份的措施例如是一時間控制的輸送通道或一儲存容器中的填充高度測定(determination)或一用於塊狀多晶矽的稱重裝置。相應的稱重裝置例如從US 4813205 A可知。
根據US 20050034430 A1的設備應該能夠在沒有人接觸下實現低污染包裝。透過用矽或高耐磨塑膠覆蓋元件應特別能夠實現低污染包裝。
然而，已發現US 20050034430 A1其步驟中有關塊狀矽的分份係特別有問題的。利用該設備，精確稱重10公斤的塊狀多晶矽且公差為+/-100公克是不可能的。
另外，由於與矽接觸的所有部件均覆蓋矽或塑膠，已發現整體佈置係具有低的機械穩定性。在矽與塑膠塗層上相對高的磨損使得包裝機的維護極為密集。
US 20100154357 A1揭露了一種用於包裝經破碎的多晶矽材料或多晶矽小粒(granule)的裝置，包含一旋轉式填充及密封機(carousel filling and closing machine)，或一以非環狀佈置且具有一填充台(filling station)及一密封台(closing station)的裝置，其中一PE袋係懸掛於夾持系統(gripper system)上並以環狀次序在台與台之間移動，其特徵在於填充台包含一自由懸掛之非金屬低污染材料的能量吸收器(energy absorber)，其在PE袋填充有多晶矽之前被引入PE袋中並在PE袋填充有多晶矽之後自PE袋移除，且經填充的PE袋係進一步利用夾持系統輸送至密封台並在其上密封。
US 20100154357 A1亦揭露了一種用於包裝多晶矽的方法，其中利用填充裝置向一自由懸掛且完全成形的袋子中填充多晶矽，並隨後密封該經填充的袋子，其特徵在於該袋子由壁 厚為10至1000微米的高純度塑膠構成。較佳地，將填充有多晶矽之經密封的塑膠袋引入另一個壁厚為10至1000微米的PE塑膠袋中，並且密封該第二塑膠袋。
根據US 20100154357 A1，首先將多晶矽分份並在包裝前稱重。塊狀多晶矽的分份及稱重係利用先前技術中已知的手動或自動方法實施。關於自動分份，提到了由US 20050034430 A1得知的設備，但其具有以上所述的缺點。
根據US 20100154357 A1，PE袋的熔接係以熱封裝置(heat-sealing device)實施，其中以非金屬材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)，覆蓋金屬熔接線。
US 20120198793 A1揭露了一種用於調劑(dosing)及包裝多晶矽塊的方法，其中多晶矽塊的產品流係經由進料通道傳送，利用至少一個篩子分離為粗塊與細塊，利用劑量秤(dosing balance)稱重且調劑至目標重量，經由排放通道排放，並傳送至一將第一塑膠袋填充多晶矽塊並密封的包裝單元處，其中該包含多晶矽塊的塑膠袋係利用另一個由成型機(shaper)形成的塑膠袋所包裝並隨後被熔接，其中至少一個篩子與劑量秤在其表面上至少部分地包含硬質金屬，且用於形成塑膠袋的成型機係包含耐磨塗層。
先前技術中常常設想手動重量更正(correction)或者甚至手動包裝多晶矽，以便能夠符合所需的重量公差。
此外，在輸送通道、篩子、計量系統(metering system) 及排出通道中的多晶矽塊的傳送及稱重所產生的細粒(fines)係存在問題。該等細粒必須再次被篩除並分級。在包括篩子的系統中，篩網將產物流分成粗級分與細級分，由於必要的下落高度，使得細粒形成特別明顯。
先前技術亦揭露了多頭稱重秤(multihead weigher)。多頭稱重秤或組合稱重秤特別使用於食品及飲料工業，用於填充所提供的容器(如袋、盒、杯、罐或瓶)。
在環形多頭稱重秤的情況下，在稱重系統上方中間供應產物(例如在分配板(distributor plate)上)。在其上將產物以徑向向外的方向輸送到設置成圓形的儲存容器(稱為初級盤(preliminary pan))中，然後進入下方的稱重容器(稱為稱重盤(weighing pan))。從多個部分，電腦測定與目標重量最接近的組合並觸發同時清空。然後立即將被清空的儲存容器及稱重容器再次填充。
此類型的多頭稱重秤例如記載在US 6127635 A中，即一組合的稱重裝置，包含多個具有相應連接的稱重料斗(weighing hopper)的負載單元(load cell)，各稱重料斗具有可密封的出口(outlet)；一佈置在其下之用於將稱重後的產物供應入包裝的出口側轉運裝置；以及一控制器，具有一連接至負載單元的出口側的入口、以及一連接至用於操作稱重料斗的可密封出口的各驅動器的出口。控制器控制稱重料斗的出口，從而選擇多個稱重料斗的各個子組合以形成供應至包裝的總量，其特徵在於 控制器可轉換至第二操作模式，其中其驅動稱重料斗的出口，從而不受其他稱重料斗支配地選擇各稱重料斗。
此類型的多頭稱重秤不適合計量接著包裝塑膠袋中的多晶矽塊，因為必要的下落高度也會導致細粒之形成。此外，多晶矽將經由此種計量及稱重方式以及必要的篩除細粒而被污染。
該問題產生了本發明的目的。
該問題係藉由一種用於包裝多晶矽塊的方法解決，包含：提供一數量的多晶矽塊，從該數量的多晶矽塊中取出多個部分並稱重該等部分，視需要藉由大小等級(size class)將多晶矽塊的該等部分分級，限定欲包裝在一塑膠袋中的矽塊的目標重量，組合來自多晶矽塊的該等多個部分的至少四個部分，其總重量最接近於目標重量，將該等至少四個部分的多晶矽塊引入一塑膠袋中並熔接該塑膠袋。
多晶矽塊的數量較佳係利用在輸送通道上移動的多晶矽塊來提供。起始材料流中的多晶矽塊的大小分布取決於之前的粉碎方法所包括的因素。劃分成粗塊與細塊的方式以及粗塊與細塊的大小取決於待計量與包裝的所欲最終產物。
多晶矽塊的該等部分可以是多個多晶矽塊，但也可以是個別的塊。該等個別的塊較佳是具有最小重量為500公克的塊。
取出部分、稱重該等部分以及組合該等部分以計量達到目標重量的整體方法可以手動或以自動形式進行。
已發現，該方法對產物非常溫和。組合至少四個經稱重部分可以實現特別精確的計量結果。
由此可以設想，將部分或個別的塊稱重並視需要分級。更特定言之，在分級的情況下，將該等部分分到特定的大小等級。
大小等級定義為矽塊的表面上二點之間的最大距離(=最大長度)：塊大小0[毫米]1至5
塊大小1[毫米]4至15
塊大小2[毫米]10至40
如同上述的大小等級，多晶矽之分級與分類為以下之塊大小同樣是常見的：塊大小3[毫米]20至60
塊大小4[毫米]45至120
塊大小5[毫米]90至200
在該等情況中，至少90重量%的各個塊級分(chunk fraction)係在所提及的大小範圍內。
可以利用鏟、抓斗(grab)、容器，或者手動的方式 來從該等數量的多晶矽中取出多個部分。
當手動取出時，較佳係使用合適的低污染的手套，例如與內手套組合的外手套，在此情況下，外手套的手掌區域由LDPE組成且外手套的背側區域由Tyveek®(DuPont，杜邦)組成，二個區域彼此熔接，且內手套由聚氨酯塗覆的Dyneema®(Royal DSM N.V.，帝斯曼)組成。
來自DuPont的Tyveek®是類似於紙張之纖維狀機能性紡織品，且由經熱熔接之高密度聚乙烯(HDPE)纖維所構成。
來自Royal DSM N.V.的Dyneema®是拉伸強度為3-4吉帕(Gpa)(3000至4000牛頓/平方毫米(N/mm2))的高強度聚乙烯纖維(PE)。
多層手套同樣也是可以使用，在這種情況下，手套的外層由手掌區域及背側區域組成，手掌區域由LDPE組成且背側區域由Tyveek®組成，二個區域彼此熔接，並且手套的至少一個內層由經聚氨酯塗覆的Dyneema®組成。
該等部分可經體積性地稱重。特別是在小塊大小的情況下，已知多晶矽的體積密度，因此，使用體積，也可以知道或確定該等部分的重量。當使用諸如容器、鏟等具有限定的填充體積者時，該等部分的體積是已知的。這也適用於手動取出該等部分。如果合適，也是可以估計的。
不過，該方法也可以自動進行。可以重量性地稱重(例如利用連續的稱重系統)該等部分，或者利用具有用於分份 的上游計量通道(upstream metering channel)的照相機系統而光學性地稱重該等部分。較佳係利用調節系統來實現材料劃分(material division)，該調節系統係利用體積或重量輸入參數而控制。使用該調節系統，可以恆定地送入產物輸送流，並將其劃分成多個部分。
如果涉及連續輸送流，此為較佳的，則藉由稱重或分級單元所得結果來控制輸送流。
之後，較佳地將該等部分引入一緩衝儲存器(buffer store)，從而在之後的階段組合以得到所欲包裝數量。該緩衝儲存器包含多個緩衝容器，各緩衝容器含有一部分多晶矽塊。
隨後將由至少四個部分組合的該數量的多晶矽塊包裝入至少一個塑膠袋中。
較佳的是包裝入二個塑膠袋中，及內袋及一外袋，在這種情況下，首先將至少四個部分的多晶矽塊填充入第一塑膠袋中，然後密封，隨後將含有多晶矽塊的第一塑膠袋引入第二塑膠袋中，同樣將第二塑膠袋密封。
同樣較佳的，將至少四個部分的多晶矽塊填充入已插入到第二塑膠袋中的第一塑膠袋中，隨後密封二個塑膠袋。在這種實施方案中，在引入多晶矽之前，已經將一個袋子插入另一個袋子中。
如果必要，在包裝前藉由濕化學方式清潔多晶矽塊。
就分配(dispensing)而言，在US 20100154357 A1 中描述的設備是合適的，其包含自由懸掛的能量吸收器，該能量吸收器在填充多晶矽之前被引入到內塑膠袋中。藉助於該能量吸收器，將多晶矽填充到塑膠袋中。隨後將該自由懸掛的能量吸收器從填充有多晶矽的塑膠袋移除，並密封塑膠袋。
可以例如利用熔接、黏接(bonding)或形狀配合(form-fitting)密封塑膠袋。較佳利用熔接密封。
該袋子理想地由厚度為100至500微米的塑膠膜組成。
使用的塑膠較佳是由PE-LD、PE-LLD或PE-HD組成的單膜。也可以使用由吹膜擠出(blown film extrusion)或鑄造法得到的多層膜。
在傳統計量的情況下，在包裝之前，必須再次篩除細料總量的1%至3%。
在根據本發明的方法中，少於總量的0.5%為細料的形式。因此，產生的可能需要重新分級的細料相當少。
在本文中，以塊大小為3至5而言，多晶矽的細料包含可藉由篩孔大小為8毫米(正方形網格)的篩網從由至少四個部分組合得到的塊的總量中篩除的顆粒。
在塊大小為2的情況下，細料包含大小小於8.3毫米、較佳小於9.5毫米的多晶矽的顆粒。
在塊大小為1的情況下，細料包含具有大小小於3.5毫米、較佳小於3.9毫米的多晶矽的顆粒。
在塊大小為0的情況下，細料包含大小小於1毫米的多晶矽的顆粒。
塊大小0至2的細粒級分係利用商用顆粒尺寸測量儀器測定，例如來自Retsch(萊馳)的Camsizer®。細粒級分所採用的測量是1重量%分位數(=10000ppmw)。
當計量具有單件重量為500公克的較大塊時，只能透過各部分的組合達到10公斤(+-100公克)的目標重量。
在手工包裝方法的情況下，緩衝儲存器的緩衝容器在外表上標記，從而能夠組合這些部分，以得到目標重量。
透過各部分的組合，也可以建立更經濟可行的方法，特別是省去進一步的工作(例如由於公差外重量不足/超重)。過程散射(process scatter)比傳統淨平衡或總平衡要小得多。

Claims (11)

  1. 一種用於包裝多晶矽塊的方法，包含：提供一數量的多晶矽塊，從該數量的多晶矽塊中取出多個部分並稱重該等部分，視需要藉由大小等級(size class)將多晶矽塊的該等部分分級，限定欲包裝在一塑膠袋中的矽塊的目標重量，組合來自多晶矽塊的該等多個部分的至少四個部分，其總重量最接近於目標重量，將該等至少四個部分的多晶矽塊引入一塑膠袋中並密封該塑膠袋。
  2. 如請求項1所述的方法，其中多晶矽塊的該等部分是多個多晶矽塊或單個多晶矽塊。
  3. 如請求項1或2所述的方法，其中係利用抓斗(grab)、鏟、容器(vessel)或手動取出該等部分。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中該等部分係經重量性地稱重(weighed gravimetrically)或係利用具有用於分份(portioning)的上游計量通道(upstream metering channel)的照相機系統而光學性地稱重。
  5. 如請求項1至3中任一項所述的方法，其中在多晶矽塊的體密度(bulk density)係已知時，則體積性地稱重該等部分。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的方法，其中係由多晶矽塊的連續輸送流(continuous conveying stream)取出該等部分，且該輸送流係藉由稱重或分級單元之結果控制。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的方法，其中係將取出並稱重 的該等部分引入一緩衝儲存器(buffer store)中，以便隨後組合以得到所欲目標重量。
  8. 如請求項1至7中任一項所述的方法，其中首先將該等至少四個部分的多晶矽塊填充入一第一塑膠袋中，然後密封，隨後將該含有多晶矽塊的第一塑膠袋引入一第二塑膠袋中，同樣將該第二塑膠袋密封。
  9. 如請求項1至7中任一項所述的方法，其中係將該等至少四個部分的多晶矽塊填充入一已插入到一第二塑膠袋中之第一塑膠袋中，隨後密封該二個塑膠袋。
  10. 如請求項1至9中任一項所述的方法，其中係利用熔接、黏接(bonding)或形狀配合(form-fitting)密封該塑膠袋。
  11. 如請求項1至10中任一項所述的方法，其中，基於該等至少四個部分的總重量，形成小於0.5%的細料(fine material)，該細料包含顆粒，該等顆粒可以利用篩孔大小為8毫米(正方形篩孔)的篩網從由至少四個部分組合得到的尺寸為20至200毫米的塊的總量中篩除。
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