本实用新型属于多晶铸锭炉加热设备领域，特别涉及一种g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器。
背景技术：
多晶硅锭生产采用定向凝固法，在生产过程中，硅锭自下向上生长。无论是全熔铸锭（坩埚底部不铺籽晶）还是半熔铸锭（坩埚底部铺籽晶），理论上都需要追求晶体质量好、排杂性能优异、设备运行稳定。这些技术要求都与侧部加热器有密不可分的关系。目前多晶硅铸锭行业，铸锭炉热场中的侧部发热体主要采用等静压石墨材质，有一部分也采用了碳碳材质，矩形结构，但市场使用率不高。随着铸锭炉内腔尺寸越做越大，侧部加热器的作用越来越重要。
现有技术方案：传统铸锭炉侧部加热器由早先的g4铸锭炉发展（切割硅块数量为4x4）发展，逐渐到g5、g6乃至目前的g7铸锭炉，在此发展过程中，侧部加热器形状基本没有过多的变化，全部都是5波加热器加测加热器连接板形式，仅仅是尺寸上进行了放大和微调，电阻率有了相应的变化。然而到了g7铸锭炉（切割硅块数量为7x7），绝大多数仍然传统的5波侧部加热器，由于尺寸的放大加热器的电阻已经明显偏小，导致电流相应过大。
为了解决此问题，有的g7铸锭炉生产企业采用了增加侧部加热器波形数量的方案，目前最成熟的为9波及11波方案：通过增加波形，增加侧部加热器电阻，从而降低电流，同时多波加热器的辐射面积相应也有所增加，加强了铸锭炉的生产稳定性。但是，多波对称加热器由于四面的发热量不均匀,同时电阻过大，带来了影响硅锭新的品质隐患。
另外，有一部分企业采用了板式加热器，单面为一块或多块宽幅不同，长度相同的矩形组成，侧部加热器连接板也有所变化，材质为石墨或碳碳。但由于矩形发热体本身发热温度就不均匀，三相电源均分至四个加热面，采用上下对称的加热体很难做到辐射温度均匀，同时，也需要改造铸锭炉石墨电极和电极连接板，目前在g7铸锭炉上推广有限。
目前在多晶铸锭领域铸锭炉设备上，以g7铸锭炉为最新的量产设备（g8铸锭炉目前市场较少见），而相对于上一代设备g6铸锭炉，g7铸锭炉在投料量上提升了近30%，由设备内腔尺寸扩大，造成热场（保温材料及石墨加热散热材料）尺寸相应扩大、坩埚尺寸变化等等，尤其是侧部石墨加热器的变化，带来一下几个问题：
1）、传统5波侧部石墨加热器电流过大，设备稳定性差，热场容易击穿漏电，绝缘材料容易粉化脱落影响产品电信能；
2）、新型9波侧部石墨加热器功率不足，生产过程中长时间在功率极限范围运行，工艺窗口窄，容错能力差，同时；
3）、5波和9波加热器对于硅锭四个角的覆盖不充分，造成硅锭边角受热不足，边角冻硅（非生长而迅速凝固现象）严重；
4）、5波和9波加热器热场分布不均，导致硅锭的热对流不均衡，排杂能力下降，由于目前金刚线切割对硅块中硬质杂质十分敏感，严重影响下游硅片切割的良品率、成品率；
5）、传统加热器和目前的新型加热器由于存在上述的问题，在铸造单晶过程中也会将铸造单晶的缺陷（单晶覆盖面积小、境界缺陷和位错多，垂直性差等）放大。
技术实现要素：
鉴于背景技术所存在的技术问题，本实用新型所提供的g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器，解决目前g7多晶铸锭炉常规加热器对称5波加热器的电流过大设备稳定性差问题及对称9波加热器的发热量不均衡问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采取了如下技术方案来实现：
一种g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器，包括第一石墨加热板，第一石墨加热板与第二石墨加热板、第三石墨加热板和第四石墨加热板之间通过连接板首尾相连形成了环形加热板，环形加热板为正方形框结构，环形加热板上设有三个石墨电极，环形加热板上设有“u”形波，环形加热板上的“u”形波为连续的，环形加热板四个侧面的“u”形波数量均为六个；环形加热板转角处设有“u”形转角波，“u”形转角波将环形加热板相邻两个侧面形成了90°转角；环形加热板上的三个石墨电极呈等边三角形排列。
优选的方案中，所述的第一石墨加热板、第二石墨加热板、第三石墨加热板和第四石墨加热板均设有六个“u”形波，其中三个“u”形波向上设置，另外三个“u”形波向下设置；
第一石墨加热板、第二石墨加热板、第三石墨加热板和第四石墨加热板的两端均设有连接单元板；
第一石墨加热板与第二石墨加热板之间的连接单元板通过连接板连接后，形成了一个“u”形转角波；
第二石墨加热板与第三石墨加热板之间的连接单元板通过连接板连接后，形成了一个“u”形转角波；
第三石墨加热板与第四石墨加热板之间的连接单元板通过连接板连接后，形成了一个“u”形转角波；
第四石墨加热板与第一石墨加热板之间的连接单元板通过连接板连接后，形成了一个“u”形转角波。
优选的方案中，所述的第一石墨加热板、第二石墨加热板、第三石墨加热板和第四石墨加热板的电阻值相等，且所述电阻值的取值为20mω，误差为±1mω。
优选的方案中，所述的连接板的电阻值为6mω，误差为±0.5mω。
本专利可达到以下有益效果：
本专利的设计目的在于解决目前g7多晶铸锭炉常规加热器对称5波加热器的电流过大设备稳定性差问题及对称9波加热器的发热量不均衡问题，提高硅锭的生长质量，减少阴影及硅锭中杂质含量，同样由于热场均匀性提高，温度梯度更加合理，也可提升铸造单晶的单晶面积和品质。
本专利无需对铸锭炉设备进行改造，在加热器老化后正常更换即可带来收益，同时本专利的加热器采用目前主流加热器的材质及制作工艺，同等条件下，不会额外降低加热器的使用寿命，由于电阻设定关系，漏电概率降低，相对于5波侧部加热器可节约能耗。
根据本专利的侧部加热器图纸尺寸进行加工，材质为石墨材质，等静压工艺制作，然后直接安装在铸锭炉上，铸锭炉其它接口不变，设备生产运行时工艺参数可保持原设备工艺参数（加热、熔化、长晶、退火、冷却的功率设定、温度设定、顶侧系数设定不变），即可达成本专利效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型三维结构图；
图2为本实用新型传统5波侧部加热器三维结构图;
图3为本实用新型传统9波侧部加热器三维结构图。
图中：第一石墨加热板1、第二石墨加热板2、第三石墨加热板3、第四石墨加热板4、连接板5、石墨电极6、“u”形波7、“u”形转角波8；
a、b、c分别表示三相交流电中每一相电源与石墨电极连接的连接点。
具体实施方式
优选的方案如图1所示，一种g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器，包括第一石墨加热板1，第一石墨加热板1与第二石墨加热板2、第三石墨加热板3和第四石墨加热板4之间通过连接板5首尾相连形成了环形加热板，环形加热板为正方形框结构，环形加热板上设有三个石墨电极6，环形加热板上设有“u”形波7，环形加热板上的“u”形波7为连续的，环形加热板四个侧面的“u”形波7数量均为六个；环形加热板转角处设有“u”形转角波8，“u”形转角波8将环形加热板相邻两个侧面形成了90°转角；环形加热板上的三个石墨电极6呈等边三角形排列。
进一步地，第一石墨加热板1、第二石墨加热板2、第三石墨加热板3和第四石墨加热板4均设有六个“u”形波7，其中三个“u”形波7向上设置，另外三个“u”形波7向下设置；
第一石墨加热板1、第二石墨加热板2、第三石墨加热板3和第四石墨加热板4的两端均设有连接单元板81；
第一石墨加热板1与第二石墨加热板2之间的连接单元板81通过连接板5连接后，形成了一个“u”形转角波8；
第二石墨加热板2与第三石墨加热板3之间的连接单元板81通过连接板5连接后，形成了一个“u”形转角波8；
第三石墨加热板3与第四石墨加热板4之间的连接单元板81通过连接板5连接后，形成了一个“u”形转角波8；
第四石墨加热板4与第一石墨加热板1之间的连接单元板81通过连接板5连接后，形成了一个“u”形转角波8。
进一步地，第一石墨加热板1、第二石墨加热板2、第三石墨加热板3和第四石墨加热板4的电阻值相等，且所述电阻值的取值为20mω，误差为±1mω。
进一步地，连接板5的电阻值为6mω，误差为±0.5mω。
整个装置的工作原理结合现有技术介绍如下：
现有技术的缺点分析：
如图2和图3所示，为了表述方便，同时避免歧义，将传统5波侧部加热器和新型9波侧部加热器的四个面结构统称为加热板，加热板之间连接的装置成为传统连接板；
传统5波侧部加热器单块加热板电阻为12±0.5mω左右，截面厚度19.5mm，截面宽度130mm，传统连接板电阻约0.5mω，变压器采用24v电压；新型9波侧部加热器单块加热板电阻为31±2mω左右，截面厚度19.5mm，截面宽度75mm，传统连接板电阻约0.5mω，变压器采用36v电压。由于采用了三相电源加热，目前的现有技术侧部加热器整体均为前后对称或左右对称。其缺点如下：
1、如图2所示，传统5波侧部加热器由于加热板尺寸变大（相对于g6铸锭炉），电阻变形小，导致电流过大，铸锭炉电极绝缘材料受到冲击容易漏电，影响铸锭设备的生产稳定性，造成能耗损失，成本增加，且由于目前最成熟高温绝缘材料氮化硼绝缘垫片还没有找到合适的替代品，硼元素在高温高电流作用下粉化脱落进入硅锭中会对硅锭电阻率造成巨大影响，导致硅锭头部电阻率偏低，甚至整锭报废，严重影响产品品质及利用率；
2、如图3所示，新型9波侧部加热器由于在三角形电路中三相电阻不平衡，导致加热板发热量过大，使铸锭炉生产侧部硅锭的硬质杂质无法有效排到硅锭底部和顶部，导致硅锭在后续切割硅片过程中由于硬质杂质过多而导致成品率下降，成本上升；同时，由于新型9波侧部加热器路径过长，电阻过大，功率损耗大，导致侧部整体发热功率不够，在生产g7及以上大硅锭时容易局部过冷度不均衡导致硅锭中产生微晶（红外检测图像表现为阴影），影响硅锭品质；
3、新型9波侧部加热器也一直延用老版本设计思路，没有很好的考虑硅锭四角受热问题，新型9波侧部加热器的转角处的形状、宽幅、电阻和覆盖面积都与加热板上的波形有很大差异，导致边角长晶不充分，冻硅现象时有发生。由附图3可以看出，虽然新型9波侧部加热器的传统连接板也可以看做一个“u”形，但是该“u”形间隙明显比正常加热板的波形间距大，截面积也明显大，传统连接板的发热量大于加热板的发热量，同时辐射覆盖面积也有较大差距；
4、从附图2可以看出，传统5波侧部加热器的ab相电极间部分与bc相电极间部分有七个“u”形波。ac相电极间加热器也有七个“u”形波，但是含了两个角部侧加热器连接板形成的“u”形波，电阻明显不同，这表明发热量也会明显不同，造成热场不均匀，导致晶向不垂直，硬质杂质排杂能力不足；
5、从附图3可以看出，虽然新型9波侧部加热器的辐射覆盖面积更加均匀，但是新型9波侧部加热器的加热均匀性更差，ab相电极间加热器与bc相电极间加热器有13个“u”形波，形状对称，其中个含一个侧加热器连接板形成的“u”形波。而ac相电极间加热器仅有11个“u”形波，且也含有两个角部侧加热器连接板形成的“u”形波，导致整个ac相加热器电阻明显小于ab相与bc相加热器电阻，导致整个热场左部发热量高，硅锭左侧硬质杂质富集严重。
因此，现有技术的加热器很难在三相电源的供电设备中均匀将热能辐射至四个加热面。
本专利目的：从附图1可以看出，本专利侧视图整个侧部加热器与侧部加热器连接板结合后，覆盖面积更加均匀饱和，a、b、c三相间加热器均为十一个“u”形波7，侧加热器连接板形成的“u”形波7，与侧加热器的“u”型保持基本一致，发热量相对更加接近，整体电阻在18~21mω（可根据材质密度及截面积尺寸微调），更加适合24v电压，不会形成加大电流影响设备的稳定性。同时，从附图1至图3可以看出，加热器尺寸上与5波、9波保持一致，可以共用石墨电极和电极连接板，仅更换侧部加热器及侧部加热器连接板即可，不会造成额外费用。生产的正常硅锭及铸造单晶硅锭具有外观冻硅少，晶向垂直度好，硬质杂质低，单晶覆盖面积大，切割硅片成品率高，电性能稳定，品质提高；生产过程中设备更加稳定，漏电异常减少等等特点。
本技术方案的结构设计为：相对于5波、9波等奇数波形石墨加热器，6波石墨加热器中心轴结构不对称，故称为非对称6波侧部加热器。
本专利所有螺孔接口尺寸均与晶盛水冷g7铸锭炉原本位置大小保持一致，如需本专利配置在其它g7铸锭炉上，只需对接口位置大小进行微调即可。
本专利第一石墨加热板1、第二石墨加热板2、第三石墨加热板3、第四石墨加热板4的长度为1160mm，比传统5波及新型9波短10mm，这10mm的长度差异有侧部加热器连接板补足，整体安装尺寸保持一致，与g7铸锭炉电极接口对应，不必增加其它改动。
第一石墨加热板1、第二石墨加热板2、第三石墨加热板3、第四石墨加热板4的电阻均为6±0.5mω。
1.一种g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器，包括第一石墨加热板（1），第一石墨加热板（1）与第二石墨加热板（2）、第三石墨加热板（3）和第四石墨加热板（4）之间通过连接板（5）首尾相连形成了环形加热板，环形加热板为正方形框结构，环形加热板上设有三个石墨电极（6），环形加热板上设有“u”形波（7），其特征在于：环形加热板上的“u”形波（7）为连续的，环形加热板四个侧面的“u”形波（7）数量均为六个；环形加热板转角处设有“u”形转角波（8），“u”形转角波（8）将环形加热板相邻两个侧面形成了90°转角；环形加热板上的三个石墨电极（6）呈等边三角形排列。
2.根据权利要求1所述的g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器，其特征在于：第一石墨加热板（1）、第二石墨加热板（2）、第三石墨加热板（3）和第四石墨加热板（4）均设有六个“u”形波（7），其中三个“u”形波（7）向上设置，另外三个“u”形波（7）向下设置；
第一石墨加热板（1）、第二石墨加热板（2）、第三石墨加热板（3）和第四石墨加热板（4）的两端均设有连接单元板（81）；
第一石墨加热板（1）与第二石墨加热板（2）之间的连接单元板（81）通过连接板（5）连接后，形成了一个“u”形转角波（8）；
第二石墨加热板（2）与第三石墨加热板（3）之间的连接单元板（81）通过连接板（5）连接后，形成了一个“u”形转角波（8）；
第三石墨加热板（3）与第四石墨加热板（4）之间的连接单元板（81）通过连接板（5）连接后，形成了一个“u”形转角波（8）；
第四石墨加热板（4）与第一石墨加热板（1）之间的连接单元板（81）通过连接板（5）连接后，形成了一个“u”形转角波（8）。
3.根据权利要求2所述的g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器，其特征在于：第一石墨加热板（1）、第二石墨加热板（2）、第三石墨加热板（3）和第四石墨加热板（4）的电阻值相等，且所述电阻值的取值为20mω，误差为±1mω。
4.根据权利要求3所述的g7多晶铸锭炉非对称侧部石墨加热器，其特征在于：连接板（5）的电阻值为6mω，误差为±0.5mω。
技术总结