一种硅片多线切割用带电切割机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种硅片多线切割用带电切割机构，包括直流电源、与直流电源的负极连接的导电胶带和对待切割硅棒切割用钢线进行收放的收放线机构，所述导电胶带粘接固定于待切割硅棒上；所述收放线机构包括放线轮和与放线轮配合使用的收线轮，所述放线轮或收线轮与直流电源的正极连接。本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过带电切割有效提高硅片多线切割效率，并且切割质量好。
【专利说明】—种硅片多线切割用带电切割机构
【技术领域】
[0001]本实用新型属于硅片多线切割【技术领域】，具体涉及一种硅片多线切割用带电切割机构。
【背景技术】
[0002]多线切割是切割大直径硅单晶棒非常有效的方法之一。近年来异军突起的多线切割机(简称线锯)以其极高的生产效率和出片率，在大直径硅片加工领域已逐渐取代内圆切割机，所切晶片具有弯曲度小、翘曲度小、平行度好、总厚度公差(TTV)离散性小、刃口切割损耗小、表面损伤层浅、晶片表面粗糙度小等特点；其切割材料涵盖各类半导体材料，如硅、锗、铌酸锂、砷化镓、磷化铟、人造宝石、碳化硅等，因此多线切割技术的应用也越来越广泛。现如今，数控多线切割机已逐渐取代了传统的内圆切割，成为硅片切割加工的主要方式。
[0003]实际对硅片进行多线切割时，利用高速运动的钢线带动磨料进行研磨加工以达到切割硅片的目的，钢线固定在槽轮上并形成线网，待切割硅棒(即加工工件)固定在工作台上，并通过工作台升降实现工件进给。其中，工作台的数量一般为两个，两个工作台分别为上工作台和位于所述上工作台下方的下工作台。多线切割中必须使用一种具有流动性的混合研磨料(主要为碳化硅磨料)，该混合研磨料为通常所指的切割砂浆。该切割砂浆的主要成分为悬浮液与磨料(也称刃料)，所采用的磨料为Sic、氧化铝、锆等，悬浮液中的主要成分为聚乙二醇、表面活性剂等。实际切割过程中，切割砂浆被往复运动的钢线带到切割区，被带入的切割砂浆决定硅片的切割质量与切割能力；而钢线所带切割砂浆中所含有磨料的粒型及粒度，是决定切割材料成品片表面光洁程度和切割能力的关键。
[0004]由于对硅片进行多线切割时，需要钢线带入切割砂浆(主要是切割砂浆中的切割刃料)对需要进行加工的硅晶体进行摩擦，从而将晶体硅棒切割成太阳能、半导体所需要的硅片。为了保证有更高的利润，提高机器的产能是重要措施之一。
[0005]目前，多线切割晶体硅棒的时间较长，例如8寸硅棒的切割时间基本在8?9小时。为了提高产能，就要将多线切割机的切割效率提高，要求在单位时间内的产出越多。目前，提高多线切割机切割效率的主要措施包括以下几种:第一、提高多线切割机丝杠的运动速度，其中丝杠为带动工作台升降的机构；第二、增大所采用多线切割机的数量；第三、增大切割过程中所采用耗材(即切割砂浆)的用量，以缩短切割时间。其中，采用提高多线切割机丝杠的运动速度作为提高产能的方式时，由于随着丝杠速度的提高，势必增大对槽轮上钢线的冲击力，使得钢线在槽轮的开槽内进行摆动。而一般线切割中所使用的槽轮主要是在金属主锟表面涂覆一层环氧树脂，在环氧树脂表面进行刻槽，并达到要求的槽间距，因环氧树脂的特性，在切割时会受到丝杠下降的压力，因此钢线会对线槽向下施压，使得线网的发生位移，不仅影响切割质量，而且由于需停机对线网进行复位，反而使得切割效率大幅降低。另外，采用增大多线切割机的数量和切割过程中所采用耗材(即切割砂浆)的用量作为提高产能的方式时，都要投入大量资金，生产成本大幅增加。实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种硅片多线切割用带电切割机构，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过带电切割有效提高硅片多线切割效率。
[0007]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:包括直流电源、与直流电源的负极连接的导电胶带和对待切割硅棒切割用钢线进行收放的收放线机构，所述导电胶带粘接固定于待切割硅棒上；所述收放线机构包括放线轮和与放线轮配合使用的收线轮，所述放线轮或收线轮与直流电源的正极连接。
[0008]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述直流电源的电压为35V ?45V。
[0009]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述导电胶带的宽度为3mm?1mm且其厚度小于0.5mm。
[0010]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述导电胶带为双面导电胶带。
[0011]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述导电胶带、放线轮和收线轮与直流电源之间均通过电缆进行连接。
[0012]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:还包括用于固定待切割硅棒的工件固定机构和带动所述工件固定机构进行升降的升降驱动机构，所述工件固定机构与所述升降驱动机构进行传动连接。
[0013]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述钢线多次缠绕在多个导轮上并形成切割线网，所述工件固定机构位于所述切割线网的上方或下方。
[0014]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述工件固定机构为呈水平向布设的工作台，所述待切割硅棒粘接固定于所述工作台上，所述导电胶带粘接固定于待切割硅棒的底面中部。
[0015]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述工作台上设置有用于固定待切割硅棒的粘料板，所述粘料板上粘接固定有玻璃板，所述粘料板上涂抹有一层第二粘接胶涂层，所述玻璃板上涂抹有一层第一粘接胶涂层，所述导电胶带粘接固定于玻璃板上所涂抹的第一粘接胶涂层上。
[0016]上述一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征是:所述放线轮和收线轮均为导电金属轮。
[0017]本实用新型与现有技术相比具有以下优点:
[0018]1、结构简单、设计合理、使用操作简便且切割效率高、使用效果好，所投入成本非常低。
[0019]2、投入成本较低，只需采用导电胶带，并在现有多线切割机上再增设一个直流电源即可实现，无需再采用其它设备，因而设备投入成本较低。另外，操作过程简易，无需对现有多线切割机的切割方法做任何调整，只需对多线切割之前待切割硅棒的粘料过程进行调整即可，并且调整非常少，只需在待切割硅棒地面粘接固定导电胶带，并将导电胶带和收线轮或放线轮与直流电源连接即可，易于掌握，对操作人员的专业水平要求非常低，所投入的人力物力成本非常低。因而，本实用新型仅仅增加了直流电源、导电胶带及电缆。
[0020]3、所采用的直流电源电压为35V?45V，电压较低，因而操作安全性较高。
[0021]4、硅片带电切割实现方便，通过与直流电源相接的导电胶带使得待切割硅棒处于带电状态，通过与直流电源相接的放线轮或收线轮使得切割用的钢线处于带电状态，接线方便。
[0022]5、使用效果好且切割效率大幅提高，由于多线切割的原理是利用高速运动的钢线带动磨料进行研磨加工达到切割硅片的目的，因而钢线带砂的能力决定切割效率，而采用本实用新型对待切割硅棒进行带电多线切割时，由于切割过程中钢线处于带电状态，这样能大幅度提高钢线的带砂能力，也就是说钢线上所带磨料的量大幅增大，因而能大幅度提高多线切割的效率，且切割效率提高10%?15%，因而本实用新型在不增加生产成本且能保证产品切割质量的前提下，能有效缩短切割时间，并提高生产效率，从而达到提高产量的目的。另一方面，硅片切割时，由于在钢线和待切割硅棒之间通入直流电，所加的直流电能有效提高切割砂浆的切削能力，从而大幅缩短切割时间。因而，本实用新型通过带电切割能有效提高硅片的多线切割效率。
[0023]6、由于所采用的切割砂浆搅拌均匀后，切割砂浆中的磨料(如碳化硅)自身会带一定量的负电荷，这样在切割过程中，如再在钢线和待切割硅棒之间通入直流电，在带电作用下，切割砂浆的切削能力能明显提高。
[0024]7、切割质量得到有效改善，由于在钢线和待切割硅棒之间通入直流电，所加的直流电能有效提高切割砂浆的切削能力，这样不仅有效提高了切割效率，而且能大幅改善切割质量，所切割形成硅片的切割废片(划痕、花斑等)率低于I%，具有高成品率，并且切割形成硅片的总厚度误差(TTV) < 15 μ m，中心厚度误差(TV)为< 10 μ m，并且切割形成硅片的翘曲度(Warp)和弯曲度(Bow)均满足太阳能级硅片加工要求。
[0025]8、多线切割过程中，所采用耗材(具体指切割砂浆)的使用量有没增加，并且所使用钢丝的有效长度减少，在钢线走线速度不变的情况下，提高切割效率，便能相应减少钢丝的实际使用长度。
[0026]9、实际操作过程简便，对现有硅片多线切割的方法未做较大改变，只需对粘料工序(即待切割硅棒的粘接固定工序)进行微调，并且粘料工序和线切割工序，操作都很简单。
[0027]10、实用价值高、实用性强且推广使用前景广泛、适用面广，适用于单晶硅、多晶硅的硅片多线切割，并且尤其适用于大尺寸硅棒的切割。
[0028]综上所述，本实用新型结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过带电切割有效提高硅片多线切割效率。
[0029]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为本实用新型的结构示意图。
[0031]图2为本实用新型进行带电多线切割时硅棒的粘接状态示意图。
[0032]图3为本实用新型水平切割网的使用状态示意图。
[0033]图4为采用本实用新型对两个硅棒进行同时切割时的切割状态示意图。
[0034]附图标记说明:
[0035]I 一待切割硅棒；2—玻璃板；3—导电胶带；
[0036]4一直流电源；5—放线轮；6—钢线；
[0037]7—导轮；8—收线轮；9—上工作台；
[0038]10-1—第一粘接胶涂层；10-2—第二粘接胶涂层；11一电缆；
[0039]12—切割室；13—粘料板；
[0040]14 一张力检测与调整机构。
【具体实施方式】
[0041]如图1、图2所示，本实用新型包括直流电源4、与直流电源4的负极连接的导电胶带3和对待切割硅棒I切割用钢线6进行收放的收放线机构，所述导电胶带3粘接固定于待切割硅棒I上。所述收放线机构包括放线轮5和与放线轮5配合使用的收线轮8，所述放线轮5或收线轮8与直流电源4的正极连接。
[0042]本实施例中，所述多线切割机中收放线机构的放线轮5与直流电源4的正极连接。
[0043]本实施例中，所述直流电源4的电压为35V?45V。
[0044]实际使用时，可以根据具体需要，对直流电源4的电压进行相应调整。
[0045]本实施例中，所述导电胶带3的宽度为3mm?1mm且其厚度小于0.5mm。
[0046]实际粘接固定时，所述导电胶带3位于待切割硅棒I的正下方。本实施例中，所述待切割硅棒I的横截面形状为矩形。
[0047]本实施例中，所述导电胶带3为双面导电胶带。
[0048]并且，所述双面导电胶带为3M公司(公司全称为Minnesota Mining andManufacturing,明尼苏达矿务及制造业公司)生产的导电胶带。
[0049]本实施例中，所述导电胶带3、放线轮5和收线轮8与直流电源4之间均通过电缆11进行连接。
[0050]同时，本实用新型还包括用于固定待切割硅棒I的工件固定机构和带动所述工件固定机构进行升降的升降驱动机构，所述工件固定机构与所述升降驱动机构进行传动连接。
[0051]如图3所示，所述钢线6多次缠绕在多个导轮7上并形成切割线网，所述工件固定机构位于所述切割线网的上方或下方。
[0052]本实施例中，所述钢线6多次缠绕在两个导轮7上并两个所述导轮7之间形成切割线网。
[0053]实际使用时，可以根据具体需要，对导轮7的数量进行相应调整。
[0054]本实施例中，所述工件固定机构为呈水平向布设的工作台，所述待切割硅棒I粘接固定于所述工作台上，所述导电胶带3粘接固定于待切割硅棒I的底面中部。
[0055]所述工作台上设置有用于固定待切割硅棒I的粘料板13，所述粘料板13上粘接固定有玻璃板2，所述粘料板13上涂抹有一层第二粘接胶涂层10-2，所述玻璃板2上涂抹有一层第一粘接胶涂层10-1，所述导电胶带3粘接固定于玻璃板2上所涂抹的第一粘接胶涂层10-1上。本实施例中，所述导电胶带3的底面通过粘接胶固定在玻璃板2上且其顶面粘接固定在待切割硅棒I的底面上。
[0056]本实施例中，所述放线轮5和收线轮8均为导电金属轮。
[0057]本实施例中，所述工作台为多线切割机所采用的工作台，并所述工作台位于两个所述导轮7之间上方的上工作台9和/或位于两个所述导轮7之间下方的下工作台。
[0058]实际使用时，所述多线切割机为现有的常用多线切割机。目前，多线切割机的厂商有很多家，国外知名品牌有瑞士的梅耶博格(MEYER BURGER)、HCT ;日本的高鸟、安永以及NTC ;国内品牌有大连连城、湖南宇晶等。
[0059]本实施例中，所述多线切割机包括机架、安装在所述机架上的切割室12、用于固定待切割硅棒I的工作台、对钢线6进行收放的收放线机构和带动所述工作台进行升降的升降驱动机构，所述工作台与所述升降驱动机构进行传动连接，所述升降驱动机构安装在所述切割室12内；所述切割室12内设置有两个位于同一水平面上的导轮7，两个所述导轮7的结构和尺寸均相同。所述收放线机构安装在所述机架上，所述收放线机构包括放线轮5和收线轮8，所述钢线6缠绕在两个所述导轮7上并在两个所述导轮7之间形成水平切割线网，两个所述导轮7之间为切割区。
[0060]本实施例中，如图3所示，所述玻璃板2上所粘接导电胶带3的数量为一条。
[0061]实际使用时，所述玻璃板2上所粘接导电胶带3的数量也可以为多条，多条所述导电胶带3呈平行布设。所述待切割硅棒I的数量为多个，多条所述导电胶带3的数量与多个所述待切割硅棒I的数量相同，多条所述导电胶带3分别粘接固定于多个所述待切割硅棒I的底面中部。步骤二中进行通电接线时，将多条所述导电胶带3均与直流电源4的负极连接。步骤三中进行硅棒线带电切割时，采用所述多线切割机对多个所述待切割硅棒I同步进行切割。如图4所示，所述玻璃板2上所粘接导电胶带3的数量为两条，相应地，粘接固定于玻璃板2上的待切割硅棒I的数量为两个，实际进行切割时，采用所述多线切割机对两个所述待切割硅棒I同时进行多线切割。
[0062]本实施例中，所述玻璃板2粘接固定于上工作台9下方。
[0063]实际使用时，可以根据具体需要，对导轮7的数量进行相应调整。
[0064]本实施例中，所述放线轮5和收线轮8与导轮7之间均装有由多个对钢线6进行导向的导向轮组成的过轮组，并且放线轮5和收线轮8与导轮7之间的钢线6上均安装有张力检测与调整机构14。
[0065]采用本实用新型进行多线切割时，包括以下步骤:
[0066]步骤一、硅棒粘接:如图2所示，将待切割硅棒I固定于多线切割机的工作台上，固定过程如下:
[0067]步骤101、玻璃板固定:将玻璃板2粘接固定于所述工作台上。
[0068]步骤102、导电胶带固定:在步骤101中所述玻璃板2上涂抹一层粘接胶，并将导电胶带3粘接固定于玻璃板2上。
[0069]步骤103、硅棒固定:将待切割硅棒I粘接固定于玻璃板2上，并使步骤102中所述导电胶带3粘接固定于待切割硅棒I的底面中部。
[0070]本实施例中，步骤102中所述粘接胶为硅棒多线切割时固定用的常用粘棒胶。实际进行粘接固定时，先在玻璃板2上均匀涂抹一层粘棒胶，再在所涂抹粘棒胶上平放上导电胶带3，然后放上待切割硅棒I并压上重锤，装置待切割硅棒I粘接牢固。
[0071]步骤二、直流电源接线:待步骤103中所述待切割硅棒I固定完成后，将导电胶带3与直流电源4的负极连接，并将所述多线切割机中收放线机构的放线轮5或收线轮8与直流电源4的正极连接。所述收放线机构为对钢线6进行收放的机构。
[0072]步骤三、硅棒线带电切割:接通直流电源4，采用所述多线切割机对待切割硅棒I进行切割；切割过程中，所述待切割硅棒I和钢丝6均处于带电状态。
[0073]本实施例中，步骤三中进行硅棒线带电切割时，所采用的切割砂浆为碳化硅砂浆，所述碳化娃砂衆中的磨料为碳化娃。并且，所述碳化娃砂衆的密度为1.62g/cm3?1.64g/
3
cm ο
[0074]实际使用时，可以采用其它类型的切割砂浆，如磨料为氧化铝、锆等的切割砂浆。
[0075]实际使用时，本实用新型所采用的硅片带电多线切割装置对现有多线切割机的改动非常少。为满足将直流电源4连接到钢线6上，对多线切割机的接地检测报警线路进行相应调整，其中多线切割机接地检测报警的原理是当钢线6出现断线情况时，钢线6的线头接触接地检测装置并发出报警，其中钢线6的断线分为三种情形，即进线断线、中部断线和出线断线，其中进线断线和出线断线也称为左侧断线和右侧断线，相应地，接地检测报警线路包括进线断线的接地检测报警线路(也称为左侧接地检测报警线路)、中部断线的接地检测报警线路(也称为主轴接地检测报警线路)和出线断线的接地检测报警线路(也称为右侧接地检测报警线路)。此处，对多线切割机的接地检测报警线路进行相应调整时，只需将左右侧接地检测报警线路的接线柱上的接线断开，并接入直流电源4的电缆11。也就是说，取消了多线切割机上的左右侧接地检测报警，只留下主轴接地检测报警，而左右侧接地检测报警的功能依靠张力检测与调整机构14(具体是张力轮的限位开关)来进行触发。
[0076]以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
【权利要求】
1.一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:包括直流电源(4)、与直流电源(4)的负极连接的导电胶带(3)和对待切割硅棒⑴切割用钢线(6)进行收放的收放线机构，所述导电胶带(3)粘接固定于待切割硅棒(I)上；所述收放线机构包括放线轮(5)和与放线轮(5)配合使用的收线轮(8)，所述放线轮(5)或收线轮(8)与直流电源(4)的正极连接。
2.按照权利要求1所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述直流电源⑷的电压为35V?45V。
3.按照权利要求1或2所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述导电胶带⑶的宽度为3mm?1mm且其厚度小于0.5mm。
4.按照权利要求1或2所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述导电胶带(3)为双面导电胶带。
5.按照权利要求1或2所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述导电胶带(3)、放线轮(5)和收线轮⑶与直流电源⑷之间均通过电缆(11)进行连接。
6.按照权利要求1或2所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:还包括用于固定待切割硅棒(I)的工件固定机构和带动所述工件固定机构进行升降的升降驱动机构，所述工件固定机构与所述升降驱动机构进行传动连接。
7.按照权利要求6所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述钢线(6)多次缠绕在多个导轮(7)上并形成切割线网，所述工件固定机构位于所述切割线网的上方或下方。
8.按照权利要求6所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述工件固定机构为呈水平向布设的工作台，所述待切割硅棒(I)粘接固定于所述工作台上，所述导电胶带(3)粘接固定于待切割硅棒(I)的底面中部。
9.按照权利要求8所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述工作台上设置有用于固定待切割硅棒(I)的粘料板(13)，所述粘料板(13)上粘接固定有玻璃板(2)，所述粘料板(13)上涂抹有一层第二粘接胶涂层(10-2)，所述玻璃板(2)上涂抹有一层第一粘接胶涂层(10-1)，所述导电胶带(3)粘接固定于玻璃板(2)上所涂抹的第一粘接胶涂层(10-1)上。
10.按照权利要求1或2所述的一种硅片多线切割用带电切割机构，其特征在于:所述放线轮(5)和收线轮(8)均为导电金属轮。
【文档编号】B28D5/04GK203994282SQ201420491461
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月28日 优先权日:2014年8月28日
【发明者】贺鹏, 常成新, 蔺文, 宗红梅, 安强 申请人:西安华晶电子技术股份有限公司