FR3115485A1 - Block slicing process - Google Patents

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FR3115485A1
FR3115485A1 FR2010971A FR2010971A FR3115485A1 FR 3115485 A1 FR3115485 A1 FR 3115485A1 FR 2010971 A FR2010971 A FR 2010971A FR 2010971 A FR2010971 A FR 2010971A FR 3115485 A1 FR3115485 A1 FR 3115485A1
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Louise CARTON
Roland Riva
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Institut National des Sciences Appliquees de Lyon
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Abstract

Le procédé de découpe permet de découper en tranches un bloc (100) solidaire d’un support (1002). Le procédé de découpe comporte une étape de découpe du bloc (100) par une nappe (1001) formée par au moins un fil (1004) de découpe. L’étape de découpe comporte un rapprochement relatif entre la nappe (1001) et le support (1002) mis en œuvre alors que le fil (1004) de découpe défile, et des phases successives comportant chacune : - une première période pour laquelle le rapprochement est effectué à une première vitesse de rapprochement, - une deuxième période pour laquelle le rapprochement est effectué à une deuxième vitesse de rapprochement, la deuxième vitesse de rapprochement étant strictement inférieure à la première vitesse de rapprochement et la deuxième vitesse de rapprochement étant telle que la découpe du bloc (100) est effectuée selon un mode ductile au cours de la deuxième période. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1The cutting process makes it possible to cut into slices a block (100) integral with a support (1002). The cutting method includes a step of cutting the block (100) by a sheet (1001) formed by at least one cutting wire (1004). The cutting step comprises a relative rapprochement between the sheet (1001) and the support (1002) implemented while the cutting wire (1004) is scrolling, and successive phases each comprising: - a first period for which the rapprochement is carried out at a first closing speed, - a second period for which the closing is carried out at a second closing speed, the second closing speed being strictly lower than the first closing speed and the second closing speed being such that the cutting of the block (100) is carried out according to a ductile mode during the second period. Figure to be published with abstract: Fig. 1

Description

Procédé de découpe en tranches d’un blocBlock slicing process

Domaine technique de l’inventionTechnical field of the invention

Le domaine technique de l’invention concerne la découpe, aussi appelée sciage, d’un bloc en tranches. De préférence, les tranches sont des tranches de silicium destinées à être utilisées pour des applications photovoltaïques notamment pour former des cellules photovoltaïques.The technical field of the invention relates to the cutting, also called sawing, of a block into slices. Preferably, the wafers are silicon wafers intended to be used for photovoltaic applications in particular to form photovoltaic cells.

État de la techniqueState of the art

Le sciage en tranches fines du silicium, ou d’autres substances dures comme par exemple le saphir, peut être réalisé dans un bloc à l’aide d’un fil de découpe notamment à abrasifs liés (aussi simplement appelé fil à abrasifs liés). Ces abrasifs liés se présentent sous la forme de grains liés à un fil de support que comprend le fil de découpe. Ces grains sont en général des diamants, on parle alors de fil diamanté pour désigner le fil de découpe comportant ces diamants. La découpe est réalisée à l’aide d’un mouvement longitudinal du fil de découpe, le plus souvent alternatif (inversion périodique de sens), sur lequel le bloc à scier exerce par exemple une force d’appui. Cette opération de découpe est réalisée dans une machine de découpe où le fil de découpe peut être enroulé plusieurs centaines de fois autour d’organes de guidage cylindriques rotatifs à gorges, ces gorges déterminant l’écartement entre des spires de l’enroulement du fil de découpe autour des organes de guidage. Il résulte de cet enroulement la formation d’une nappe qui permet la découpe par pénétration dans le bloc. Les extrémités longitudinales opposées du fil de découpe sont solidaires de deux bobines permettant au fil de découpe de défiler selon des allers-retours d’où il résulte que la nappe peut découper le bloc par sciage lorsqu’un déplacement vertical est appliqué au bloc.The sawing of thin slices of silicon, or other hard substances such as sapphire, can be carried out in a block using a cutting wire in particular with bonded abrasives (also simply called wire with bonded abrasives). These bonded abrasives are in the form of grains bonded to a backing wire that comprises the cutting wire. These grains are generally diamonds, we then speak of diamond wire to designate the cutting wire comprising these diamonds. The cut is made using a longitudinal movement of the cutting wire, most often alternating (periodic reversal of direction), on which the block to be sawn exerts, for example, a supporting force. This cutting operation is carried out in a cutting machine where the cutting wire can be wound several hundred times around rotary cylindrical guide members with grooves, these grooves determining the spacing between turns of the winding of the cutting wire. cutting around the guide members. This winding results in the formation of a sheet which allows cutting by penetration into the block. The opposite longitudinal ends of the cutting wire are secured to two coils allowing the cutting wire to scroll back and forth from which it follows that the sheet can cut the block by sawing when a vertical displacement is applied to the block.

Le bloc de silicium à découper est généralement fixé sur une partie mobile de la machine de découpe, cette partie mobile étant communément appelée table ou support. Un matériau sacrificiel est utilisé pour fixer mécaniquement le bloc de silicium à la partie mobile par exemple par collage. Ainsi, pendant que le fil de découpe défile du fait de ses allers-retours, la partie mobile peut être poussée vers le bas de façon à faire passer le bloc de silicium au travers de la nappe, la nappe restant en position fixe et étant agencée sous la partie mobile. Pour un bloc de silicium de section, par exemple carrée, de 156 mm par 156 mm, la course utile de la partie mobile est de l’ordre de 165 mm de manière à ce que la nappe termine sa course dans le matériau sacrificiel sur lequel le bloc de silicium est collé. Il suffit ensuite de décoller les tranches du matériau sacrificiel pour les récupérer. La durée de descente de la table définit la durée de la découpe. Il est d’usage d’entraîner le bloc de silicium au travers de la nappe le plus rapidement possible, afin de réduire les coûts de fabrication et d’amortir au plus tôt le prix des machines de découpe. Le temps de découpe est également lié à la vitesse maximale de défilement du fil de découpe qui dépend de la machine de découpe : pour un défilement du fil de découpe à une vitesse de 30 m/s, la découpe du bloc de silicium dont la section est donnée ci-dessus peut atteindre 120 minutes ou plus en fonction de la vitesse de déplacement de la table. La vitesse de défilement du fil de découpe est limitée par les capacités de la machine de découpe.The block of silicon to be cut is generally fixed to a moving part of the cutting machine, this moving part being commonly called a table or support. A sacrificial material is used to mechanically fix the block of silicon to the moving part, for example by bonding. Thus, while the cutting wire scrolls due to its round trips, the movable part can be pushed downwards so as to cause the block of silicon to pass through the sheet, the sheet remaining in a fixed position and being arranged under the moving part. For a block of silicon with a section, for example square, of 156 mm by 156 mm, the useful travel of the mobile part is of the order of 165 mm so that the sheet ends its travel in the sacrificial material on which the silicon block is glued. It is then sufficient to peel off the slices of the sacrificial material to recover them. The table descent time defines the duration of the cut. It is customary to drive the block of silicon through the sheet as quickly as possible, in order to reduce manufacturing costs and amortize the price of the cutting machines as soon as possible. The cutting time is also linked to the maximum scrolling speed of the cutting wire which depends on the cutting machine: for a scrolling of the cutting wire at a speed of 30 m/s, the cutting of the block of silicon whose section is given above can reach 120 minutes or more depending on the moving speed of the table. The cutting wire speed is limited by the capabilities of the cutting machine.

Selon un procédé de découpe connu, et dans le but d’augmenter les cadences de production de tranches depuis le bloc de silicium, c’est-à-dire de découper un maximum de tranches de silicium en un minimum de temps, les fabricants de tranches de silicium ont tendance à maximiser à la fois la vitesse de déplacement de la table et la vitesse de défilement du fil de découpe. Une vitesse de défilement du fil de découpe élevée aura tendance à diminuer la force verticale exercée sur le fil de découpe, ce qui est préférable, notamment pour la tenue mécanique du fil de découpe (c’est-à-dire pour limiter l’usure du fil de découpe).According to a known cutting process, and with the aim of increasing the rate of production of wafers from the block of silicon, that is to say to cut a maximum of silicon wafers in a minimum of time, the manufacturers of Silicon wafers tend to maximize both table travel speed and cutting wire scroll speed. A high running speed of the cutting wire will tend to reduce the vertical force exerted on the cutting wire, which is preferable, in particular for the mechanical strength of the cutting wire (that is to say to limit wear cutting wire).

Pour éviter la casse du fil de découpe et obtenir une bonne qualité de tranche de silicium définie par une différence d’épaisseur maximum strictement inférieure à 20 μm et déterminée entre les deux faces opposées de la tranche de silicium correspondante, la déformée du fil de découpe (c’est-à-dire la flèche maximale du fil de découpe au centre du bloc lors de la découpe) n’excède généralement pas une dizaine de millimètres. Pour cela, mis à part lors des premières minutes et des dernières minutes d’une découpe, correspondant respectivement à l’entrée de la nappe dans le bloc, puis à sa sortie du bloc et son entrée dans le matériau sacrificiel, la vitesse de déplacement la table est habituellement maintenue constante ou quasi-constante pendant la découpe.To avoid the breakage of the cutting wire and to obtain a good quality of silicon wafer defined by a maximum thickness difference strictly less than 20 μm and determined between the two opposite faces of the corresponding silicon wafer, the deformation of the cutting wire (that is to say the maximum deflection of the cutting wire in the center of the block during cutting) generally does not exceed ten millimeters. For this, apart from during the first minutes and the last minutes of a cut, corresponding respectively to the entry of the sheet into the block, then to its exit from the block and its entry into the sacrificial material, the speed of movement the table is usually held constant or nearly constant during cutting.

Classiquement, pour des raisons évidentes de limitation du coût de fabrication des tranches de silicium, on tend à minimiser la consommation de fil de découpe. Par exemple, à partir d’un fil de découpe de 50 km initialement enroulé majoritairement sur l’une des bobines, il est possible de découper 50 000 tranches, soit une consommation moyenne de fil de découpe de 1 m par tranche de 156 mm par 156 mm. Au cours de la découpe, le fil de découpe effectue des allers-retours sur quelques centaines de mètres, avec un léger décalage entre la longueur de l’aller et celle du retour, par exemple pour 600 m de fil de découpe se déroulant depuis l’une des bobines, seulement 594 m de fil de découpe est rembobiné sur cette bobine. Le ratio entre la longueur du fil de découpe rembobiné et la longueur du fil de découpe déroulé, qui vaut ici 99%, est communément appelé taux d’aller-retour ou taux de « back and forth » en langue anglaise.Conventionally, for obvious reasons of limiting the manufacturing cost of silicon wafers, there is a tendency to minimize the consumption of cutting wire. For example, from a 50 km cutting wire initially wound mainly on one of the reels, it is possible to cut 50,000 slices, i.e. an average cutting wire consumption of 1 m per 156 mm slice per 156mm. During the cutting, the cutting wire goes back and forth over a few hundred meters, with a slight difference between the length of the outward and the return, for example for 600 m of cutting wire unwinding from the one of the spools, only 594 m of cutting wire is rewound on this spool. The ratio between the length of the rewound cutting wire and the length of the unwound cutting wire, which here is 99%, is commonly called the return rate or “back and forth” rate in English.

Ce procédé de découpe conduit à l’obtention de tranches à états de surface particuliers. Les allers-retours périodiques du fil de découpe, alors que la table effectue son mouvement de descente régulier, entraînent la formation de tranches avec des surfaces présentant des ondulations périodiques. Visuellement, de telles ondulations sont associées à une alternance de stries claires et sombres. Ces stries sont plus ou moins profondes selon la direction de mesure de l’épaisseur de la tranche. L’amplitude de ces ondulations mesurée sur une tranche avec un profilomètre mécanique se déplaçant parallèlement à la direction de découpe de la tranche est généralement comprise entre 1 µm et 6 μm, avec des maxima pouvant atteindre 20 μm. La période de ces ondulations est voisine de 1 mm à 2 mm, et dépend de la longueur de fil de découpe défilant lors de chaque aller-retour et de la vitesse de déplacement de la table.This cutting process leads to obtaining slices with particular surface conditions. The periodic back and forth movements of the cutting wire, as the table makes its regular downward movement, results in the formation of slices with surfaces exhibiting periodic undulations. Visually, such ripples are associated with alternating light and dark streaks. These streaks are more or less deep depending on the direction of measurement of the thickness of the slice. The amplitude of these undulations measured on a wafer with a mechanical profilometer moving parallel to the cutting direction of the wafer is generally between 1 μm and 6 μm, with maximums that can reach 20 μm. The period of these undulations is close to 1 mm to 2 mm, and depends on the length of cutting wire running during each return trip and on the speed of movement of the table.

Par ailleurs, selon ce procédé de découpe, le passage des diamants du fil diamanté à la surface du silicium entraîne la formation en surface des tranches découpées de sillons qui peuvent apparaître lisses ou présenter des écaillages qui correspondent à des défauts de surface. Ce phénomène, par exemple décrit dans le document « Wire sawing technology : A state-of-the-art review » de Hao Wu et publié dans Precision Engineering 43 (2016) 1-9, correspond à une alternance de déformations plastiques du silicium (abrasion ductile) et d’écaillage de la surface (abrasion fragile). En fait, le ou les diamants glissent à la surface du silicium et créent un sillon lisse tant que le silicium se déforme plastiquement, puis, lorsque la pression à l’avant du diamant est trop importante, la contrainte exercée sur le silicium entraîne l’arrachement d’un morceau afin de libérer cette contrainte.Furthermore, according to this cutting process, the passage of the diamonds from the diamond wire to the surface of the silicon leads to the formation on the surface of the slices cut of grooves which may appear smooth or have chippings which correspond to surface defects. This phenomenon, for example described in the document "Wire sawing technology: A state-of-the-art review" by Hao Wu and published in Precision Engineering 43 (2016) 1-9, corresponds to an alternation of plastic deformations of silicon ( ductile abrasion) and peeling of the surface (brittle abrasion). In fact, the diamond(s) slide on the surface of the silicon and create a smooth groove as long as the silicon deforms plastically, then when the pressure in front of the diamond is too great, the stress on the silicon causes the tearing off a piece in order to release this constraint.

L’arrachement de morceaux de silicium lors de la découpe peut être associé à la propagation de fissures sous la surface des tranches découpées. La zone ainsi affectée, dans laquelle ces fissures sont présentes, est appelée dommages en sous-surface ou endommagement en sous-surface, et est aussi connue sous le sigle SSD pour « subsurface damage » en langue anglaise. De tels dommages en sous-surface peuvent impacter les propriétés mécaniques des tranches et générer des défauts aux seins de cellules photovoltaïques fabriquées ultérieurement en utilisant les tranches. De tels défauts peuvent être une inhomogénéité de la texturation de surface, des défauts de dépôts de couches minces ou des défauts de contacts électriques après sérigraphie.The tearing of pieces of silicon during cutting can be associated with the propagation of cracks under the surface of the cut wafers. The area thus affected, in which these cracks are present, is called subsurface damage or subsurface damage, and is also known by the acronym SSD for "subsurface damage" in English. Such subsurface damage can impact the mechanical properties of the wafers and generate defects in the breasts of photovoltaic cells subsequently fabricated using the wafers. Such defects can be an inhomogeneity in the surface texturing, defects in the deposition of thin layers or defects in electrical contacts after screen printing.

Ainsi, il existe un besoin de diminuer les défauts de surface et/ou les dommages en sous-surface pour les tranches obtenues par découpe d’un bloc.Thus, there is a need to reduce surface defects and/or sub-surface damage for slices obtained by cutting a block.

Objet de l’inventionObject of the invention

L’invention a pour but d’améliorer la découpe de tranches dans un bloc, en particulier en permettant de diminuer les défauts de surface et/ou les dommages en sous-surface des tranches découpées afin notamment d’améliorer les propriétés mécaniques des tranches par exemple formant des tranches de silicium brutes de sciage.The object of the invention is to improve the cutting of slices in a block, in particular by making it possible to reduce the surface defects and/or the sub-surface damage of the cut slices in order in particular to improve the mechanical properties of the slices by example forming rough-sawn silicon wafers.

À cet effet, l’invention est relative à un procédé de découpe en tranches d’un bloc, le bloc étant solidaire d’un support, le procédé de découpe comportant une étape de découpe du bloc par une nappe formée par au moins un fil de découpe, l’étape de découpe comportant un rapprochement relatif entre la nappe et le support mis en œuvre alors que le fil de découpe défile, l’étape de découpe comportant des phases successives, et chaque phase comportant :
- une première période pour laquelle le rapprochement est effectué à une première vitesse V1de rapprochement,
- une deuxième période pour laquelle le rapprochement est effectué à une deuxième vitesse V2de rapprochement, la deuxième vitesse V2de rapprochement étant strictement inférieure à la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement étant telle que la découpe du bloc est effectuée selon un mode ductile au cours de la deuxième période.
To this end, the invention relates to a method for cutting a block into slices, the block being integral with a support, the cutting method comprising a step of cutting the block by a layer formed by at least one cutting, the cutting step comprising a relative bringing together between the sheet and the support implemented while the cutting wire passes, the cutting step comprising successive phases, and each phase comprising:
- a first period for which the reconciliation is carried out at a first speed V 1 of reconciliation,
- a second period for which the approximation is carried out at a second speed V 2 of approximation, the second speed V 2 of approximation being strictly lower than the first speed V 1 of approximation and the second speed V 2 of approximation being such that the cutting of the block is carried out in a ductile mode during the second period.

Un tel procédé de découpe présente l’avantage d’améliorer la découpe en limitant l’apparition de défauts sur les tranches grâce au mode ductile de découpe qui est mis en œuvre à plusieurs reprises au cours de l’étape de découpe. L’utilisation des première et deuxième vitesses de rapprochement dans les différentes phases permet d’avoir une découpe en mode ductile au cours de chaque phase de préférence tout en cherchant à atteindre une durée de découpe souhaitée.Such a cutting process has the advantage of improving the cutting by limiting the appearance of defects on the slices thanks to the ductile cutting mode which is implemented several times during the cutting step. The use of the first and second approach speeds in the different phases makes it possible to have a cut in ductile mode during each phase preferably while seeking to reach a desired cutting duration.

Le procédé de découpe peut comporter en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- au cours de chaque première période, la découpe du bloc est effectuée selon un mode fragile ;
- la première vitesse V1de rapprochement, la durée T1de la première période, la deuxième vitesse V2de rapprochement et la durée T2de la deuxième période sont déterminées de sorte à satisfaire la condition suivante : les phases successives induisent la découpe du bloc selon une épaisseur E en une durée DCde découpe souhaitée, l’épaisseur E étant inférieure ou égale à l’épaisseur du bloc ;
- la condition s’exprime par l’équation suivante :
;
- la deuxième vitesse V2de rapprochement est égale à αxVduct, α étant un coefficient de pondération inférieur ou égal à 1 et Vductétant une vitesse ductile correspondant une vitesse maximale jusqu’à laquelle la découpe du bloc se fait selon le mode ductile à la vitesse de défilement du fil de découpe ;
- le procédé de découpe comporte la détermination des valeurs de E, de α, de T1, de T2et de Vduct, et la première vitesse V1de rapprochement est déterminée en résolvant l’équation suivante : , β étant égal à T1/T2;
- la première vitesse V1de rapprochement, la deuxième vitesse V2de rapprochement, la durée T1de la première période et la durée T2de la deuxième période sont déterminées de sorte à maximiser, pour chacune des tranches, la surface obtenue par découpe du bloc selon le mode ductile ;
- la première vitesse V1de rapprochement est déterminée de sorte à être la plus rapide possible tout en permettant de maintenir la flèche du fil de découpe, au niveau de la nappe, à une valeur inférieure ou égale à un seuil prédéterminé ;
- le nombre de phases successives est déterminé en prenant en compte des données représentatives du comportement d’un fil de découpe étalon lors d’une découpe d’un bloc étalon en tranches, les données étant choisies parmi : un suivi de l’évolution de la flèche du fil de découpe étalon, un suivi de la dérivée première ou seconde de l’évolution de la flèche du fil de découpe étalon, un suivi de forces exercées sur le fil de découpe étalon, un suivi du couple d’un moteur d’entraînement du fil de découpe étalon, ou un suivi de la mesure du diamètre du fil de découpe étalon ;
- le bloc étant en silicium, pour chaque deuxième période : la deuxième vitesse V2de rapprochement est comprise entre 240 µm/min et 1200 µm/min, et un rapport, établi entre la deuxième vitesse V2de rapprochement exprimée en µm/min et la vitesse de défilement du fil de découpe exprimée en m/s, est inférieur ou égal à un seuil compris entre 10,43 et 16 ;
- l’ensemble des phases successives correspond à une alternance des premières périodes et des deuxièmes périodes de sorte que chaque variation entre la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement est instantanée ou est réalisée selon une rampe de vitesse prédéterminée.
The cutting process may also include one or more of the following characteristics:
- During each first period, the cutting of the block is carried out according to a fragile mode;
- the first speed V 1 of approach, the duration T 1 of the first period, the second speed V 2 of approach and the duration T 2 of the second period are determined so as to satisfy the following condition: the successive phases induce the cutting of the block according to a thickness E in a desired cutting duration D C , the thickness E being less than or equal to the thickness of the block;
- the condition is expressed by the following equation:
;
- the second approach speed V 2 is equal to αxV duct , α being a weighting coefficient less than or equal to 1 and V duct being a ductile speed corresponding to a maximum speed up to which the cutting of the block is done according to the ductile mode the running speed of the cutting wire;
- the cutting process includes the determination of the values of E, of α, of T 1 , of T 2 and of V duct , and the first approach speed V 1 is determined by solving the following equation: , β being equal to T 1 /T 2 ;
- the first approach speed V 1 , the second approach speed V 2 , the duration T 1 of the first period and the duration T 2 of the second period are determined so as to maximize, for each of the slices, the surface obtained by cutting of the block according to the ductile mode;
the first approach speed V 1 is determined so as to be as fast as possible while making it possible to maintain the deflection of the cutting wire, at the level of the web, at a value less than or equal to a predetermined threshold;
- the number of successive phases is determined by taking into account data representative of the behavior of a standard cutting wire when cutting a standard block into slices, the data being chosen from: a monitoring of the evolution of the deflection of the standard cutting wire, monitoring of the first or second derivative of the evolution of the deflection of the standard cutting wire, monitoring of the forces exerted on the standard cutting wire, monitoring of the torque of a motor of driving the standard cutting wire, or monitoring the measurement of the diameter of the standard cutting wire;
- the block being made of silicon, for each second period: the second approach speed V 2 is between 240 μm/min and 1200 μm/min, and a ratio, established between the second approach speed V 2 expressed in μm/min and the running speed of the cutting wire, expressed in m/s, is less than or equal to a threshold comprised between 10.43 and 16;
- all of the successive phases correspond to an alternation of the first periods and the second periods so that each variation between the first approach speed V 1 and the second approach speed V 2 is instantaneous or is carried out according to a predetermined speed ramp .

L’invention est aussi relative à une machine de découpe pour découper un bloc en tranches, la machine de découpe comportant un support pour le bloc, une nappe formée par au moins un fil de découpe, la machine de découpe étant configurée pour mettre en œuvre :
- un rapprochement relatif entre la nappe et le support pendant que le fil de découpe défile,
- une des phases successives,
et la machine de découpe étant configurée de sorte que chaque phase comporte :
- une première période pour laquelle le rapprochement est effectué à une première vitesse de rapprochement,
- une deuxième période pour laquelle le rapprochement est effectué à une deuxième vitesse de rapprochement, la deuxième vitesse de rapprochement étant strictement inférieure à la première vitesse de rapprochement et la deuxième vitesse de rapprochement étant telle que la découpe du bloc est effectuée selon un mode ductile au cours de la deuxième période.
The invention also relates to a cutting machine for cutting a block into slices, the cutting machine comprising a support for the block, a sheet formed by at least one cutting wire, the cutting machine being configured to implement :
- a relative rapprochement between the sheet and the support while the cutting wire is scrolling,
- one of the successive phases,
and the cutting machine being configured so that each phase comprises:
- a first period for which the reconciliation is carried out at a first reconciliation speed,
- a second period for which the approach is carried out at a second approach speed, the second approach speed being strictly lower than the first approach speed and the second approach speed being such that the cutting of the block is carried out according to a ductile mode during the second period.

D’autres avantages et caractéristiques pourront ressortir de la description détaillée qui suit.Other advantages and characteristics may emerge from the detailed description that follows.

Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés et listés ci-dessous.The invention will be better understood on reading the following detailed description, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the appended drawings listed below.

La illustre, selon une vue en perspective, une machine de découpe utilisée dans le cadre d’un procédé de découpe selon un mode de réalisation de l’invention, cette machine de découpe étant en train de découper un bloc en tranches à l’aide d’un fil de découpe. There illustrates, in a perspective view, a cutting machine used in the context of a cutting process according to one embodiment of the invention, this cutting machine being in the process of cutting a block into slices using a cutting wire.

La est une vue latérale de la machine représentée en . There is a side view of the machine shown in .

La illustre schématiquement une partie du fil de découpe du type à abrasifs liés. There schematically illustrates part of the bonded abrasive type cutting wire.

La représente schématiquement, pour une phase du procédé de découpe, l’évolution du type sous forme de créneau d’une vitesse de rapprochement relatif entre une nappe et un support selon un mode de réalisation particulier de l’invention, cette vitesse de rapprochement variant entre une première vitesse de rapprochement et une deuxième vitesse de rapprochement. There schematically represents, for a phase of the cutting process, the evolution of the type in the form of a crenel of a speed of relative approach between a sheet and a support according to a particular embodiment of the invention, this speed of approach varying between a first closing speed and a second closing speed.

La illustre l’évolution de la hauteur, ou niveau, de la surface d’une tranche à l’aide d’un profilomètre, cette tranche étant obtenue selon une recette de découpe dite « recette standard » sans mise en œuvre du procédé de découpe selon la présente invention. There illustrates the evolution of the height, or level, of the surface of a slice using a profilometer, this slice being obtained according to a cutting recipe called "standard recipe" without implementing the cutting process according to the present invention.

La illustre l’évolution de la hauteur, ou niveau, de la surface d’une tranche à l’aide d’un profilomètre, la tranche étant obtenue selon une recette de découpe dite « recette améliorée » correspondant à une mise en œuvre du procédé de découpe selon un mode de réalisation particulier de la présente invention. There illustrates the evolution of the height, or level, of the surface of a slice using a profilometer, the slice being obtained according to a so-called "improved recipe" cutting recipe corresponding to an implementation of the method of cutting according to a particular embodiment of the present invention.

La illustre l’évolution d’une vitesse ductile correspondant à la vitesse maximale de rapprochement relatif entre la nappe et le support jusqu’à laquelle il est possible d’assurer une découpe du bloc alors formé de silicium selon un mode ductile en fonction d’une vitesse de défilement du fil de découpe. There illustrates the evolution of a ductile speed corresponding to the maximum speed of relative approach between the sheet and the support up to which it is possible to ensure cutting of the block then formed of silicon according to a ductile mode according to a cutting wire running speed.

La illustre l’évolution, pour différentes deuxièmes vitesses de rapprochement, d’un rapport entre la première vitesse de rapprochement appliquée au cours d’une première période et la deuxième vitesse de rapprochement appliquée au cours d’une deuxième période en fonction d’un rapport entre la durée de la première période et la durée de la deuxième période. There illustrates the evolution, for different second closing speeds, of a ratio between the first closing speed applied during a first period and the second closing speed applied during a second period as a function of a ratio between the duration of the first period and the duration of the second period.

La illustre l’évolution, pour différentes deuxièmes vitesses de rapprochement, d’un rapport R en fonction de la première vitesse de rapprochement. There illustrates the evolution, for different second speeds of approach, of a ratio R as a function of the first speed of approach.

La illustre schématiquement la vitesse de déplacement du support en fonction du temps lors de la mise en œuvre de la recette standard et de la recette améliorée. There schematically illustrates the speed of support movement as a function of time when implementing the standard recipe and the improved recipe.

Sur ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.In these figures, the same references are used to designate the same elements.

Description détailléedetailed description

L’invention est relative à un procédé de découpe en tranches d’un bloc 100. La découpe d’un tel bloc 100 est illustrée à titre d’exemple en figures 1 et 2. Le procédé de découpe décrit ci-après propose d’améliorer la découpe d’un bloc 100 en tranches à l’aide d’une nappe 1001 en faisant varier de manière adaptée une vitesse à laquelle est réalisé un rapprochement relatif entre la nappe 1001 et un support 1002 duquel est solidaire le bloc 100.The invention relates to a method for cutting a block 100 into slices. The cutting of such a block 100 is illustrated by way of example in FIGS. 1 and 2. The cutting method described below proposes to improve the cutting of a block 100 into slices using a layer 1001 by appropriately varying a speed at which a relative rapprochement between the layer 1001 and a support 1002 to which the block 100 is attached is achieved.

Par exemple, un matériau 1010 sacrificiel, se présentant en particulier sous la forme d’une couche, peut être utilisé pour solidariser le bloc 100 au support 1002 afin d’assurer un maintien adéquat du bloc 100 au support 1002. Le matériau 1010 sacrificiel peut faire partie du support 1002. Le matériau 1010 sacrificiel peut permettre de fixer/accrocher le bloc 100 au support 1002, rendant ainsi le bloc 100 solidaire du support 1002. Le matériau 1010 sacrificiel peut être une résine époxy chargée en particules d’alumine. Le matériau 1010 sacrificiel peut être tel que la résine époxy est à un état durci de telle sorte que les particules d’alumine sont réparties de manière homogène dans la résine époxy. Les particules d’alumine peuvent présenter chacune une dimension maximale comprise entre 1 µm et 30 µm, et la quantité de particules d’alumine peut être telle que le matériau 1010 sacrificiel peut comporter de 20% à 40% d’alumine en volume. Les particules d’alumine permettent de faciliter la découpe du matériau 1010 sacrificiel lorsque la nappe 1001 pénètre dans ce matériau 1010 sacrificiel dans le sens où elles permettent de rendre le matériau 1010 sacrificiel plus dur que s’il comportait seulement de la résine époxy.For example, a sacrificial material 1010, in particular in the form of a layer, can be used to secure the block 100 to the support 1002 in order to ensure adequate maintenance of the block 100 to the support 1002. The sacrificial material 1010 can be part of the support 1002. The sacrificial material 1010 can make it possible to fix/hang the block 100 to the support 1002, thus making the block 100 integral with the support 1002. The sacrificial material 1010 can be an epoxy resin loaded with alumina particles. The sacrificial 1010 material may be such that the epoxy resin is in a cured state such that the alumina particles are evenly distributed in the epoxy resin. The alumina particles can each have a maximum dimension of between 1 μm and 30 μm, and the quantity of alumina particles can be such that the sacrificial 1010 material can comprise from 20% to 40% alumina by volume. The alumina particles make it easier to cut the sacrificial 1010 material when the 1001 sheet penetrates this sacrificial 1010 material in the sense that they make the sacrificial 1010 material harder than if it only comprised epoxy resin.

Le bloc 100 peut être plus particulièrement un lingot ou une brique.The block 100 can more particularly be an ingot or a brick.

Dans la présente description par « compris entre deux valeurs », il est entendu que les bornes formées par ces deux valeurs sont incluses dans la plage correspondante.In the present description, by “between two values”, it is understood that the limits formed by these two values are included in the corresponding range.

Dans la présente description, un rapport ou ratio entre a et b, a et b pouvant prendre chacun une valeur correspondante, correspond à a/b. Si cela n’est pas précisé autrement dans le cadre de la définition d’un rapport correspondant, l’unité de mesure de a correspond à l’unité de mesure de b.In the present description, a ratio or ratio between a and b, a and b each of which can take a corresponding value, corresponds to a/b. Unless otherwise specified as part of the definition of a corresponding ratio, the unit of measure of a corresponds to the unit of measure of b.

Une machine 1000 de découpe, aussi appelée équipement de découpe, est illustrée selon un exemple particulier en figures 1 et 2. En particulier, la machine 1000 de découpe comporte la nappe 1001, le support 1002 et, le cas échéant, peut comporter le matériau 1010 sacrificiel.A cutting machine 1000, also called cutting equipment, is illustrated according to a specific example in FIGS. 1 and 2. 1010 sacrificial.

La nappe 1001 est destinée à être utilisée pour réaliser la découpe du bloc 100 en tranches, en particulier par sciage. La nappe 1001 permet notamment de former, en pénétrant dans le bloc 100, des sillons qui sont creusés au fur et à mesure du rapprochement de la nappe 1001 et du support 1002 jusqu’à délimiter les tranches lorsque la nappe 1001 sort du bloc 100.The sheet 1001 is intended to be used to cut the block 100 into slices, in particular by sawing. The layer 1001 makes it possible in particular to form, by penetrating into the block 100, grooves which are dug as the approach of the layer 1001 and the support 1002 until delimiting the slices when the layer 1001 leaves the block 100.

La nappe 1001 peut être formée par au moins un fil 1004 de découpe. Bien entendu, la découpe du bloc 100 par la nappe 1001 peut être assurée lorsque le fil 1004 de découpe ou les fils 1004 de découpe défilent. Ainsi, la machine 1000 de découpe peut comporter le ou les fils 1004 de découpe.The web 1001 can be formed by at least one cutting wire 1004 . Of course, the cutting of the block 100 by the layer 1001 can be ensured when the cutting wire 1004 or the cutting wires 1004 pass. Thus, the cutting machine 1000 can comprise the cutting wire(s) 1004 .

La nappe 1001 peut comporter, notamment à chaque instant du défilement du fil 1004 de découpe, des portions 1003 longitudinales du fil 1004 de découpe définissant notamment une région dite « région de découpe ». Les portions 1003 longitudinales du fil 1004 de découpe sont agencées successivement et espacées de manière à définir l’épaisseur souhaitée des tranches découpées dans le bloc 100. En particulier, les portions 1003 longitudinales du fil 1004 de découpe sont parallèles entre elles et sont, de préférence, agencées dans un même plan. Dans ce cas, la nappe 1001 est formée par le fil 1004 de découpe et plus particulièrement par des spires d’un enroulement de ce fil 1004 de découpe. Communément, une telle nappe 1001 est aussi appelée dans le domaine technique de l’invention « nappe de fil ».The web 1001 may comprise, in particular at each instant of the running of the cutting wire 1004, longitudinal portions 1003 of the cutting wire 1004 defining in particular a region called “cutting region”. The longitudinal portions 1003 of the cutting wire 1004 are arranged successively and spaced apart so as to define the desired thickness of the slices cut from the block 100. In particular, the longitudinal portions 1003 of the cutting wire 1004 are parallel to each other and are, preferably arranged in the same plane. In this case, the sheet 1001 is formed by the cutting wire 1004 and more particularly by turns of a winding of this cutting wire 1004. Commonly, such a sheet 1001 is also called in the technical field of the invention “yarn sheet”.

Alternativement, plusieurs fils 1004 de découpe peuvent être utilisés pour former la nappe 1001, notamment à chaque instant de leur défilement. Dans ce cas, dans la nappe 1001 peut être formée par des portions 1003 longitudinales des fils 1004 de découpe. Dans ce cas, la nappe 1001 peut comporter autant de fils 1004 de découpe que de portions 1003 longitudinales. Les fils 1004 de découpe peuvent être chacun sous la forme d’une boucle fermée entraînée en défilement par un moteur associé audit fil 1004 de découpe. Chaque fil 1004 de découpe peut être tel que le fil 1004 de découpe décrit ci-après.Alternatively, several cutting threads 1004 can be used to form the layer 1001, in particular at each instant of their running. In this case, in the ply 1001 can be formed by longitudinal portions 1003 of the cutting threads 1004. In this case, the web 1001 can comprise as many cutting threads 1004 as there are longitudinal portions 1003 . The cutting wires 1004 can each be in the form of a closed loop driven in scrolling by a motor associated with said cutting wire 1004. Each cutting wire 1004 can be such as the cutting wire 1004 described below.

Dans la suite de la description, il est utilisé la nappe 1001 formée par un seul fil 1004 de découpe. Bien entendu, cette nappe 1001 peut être remplacée par celle définie par plusieurs fils 1004 de découpe.In the remainder of the description, the sheet 1001 formed by a single cutting wire 1004 is used. Of course, this ply 1001 can be replaced by that defined by several cutting threads 1004 .

En particulier, le fil 1004 de découpe est abrasif. Dans ce cas, le fil 1004 de découpe peut aussi être appelé fil 1004 de découpe à abrasifs liés.In particular, the cutting wire 1004 is abrasive. In this case, the 1004 cutting wire may also be referred to as the 1004 bonded abrasive cutting wire.

Par « fil 1004 de découpe à abrasifs liés », dont une partie est représentée en exemple en , il est entendu un fil 1004 de découpe comportant un fil 1004a de support par exemple en acier, aussi appelé âme centrale, et des grains 1004b abrasifs (aussi appelés particules abrasives) comme par exemple des diamants. Les grains 1004b abrasifs sont fixés sur le fil 1004a de support. En fait, les grains 1004b abrasifs sont émergeants de la surface du fil 1004a de support et présentent une dureté supérieure à celle du matériau du bloc 100 à découper. Ainsi, le fil 1004 de découpe peut être un fil diamanté.By “bonded abrasive cutting wire 1004”, part of which is shown as an example in , it is understood a cutting wire 1004 comprising a support wire 1004a, for example made of steel, also called the central core, and abrasive grains 1004b (also called abrasive particles) such as, for example, diamonds. The abrasive grains 1004b are attached to the support wire 1004a. In fact, the abrasive grains 1004b emerge from the surface of the support wire 1004a and have a hardness greater than that of the material of the block 100 to be cut. Thus, the cutting wire 1004 can be a diamond wire.

Dans le cas où la nappe 1001 est formée par le fil 1004 de découpe, ce fil 1004 de découpe forme localement les spires évoquées précédemment, ces spires permettant de délimiter les portions 1003 longitudinales. C’est notamment ce qui est représenté en figures 1 et 2 où le fil 1004 de découpe est enroulé :
- en partie sur une première bobine 1005 et en partie sur une deuxième bobine 1006, permettant ainsi au fil 1004 de découpe de faire des allers-retours entre les première et deuxième bobines 1005, 1006, ces allers-retours définissant le défilement du fil 1004 de découpe,
- en partie autour de premier et deuxième organes 1007, 1008 de guidage (aussi appelés guides cylindriques ou guides-fil) qui permettent à tout instant du défilement du fil 1004 de découpe de former les spires et donc ainsi la nappe 1001. Les premier et deuxième organes 1007, 1008 de guidage peuvent chacun comporter des gorges 1009. Ainsi, l’enroulement du fil 1004 de découpe autour des premier et deuxième organes 1007, 1008 de guidage peut être assuré à l’aide des gorges 1009. Le premier organe 1007 de guidage, le deuxième organe 1008 de guidage, la première bobine 1005 et la deuxième bobine 1006 peuvent être motorisés pour assurer les allers-retours, et donc le défilement, du fil 1004 de découpe. Bien entendu, le premier organe 1007 de guidage, le deuxième organe 1008 de guidage, la première bobine 1005 et la deuxième bobine 1006 appartiennent notamment à la machine 1000 de découpe.
In the case where the web 1001 is formed by the cutting wire 1004, this cutting wire 1004 locally forms the turns mentioned above, these turns making it possible to delimit the longitudinal portions 1003 . This is particularly what is shown in Figures 1 and 2 where the cutting wire 1004 is wound:
- partly on a first reel 1005 and partly on a second reel 1006, thus allowing the cutting wire 1004 to go back and forth between the first and second reels 1005, 1006, these back and forth defining the running of the wire 1004 cutting,
- partly around first and second guide members 1007, 1008 (also called cylindrical guides or wire guides) which allow at any time of the scrolling of the cutting wire 1004 to form the turns and therefore thus the sheet 1001. The first and second guide members 1007, 1008 can each comprise grooves 1009. Thus, the winding of the cutting wire 1004 around the first and second guide members 1007, 1008 can be ensured using the grooves 1009. The first member 1007 guide, the second guide member 1008, the first reel 1005 and the second reel 1006 can be motorized to ensure the round trips, and therefore the scrolling, of the cutting wire 1004. Of course, the first guide member 1007, the second guide member 1008, the first coil 1005 and the second coil 1006 belong in particular to the cutting machine 1000.

De préférence, le bloc 100 est un bloc de silicium. Les tranches découpées dans ce bloc 100 sont donc en silicium et sont préférentiellement destinées à être utilisées pour des applications photovoltaïques (par exemple pour fabriquer des cellules photovoltaïques à partir des tranches). Pour la découpe de tranches de silicium, le diamètre typique du fil 1004a de support est, de préférence, inférieur ou égal à 120 μm avec un écartement entre les spires consécutives de l’enroulement autour des premier et deuxième organes 1007, 1008 de guidage compris entre 150 µm et 300 μm. La taille des grains 1004b abrasifs, notamment définie par leur dimension maximale, peut être comprise entre 5 µm et 9 µm. un tel fil 1004 de découpe permet, par exemple, d’obtenir des tranches de silicium d’environ 180 μm d’épaisseur. Bien entendu, l’écartement entre spires peut être adapté par exemple pour permettre l’obtention de tranches d’épaisseur pouvant aller jusqu’à 80 µm.Preferably, block 100 is a block of silicon. The wafers cut from this block 100 are therefore made of silicon and are preferably intended to be used for photovoltaic applications (for example to manufacture photovoltaic cells from the wafers). For cutting silicon wafers, the typical diameter of the support wire 1004a is preferably less than or equal to 120 μm with a spacing between the consecutive turns of the winding around the first and second guide members 1007, 1008 included between 150 µm and 300 µm. The size of the abrasive grains 1004b, in particular defined by their maximum dimension, can be between 5 μm and 9 μm. such a cutting wire 1004 makes it possible, for example, to obtain silicon wafers approximately 180 μm thick. Of course, the spacing between turns can be adapted, for example, to allow slices with a thickness of up to 80 μm to be obtained.

Le bloc 100 de silicium peut présenter une section, notamment carrée, de 156 mm par 156 mm, les tranches étant alors découpées de sorte à présenter chacune deux faces opposées de 156 mm par 156 mm. D’autres dimensions sont bien entendu envisageables mais ce sont ces dimensions du bloc 100 qui sont considérées par la suite, en particulier dans les recettes standard et améliorée décrites.The block 100 of silicon may have a section, in particular square, of 156 mm by 156 mm, the slices then being cut so as to each have two opposite faces of 156 mm by 156 mm. Other dimensions can of course be envisaged, but it is these dimensions of block 100 which are considered subsequently, in particular in the standard and improved recipes described.

Par exemple, le fil 1004 de découpe peut présenter une longueur de 50 km, il est possible de découper avec ce fil 1004 de découpe 50 000 tranches depuis différents blocs 100, soit une consommation moyenne de fil 1004 de découpe de 1 m par tranche de 156 mm par 156 mm. Ainsi, au cours de la découpe, le fil 1004 de découpe effectue des allers-retours en défilant entre les première et deuxième bobines 1005, 1006. Pour chaque aller-retour, l’aller peut consister à faire défiler le fil 1004 de découpe sur quelques centaines de mètres, avec un léger décalage entre la longueur de l’aller et la longueur du retour, par exemple pour 600 m de fil 1004 de découpe se déroulant depuis la première bobine 1005 sur laquelle la majorité du fil 1004 de découpe est initialement enroulée lorsque le fil 1004 de découpe est neuf, seulement 594 m de fil 100 de découpe est rembobiné sur la première bobine 1005.For example, the cutting wire 1004 may have a length of 50 km, it is possible to cut with this cutting wire 1004 50,000 slices from different blocks 100, i.e. an average consumption of cutting wire 1004 of 1 m per slice of 156mm by 156mm. Thus, during the cutting, the cutting wire 1004 performs round trips by scrolling between the first and second reels 1005, 1006. For each round trip, the outward journey may consist of scrolling the cutting wire 1004 on a few hundred meters, with a slight offset between the outward length and the return length, for example for 600 m of 1004 cutting wire unwinding from the first reel 1005 on which the majority of the 1004 cutting wire is initially wound when the 1004 cutting wire is new, only 594 m of 100 cutting wire is rewound on the first 1005 spool.

De manière générale, une réduction de l’épaisseur des tranches obtenues par découpe est recherchée car elle présente un avantage économique en permettant de former plus de tranches dans un même bloc 100, le cas échéant tant que cette épaisseur n’affecte pas les performances de cellules photovoltaïques formées à partir de ces tranches.In general, a reduction in the thickness of the slices obtained by cutting is sought because it has an economic advantage by making it possible to form more slices in the same block 100, if necessary as long as this thickness does not affect the performance of photovoltaic cells formed from these slices.

Par « défilement du fil 1004 de découpe », il est entendu que le fil 1004 de découpe défile à une vitesse de défilement, la vitesse de défilement étant considérée comme étant la valeur absolue de la vitesse stabilisée de défilement du fil 1004 de découpe. En effet, lorsque le fil 1004 de découpe défile à l’aide d’allers-retours, il y a des régimes transitoires correspondant à des décélérations, puis arrêt du fil de découpe, puis accélération, qui ne sont pas pris en compte.By “running of the cutting wire 1004”, it is understood that the cutting wire 1004 runs at a running speed, the running speed being considered to be the absolute value of the stabilized running speed of the cutting wire 1004. Indeed, when the cutting wire 1004 scrolls back and forth, there are transient states corresponding to decelerations, then stopping of the cutting wire, then acceleration, which are not taken into account.

La vitesse de défilement du fil 1004 de découpe correspond notamment à la vitesse de défilement des portions 1003 longitudinales de la nappe 1001.The running speed of the cutting wire 1004 corresponds in particular to the running speed of the longitudinal portions 1003 of the sheet 1001.

En particulier, la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe est inchangée au cours d’une étape de découpe du bloc 100.In particular, the running speed of the cutting wire 1004 is unchanged during a step of cutting the block 100.

Il a été évoqué des allers-retours du fil 1004 de découpe de sorte à le faire défiler, cependant le fil 1004 de découpe peut défiler dans un seul sens lors de la découpe du bloc 100 si sa longueur est suffisante.It has been mentioned back and forth of the cutting wire 1004 so as to scroll it, however the cutting wire 1004 can scroll in one direction when cutting the block 100 if its length is sufficient.

Le procédé de découpe en tranches du bloc 100 peut être mis en œuvre de la manière suivante. Le bloc 100 est solidaire du support 1002. Le procédé de découpe comporte l’étape de découpe (figures 1 et 2) du bloc 100 par la nappe 1001 formée par ledit au moins un fil 1004 de découpe. Cette étape de découpe comporte le rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002, ce rapprochement étant mis en œuvre alors que le fil 1004 de découpe défile par exemple selon les allers-retours évoqués ci-avant. Ainsi, la nappe 1001 va voir localement les portions 1003 longitudinales défiler pour arracher de la matière au bloc 100 en vue de le découper in fine en tranches.The block 100 slicing process can be implemented as follows. The block 100 is integral with the support 1002. The cutting process includes the step of cutting (FIGS. 1 and 2) the block 100 by the layer 1001 formed by said at least one cutting wire 1004. This cutting step includes the relative bringing together of the web 1001 and the support 1002, this bringing together being implemented while the cutting wire 1004 runs for example according to the round trips mentioned above. Thus, the web 1001 will locally see the longitudinal portions 1003 scroll to tear material from the block 100 with a view to cutting it into fine slices.

Par « rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002 », il est entendu que le rapprochement est mis en œuvre en déplaçant la nappe 1001 qui est alors mobile par rapport au support 1002 et/ou en déplaçant le support 1002 qui est alors mobile par rapport à la nappe 1001 par exemple à l’aide de moyens de déplacement adaptés pouvant utiliser un moteur. De préférence, c’est le support 1002 qui est mobile de sorte que le déplacement du support 1002 lui permet de se rapprocher de la nappe 1001 dont la position reste préférentiellement fixe dans le référentiel de la machine 1000 de découpe. Ce rapprochement permet de faire passer le bloc 100 au travers de la nappe 1001 d’où il résulte l’obtention des tranches découpées dans le bloc 100 par la nappe 1001.By "relative bringing together between the web 1001 and the support 1002", it is understood that the bringing together is implemented by moving the web 1001 which is then mobile relative to the support 1002 and/or by moving the support 1002 which is then mobile relative to the web 1001 for example using suitable moving means that can use a motor. Preferably, it is the support 1002 which is mobile so that the movement of the support 1002 allows it to approach the web 1001, the position of which preferably remains fixed in the frame of reference of the cutting machine 1000. This approximation makes it possible to pass the block 100 through the web 1001 from which it results the obtaining of the slices cut in the block 100 by the web 1001.

Par la suite, lorsqu’il est évoqué « le rapprochement », il est bien entendu fait référence au rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002.Thereafter, when it is mentioned "the rapprochement", it is of course referred to the relative rapprochement between the sheet 1001 and the support 1002.

L’étape de découpe comporte des phases successives, notamment aussi appelées phases alternées, par exemple chacune de ces phases est telle qu’illustrée en . Chaque phase, c’est-à-dire chacune des phases successives, comporte :
- une première période P1pour laquelle le rapprochement est effectué à une première vitesse V1de rapprochement, notamment cette première période P1présente une durée T1,
- une deuxième période P2pour laquelle le rapprochement est effectué à une deuxième vitesse V2de rapprochement strictement inférieure à la première vitesse V1de rapprochement, la deuxième vitesse V2de rapprochement étant telle que la découpe du bloc 100 est effectuée selon un mode ductile (on parle aussi de découpe en mode ductile) au cours de la deuxième période P2, notamment cette deuxième période P2présente une durée T2.
La première vitesse V1de rapprochement peut être égale, le cas échéant, à une vitesse de déplacement du support 1002 en direction de la nappe 1001 (la nappe 1001 reste alors en position fixe), à une vitesse de déplacement de la nappe 1001 en direction du support 1002 (le support 1002 reste alors en position fixe), ou à une vitesse tenant compte d’une vitesse de déplacement du support 1002 dans une direction orientée vers la nappe 1001 et d’une vitesse de déplacement de la nappe 1001 dans une direction orientée vers le support 1002 (la nappe 1001 et le support 1002 se déplacent alors l’un en direction de l’autre). La deuxième vitesse V2de rapprochement peut être égale, le cas échéant, à une vitesse de déplacement du support 1002 en direction de la nappe 1001 (la nappe 1001 reste alors en position fixe), à une vitesse de déplacement de la nappe 1001 en direction du support 1002 (le support 1002 reste alors en position fixe), ou à une vitesse tenant compte d’une vitesse de déplacement du support 1002 dans une direction orientée vers la nappe 1001 et d’une vitesse de déplacement de la nappe 1001 dans une direction orientée vers le support 1002 (la nappe 1001 et le support 1002 se déplacent alors l’un en direction de l’autre). En , V1et V2correspondent à des vitesses de déplacement du support 1002.
The cutting step comprises successive phases, in particular also called alternating phases, for example each of these phases is as illustrated in . Each phase, i.e. each of the successive phases, comprises:
- a first period P 1 for which the reconciliation is carried out at a first speed V 1 of reconciliation, in particular this first period P 1 has a duration T 1 ,
- a second period P 2 for which the approach is carried out at a second speed V 2 of approach strictly lower than the first speed V 1 of approach, the second speed V 2 of approach being such that the cutting of the block 100 is carried out according to a ductile mode (we also speak of cutting in ductile mode) during the second period P 2 , in particular this second period P 2 has a duration T 2 .
The first speed V 1 of approach can be equal, if necessary, to a speed of movement of the support 1002 in the direction of the sheet 1001 (the sheet 1001 then remains in a fixed position), to a speed of movement of the sheet 1001 in direction of the support 1002 (the support 1002 then remains in a fixed position), or at a speed taking into account a speed of movement of the support 1002 in a direction oriented towards the web 1001 and a speed of movement of the web 1001 in a direction oriented towards the support 1002 (the sheet 1001 and the support 1002 then move one in the direction of the other). The second speed V 2 of approach can be equal, if necessary, to a speed of movement of the support 1002 in the direction of the sheet 1001 (the sheet 1001 then remains in a fixed position), to a speed of movement of the sheet 1001 in direction of the support 1002 (the support 1002 then remains in a fixed position), or at a speed taking into account a speed of movement of the support 1002 in a direction oriented towards the web 1001 and a speed of movement of the web 1001 in a direction oriented towards the support 1002 (the sheet 1001 and the support 1002 then move one in the direction of the other). In , V 1 and V 2 correspond to movement speeds of the support 1002.

Ces phases successives permettent de définir un mode alternatif au cours de la découpe du bloc 100.These successive phases make it possible to define an alternative mode during the cutting of block 100.

Les phases successives correspondent notamment à des cycles se répétant.The successive phases correspond in particular to repeating cycles.

La découpe d’un matériau, tel que par exemple le silicium du bloc 100, selon le mode ductile est une forme d’usinage permettant d’obtenir des états de surface d’excellente qualité, parfois même meilleurs que par polissage. Dans le cadre de la découpe selon le mode ductile en utilisant le fil 1004 de découpe comportant des diamants en tant que grains 1004b abrasifs, il faut que l’épaisseur de matière retirée par un diamant du fil 1004 de découpe lors de son passage ductile dans le silicium soit supérieure ou égale à l’épaisseur d’une portion du bloc subissant une pression hydrostatique à l’avant du diamant. Ce principe peut s’appliquer bien entendu à d’autres matériaux que le silicium.The cutting of a material, such as for example the silicon of block 100, according to the ductile mode is a form of machining making it possible to obtain surface states of excellent quality, sometimes even better than by polishing. In the context of cutting according to the ductile mode using the cutting wire 1004 comprising diamonds as abrasive grains 1004b, it is necessary that the thickness of material removed by a diamond from the cutting wire 1004 during its ductile passage through the silicon is greater than or equal to the thickness of a portion of the block undergoing hydrostatic pressure in front of the diamond. This principle can of course be applied to materials other than silicon.

La découpe selon le mode ductile et selon un mode fragile sont connus de la littérature comme le montre par exemple le document « Diamond machining of silicon : A review of advances in molecular dynamics simulation » de Saurav Goel et al. publié dans International Journal of Machine Tools & Manufacture 88 (2015) 131-164.Cutting according to the ductile mode and according to a fragile mode are known from the literature as shown for example in the document “Diamond machining of silicon: A review of advances in molecular dynamics simulation” by Saurav Goel et al. published in International Journal of Machine Tools & Manufacture 88 (2015) 131-164.

Le mode ductile en tant que mode d’enlèvement de matière n’est classiquement pas utilisé dans le cadre de sciage/découpe à fil de découpe mais plutôt en usinage pour permettre une rectification ou un polissage après découpe. Ceci est notamment dû au fait que la découpe complète du bloc 100 en tranches selon le mode ductile prendrait trop de temps pour les vitesses atteignables de défilement de fil 1004 de découpe. En effet, le document « Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal » de Liyuan Wang et al. et publié dans Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015, décrit un rapport critique de vitesse de déplacement d’une pièce à découper (en µm/min) sur la vitesse de défilement du fil de découpe (en m/s) pour réaliser une découpe uniquement en mode ductile. Ainsi, la vitesse de déplacement de la pièce à découper est à assimiler à la vitesse de rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002. Ce rapport critique défini en (µm/min)/(m/s) peut être compris entre 10,43 et 16 pour une vitesse uniforme de déplacement de la pièce comprise entre 240 µm/min et 1200 µm/min. Ceci implique que pour découper une épaisseur totale de matière de 168 mm (par exemple épaisseur du bloc 100 plus une partie du matériau 1010 sacrificiel) en 140 minutes, il faudrait utiliser une vitesse de défilement de fil 1004 de découpe d’au moins 120 m/s pour rester en mode ductile, une telle vitesse de défilement n’étant actuellement pas atteignable industriellement. Une valeur plus typiquement utilisée est une vitesse de défilement du fil 1004 de découpe égale à 30 m/s dans le cadre de la découpe d’un bloc de silicium, or une telle vitesse de défilement reviendrait, pour toujours rester en mode ductile lors de la découpe, à utiliser une vitesse de rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002 égale à 450 µm/min. Ainsi, il serait possible de découper complètement un bloc de silicium en tranches selon mode ductile mais au prix d’un allongement de la durée de découpe à 6 heures environ au lieu de 2 heures typiquement nécessaires pour découper le bloc de silicium 156 mm par 156 mm en tranches. Il est donc peu vraisemblable que l’industrie du photovoltaïque accepte une telle perte de productivité.The ductile mode as a mode of material removal is not conventionally used in the context of sawing/cutting with cutting wire but rather in machining to allow grinding or polishing after cutting. This is in particular due to the fact that the complete cutting of the block 100 into slices according to the ductile mode would take too long for the attainable speeds of scrolling of cutting wire 1004 . Indeed, the document “Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal” by Liyuan Wang et al. and published in Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015, describes a critical ratio of the speed of movement of a part to be cut (in µm/min) to the speed of travel of the cutting wire (in m/s) for cut only in ductile mode. Thus, the speed of movement of the part to be cut is to be assimilated to the speed of relative approach between the sheet 1001 and the support 1002. This critical ratio defined in (µm/min)/(m/s) can be between 10 ,43 and 16 for a uniform part movement speed of between 240 µm/min and 1200 µm/min. This implies that to cut a total thickness of material of 168 mm (for example thickness of the block 100 plus part of the sacrificial material 1010) in 140 minutes, it would be necessary to use a cutting wire speed 1004 of at least 120 m /s to remain in ductile mode, such a scrolling speed not currently being industrially achievable. A more typically used value is a running speed of the cutting wire 1004 equal to 30 m/s in the context of cutting a block of silicon, but such a running speed would return, to always remain in ductile mode during cutting, to use a speed of relative approach between the sheet 1001 and the support 1002 equal to 450 μm/min. Thus, it would be possible to completely cut a block of silicon into slices according to ductile mode but at the cost of extending the cutting time to approximately 6 hours instead of the 2 hours typically necessary to cut the block of silicon 156 mm by 156 mm in slices. It is therefore unlikely that the photovoltaic industry will accept such a loss of productivity.

Le mode fragile permet un arrachement de matière rapide et provoque des écaillages en surface.The brittle mode allows rapid tearing of material and causes surface flaking.

Il en résulte que lorsque le bloc 100 est en silicium, pour chaque deuxième période P2, la deuxième vitesse V2de rapprochement peut être comprise entre 240 µm/min et 1200 µm/min, et un rapport, ce rapport étant établi entre la deuxième vitesse V2de rapprochement exprimée en µm/min et la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe exprimée en m/s, est inférieur ou égal à un seuil compris entre 10,43 et 16. Ceci permettant d’assurer au cours des deuxièmes périodes P2la découpe du silicium en mode ductile.It follows that when the block 100 is made of silicon, for each second period P 2 , the second approach speed V 2 can be between 240 μm/min and 1200 μm/min, and a ratio, this ratio being established between the second approach speed V 2 expressed in μm/min and the running speed of the cutting wire 1004 expressed in m/s, is less than or equal to a threshold comprised between 10.43 and 16. This makes it possible to ensure during the second periods P 2 the cutting of silicon in ductile mode.

De manière générale, la présente invention propose de découper le bloc 100 en tranches selon une recette de découpe qui présente des phases comportant chacune une alternance entre une vitesse élevée de rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002, et une vitesse lente de rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002 tout en permettant d’atteindre une durée de découpe DCsouhaitée pour la totalité des phases. La vitesse lente correspond à la deuxième vitesse V2de rapprochement assurant une découpe du bloc 100 selon le mode ductile et la vitesse élevée correspond à la première vitesse V1de rapprochement qui est considérée comme une vitesse élevée par rapport à la vitesse lente.In general, the present invention proposes cutting the block 100 into slices according to a cutting recipe which has phases each comprising an alternation between a high speed of relative approach between the sheet 1001 and the support 1002, and a slow speed of approach. relative between the sheet 1001 and the support 1002 while making it possible to achieve a cutting duration D C desired for all of the phases. The slow speed corresponds to the second speed V 2 of approach ensuring a cutting of the block 100 according to the ductile mode and the high speed corresponds to the first speed V 1 of approach which is considered as a high speed compared to the slow speed.

Alors que l’on pourrait penser qu’une répétition d’alternances de première vitesse V1de rapprochement et de deuxième vitesse V2de rapprochement pourrait altérer négativement l’aspect de surface des tranches découpées du fait d’une découpe non homogène dans le temps, il s’avère au contraire qu’elle tend à améliorer globalement l’aspect de surface avec un effet favorable sur la résistance mécanique des tranches, en particulier de silicium, obtenues au terme de la découpe du bloc 100.Whereas one might think that a repetition of alternations of first approach speed V 1 and second approach speed V 2 could negatively alter the surface appearance of the slices cut due to an inhomogeneous cut in the time, it turns out on the contrary that it tends to improve the overall surface appearance with a favorable effect on the mechanical resistance of the wafers, in particular of silicon, obtained at the end of the cutting of the block 100.

Les phases successives permettent de découper une partie du bloc 100 selon le mode ductile à l’aide des deuxièmes périodes P2et une partie du bloc 100 de manière plus rapide lors des premières périodes P1pour éviter in fine d’allonger de manière importante la durée de découpe du bloc 100.The successive phases make it possible to cut a part of the block 100 according to the ductile mode using the second periods P 2 and a part of the block 100 more quickly during the first periods P 1 to ultimately avoid lengthening significantly the cutting time of block 100.

Afin de permettre une découpe rapide lors des premières périodes P1, la découpe du bloc 100 au cours de chaque première période P1peut être effectuée selon le mode fragile aussi appelé découpe en mode fragile.In order to allow rapid cutting during the first periods P 1 , block 100 can be cut during each first period P 1 in fragile mode, also called fragile mode cutting.

En particulier, pour chaque phase, le passage de l’une des première et deuxième périodes P1, P2à l’autre des première et deuxième périodes P1, P2peut être instantané dans le sens où la vitesse de rapprochement entre la nappe 1001 et le support 1002 passe instantanément soit de la première vitesse V1de rapprochement à la deuxième vitesse V2de rapprochement, soit de la deuxième vitesse V2de rapprochement à la première vitesse V1de rapprochement. Dans ce cas selon l’ordre des première et deuxième périodes P1, P2pour les phases, le passage d’une phase « dite première phase » qui précède directement une autre phase « dite deuxième phase » peut être tel que la vitesse de rapprochement entre la nappe 1001 et le support 1002 passe instantanément soit de la première vitesse V1de rapprochement de la première période P1de la première phase à la deuxième vitesse V2de rapprochement de la deuxième période P2de la deuxième phase, soit de la deuxième vitesse V2de rapprochement de la deuxième période P2de la première phase à la première vitesse V1de rapprochement de la première période P1de la deuxième phase.In particular, for each phase, the transition from one of the first and second periods P 1 , P 2 to the other of the first and second periods P 1 , P 2 can be instantaneous in the sense that the speed of approach between the tablecloth 1001 and support 1002 instantaneously passes either from the first approach speed V 1 to the second approach speed V 2 , or from the second approach speed V 2 to the first approach speed V 1 . In this case, depending on the order of the first and second periods P 1 , P 2 for the phases, the transition from a “so-called first phase” phase which directly precedes another phase “so-called second phase” can be such that the speed of rapprochement between the sheet 1001 and the support 1002 passes instantaneously either from the first speed V 1 of rapprochement of the first period P 1 of the first phase to the second speed V 2 of rapprochement of the second period P 2 of the second phase, or from the second speed V 2 approaching the second period P 2 of the first phase to the first speed V 1 approaching the first period P 1 of the second phase.

Alternativement, chaque phase peut comporter une période transitoire entre ses première et deuxième périodes P1, P2. Au cours de cette période transitoire la vitesse de rapprochement entre la nappe 1001 et le support 1002 varie, par exemple progressivement de manière linéaire, pour passer soit de la première vitesse V1de rapprochement à la deuxième V2de rapprochement, soit de la deuxième vitesse V2de rapprochement à la première vitesse V1de rapprochement. Ainsi, au cours de chaque phase, le passage de l’une des première et deuxième périodes P1, P2à l’autre des première et deuxième périodes P1, P2peut être dépendante soit d’une rampe de décélération du déplacement du support 1002, soit d’une rampe d’accélération du déplacement du support 1002. Selon cette alternative, toute phase « dite phase suivante » qui succède directement à une autre phase dite « phase précédente » peut comporter, avant ses première et deuxième périodes P1, P2, une période initiale. La période initiale de la phase suivante correspondante permet d’adapter, par exemple selon une rampe d’accélération ou une rampe de décélération qui peut être linéaire, la vitesse de rapprochement entre la nappe 1001 et le support 1002 au terme de la phase précédente soit à la première vitesse V1de rapprochement de la première période P1de la phase suivante, soit à la deuxième vitesse V2de rapprochement de la deuxième période P2de la phase suivante. Notamment, si la phase précédente se termine par la première période P1alors la phase initiale de la phase suivante permet le passage de la première vitesse V1de rapprochement de la première période P1de la phase précédente à la deuxième vitesse V2de rapprochement de la deuxième période P2de la phase suivante, et inversement si la phase précédente se termine par la deuxième période P2alors la phase initiale de la phase suivante permet le passage de la deuxième vitesse V2de rapprochement de la deuxième période P2de la phase précédente à la première vitesse V1de rapprochement de la première période P1de la phase suivante.Alternatively, each phase may include a transitory period between its first and second periods P1, P2. During this transient period, the speed of approach between the sheet 1001 and the support 1002 varies, for example gradually in a linear manner, to pass either from the first speed V1approach to the second V2approach, or second speed V2approach at first speed V1of rapprochement. Thus, during each phase, the passage of one of the first and second periods P1, P2to the other of the first and second periods P1, P2may be dependent either on a deceleration ramp for the movement of the support 1002, or on an acceleration ramp for the movement of the support 1002. According to this alternative, any phase "so-called next phase" which directly follows another phase called " previous phase" may include, before its first and second periods P1, P2, an initial period. The initial period of the corresponding next phase makes it possible to adapt, for example according to an acceleration ramp or a deceleration ramp which can be linear, the speed of approach between the web 1001 and the support 1002 at the end of the previous phase either at first speed V1reconciliation of the first period P1of the next phase, i.e. at the second speed V2reconciliation of the second period P2of the next phase. In particular, if the previous phase ends with the first period P1then the initial phase of the following phase allows the passage of the first speed V1reconciliation of the first period P1from the previous phase to the second speed V2reconciliation of the second period P2of the next phase, and vice versa if the previous phase ends with the second period P2then the initial phase of the following phase allows the passage of the second speed V2reconciliation of the second period P2from the previous phase to the first speed V1reconciliation of the first period P1of the next phase.

Autrement dit, l’ensemble des phases successives correspond à une alternance des premières périodes P1et des deuxièmes périodes P2, et donc à une alternance des premières vitesses V1de rapprochement et des deuxièmes vitesses V2de rapprochement, de sorte que chaque variation entre la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement est instantanée ou est réalisée selon une rampe de vitesse prédéterminée correspondant soit à une rampe d’accélération, soit une rampe de décélération. Ces deux solutions permettent d’améliorer la découpe du bloc 100 en tranches en tendant à améliorer globalement l’aspect de surface des tranches avec un effet favorable sur la résistance mécanique des tranches.In other words, the set of successive phases corresponds to an alternation of the first periods P 1 and of the second periods P 2 , and therefore to an alternation of the first approach speeds V 1 and the second approach speeds V 2 , so that each variation between the first approach speed V 1 and the second approach speed V 2 is instantaneous or is carried out according to a predetermined speed ramp corresponding either to an acceleration ramp or a deceleration ramp. These two solutions make it possible to improve the cutting of the block 100 into slices by tending to improve the overall surface appearance of the slices with a favorable effect on the mechanical strength of the slices.

Pour démontrer certains avantages du procédé de découpe, il est défini un exemple de recette dite « recette standard » correspondant à ce qui peut être fait sans l’utilisation des phases successives décrites et un exemple de recette dite « recette améliorée » mettant en œuvre le procédé de découpe selon un exemple particulier de réalisation de l’invention. Pour chacune des recettes standard et améliorée, le bloc 100 considéré est un bloc de silicium et le fil 1004 de découpe est un fil diamanté. La recette améliorée décrite ci-après est bien entendu un exemple non limitatif qui peut être comparé à la recette standard. La illustre à titre d’exemple et schématiquement, pour une nappe 1001 qui reste en position fixe, la vitesse de déplacement du support 1002 (qui correspond alors à la vitesse de rapprochement à laquelle le rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002 est mis en œuvre) en fonction du temps lors de la mise en œuvre de la recette standard et lors de la mise en œuvre de la recette améliorée.To demonstrate certain advantages of the cutting process, an example of a recipe called "standard recipe" is defined corresponding to what can be done without using the successive phases described and an example of a recipe called an "improved recipe" implementing the cutting method according to a particular embodiment of the invention. For each of the standard and improved recipes, the block 100 considered is a block of silicon and the cutting wire 1004 is a diamond wire. The improved recipe described below is of course a non-limiting example which can be compared to the standard recipe. There illustrates by way of example and schematically, for a web 1001 which remains in a fixed position, the speed of movement of the support 1002 (which then corresponds to the speed of approach at which the relative approach between the web 1001 and the support 1002 is set implemented) as a function of time during the implementation of the standard recipe and during the implementation of the improved recipe.

Pour la recette standard, il est utilisé une phase principale de découpe pour laquelle le support 1002 se rapproche de la nappe 1001 à une vitesse de rapprochement constante de 1220 µm/min tandis que le fil 1004 de découpe défile à une vitesse de défilement de 30 m/s. Au cours de cette phase principale, le fil 1004 de découpe fait des allers-retours. Pour chaque aller-retour, il est déroulé 800 m de fil 1004 de découpe pour un rembobinage de 794,15 m de fil de découpe. La durée totale de la découpe est, dans le cas de cette recette standard, de 150 minutes afin de découper une épaisseur de 156 mm du bloc 100 plus entamer le matériau 1010 sacrificiel sur 9 mm de profondeur. La phase principale présente une durée strictement inférieure à la durée totale de la découpe du fait de la présence de vitesses de rapprochement entre la nappe 1001 et le support 1002 adaptées pour l’entrée de la nappe 1001 dans le bloc 100 et pour la sortie de la nappe 101 du bloc 101, aussi appelées profils de vitesse de rapprochement qui sont alors différents.For the standard recipe, a main cutting phase is used for which the support 1002 approaches the web 1001 at a constant approach speed of 1220 μm/min while the cutting wire 1004 runs at a running speed of 30 m/s. During this main phase, the cutting thread 1004 goes back and forth. For each return trip, 800 m of cutting wire 1004 are unwound for a rewinding of 794.15 m of cutting wire. The total cutting time is, in the case of this standard recipe, 150 minutes in order to cut a thickness of 156 mm from the block 100 plus cut the sacrificial material 1010 to a depth of 9 mm. The main phase has a duration strictly less than the total duration of the cut due to the presence of speeds of approach between the web 1001 and the support 1002 adapted for the entry of the web 1001 into the block 100 and for the exit from sheet 101 of block 101, also called approach speed profiles which are then different.

Dans le cadre de la recette améliorée, la phase principale de la recette standard est remplacée par les phases successives comprenant chacune :
- la première période P1pour laquelle la première vitesse V1de rapprochement est de 2170 µm/min, la durée T1de la première période P1étant de 65 secondes, et
- la deuxième période P2pour laquelle la deuxième vitesse V2de rapprochement est de 330 µm/min, la durée T2la deuxième période P2étant de 124 secondes et la deuxième période P2se situant après la première période P1.
Le nombre de phases, par exemple égal à 13, est de préférence tel que la durée totale pour permettre la mise en œuvre de toutes ces phases de la recette améliorée correspond est égale à la durée de la phase principale de la recette standard. Par ailleurs, globalement sur l’ensemble des phases de la recette améliorée, il est possible de définir une vitesse moyenne de rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002 correspondant à la vitesse de rapprochement de 1220 µm/min de la phase principale de la recette standard pour qu’au final la succession des phases de la recette améliorée permette de découper le bloc 100 préférentiellement selon une durée égale à la durée de la phase principale de la recette standard. Selon cette recette améliorée, chaque passage de la première période P1à la deuxième période P2(correspondant dans le cas présent à une période transitoire telle que définie précédemment) peut être réalisé en diminuant la vitesse de rapprochement, par exemple de manière linéaire, pour la faire passer de la première vitesse V1de rapprochement à la deuxième vitesse V2de rapprochement. Cette diminution de la vitesse de rapprochement n’est pas instantanée et se fait en particulier pendant une durée transitoire de 368 secondes dans l’exemple de cette recette améliorée. La durée transitoire permettant le passage de la première vitesse V1de rapprochement à la deuxième vitesse V2de rapprochement peut être dépendante d’une rampe de décélération correspondante associée au déplacement du support 102. Selon cette recette améliorée, chaque passage de la deuxième période P2d’une des phases à la première période P1d’une autre des phases (correspondant dans le cas présent à une période initiale telle que définie précédemment) peut être réalisé en augmentant la vitesse de rapprochement, par exemple de manière linéaire, pour la faire passer de la deuxième vitesse V2de rapprochement à la première vitesse V1de rapprochement, cette augmentation n’est pas instantanée et se fait en particulier pendant une durée transitoire de 61 secondes dans l’exemple de cette recette améliorée. La durée transitoire permettant le passage de la deuxième vitesse V2de rapprochement à la première vitesse V1de rapprochement peut être dépendante d’une rampe d’accélération correspondante associée au déplacement du support 102. À la lecture du présent paragraphe, l’homme du métier comprend que les rampes d’accélération et de décélération seront dépendantes des caractéristiques de la machine 1000 de découpe et auront une influence sur la durée de découpe DCsouhaitée.
As part of the improved recipe, the main phase of the standard recipe is replaced by successive phases, each comprising:
- the first period P 1 for which the first approach speed V 1 is 2170 μm/min, the duration T 1 of the first period P 1 being 65 seconds, and
- The second period P 2 for which the second approach speed V 2 is 330 μm/min, the duration T 2 the second period P 2 being 124 seconds and the second period P 2 being after the first period P 1 .
The number of phases, for example equal to 13, is preferably such that the total duration to allow the implementation of all these phases of the improved recipe corresponds is equal to the duration of the main phase of the standard recipe. Furthermore, globally on all the phases of the improved recipe, it is possible to define an average speed of relative approach between the web 1001 and the support 1002 corresponding to the approach speed of 1220 μm/min of the main phase of the standard recipe so that in the end the succession of the phases of the improved recipe makes it possible to cut the block 100 preferentially according to a duration equal to the duration of the main phase of the standard recipe. According to this improved recipe, each transition from the first period P 1 to the second period P 2 (corresponding in the present case to a transitional period as defined above) can be achieved by decreasing the speed of approach, for example in a linear manner, to make it pass from the first approach speed V 1 to the second approach speed V 2 . This reduction in the speed of approach is not instantaneous and is done in particular for a transient duration of 368 seconds in the example of this improved recipe. The transitory duration allowing passage from the first approach speed V 1 to the second approach speed V 2 can be dependent on a corresponding deceleration ramp associated with the displacement of the support 102. According to this improved recipe, each passage of the second period P 2 from one of the phases to the first period P 1 from another of the phases (corresponding in the present case to an initial period as defined above) can be achieved by increasing the speed of approach, for example in a linear manner, to move it from the second approach speed V 2 to the first approach speed V 1 , this increase is not instantaneous and is done in particular for a transient period of 61 seconds in the example of this improved recipe. The transitory duration allowing passage from the second approach speed V 2 to the first approach speed V 1 can be dependent on a corresponding acceleration ramp associated with the displacement of the support 102. On reading this paragraph, the person skilled in the art understands that the acceleration and deceleration ramps will be dependent on the characteristics of the cutting machine 1000 and will have an influence on the desired cutting time D C.

Par exemple, la vitesse moyenne peut être définie, en considérant que les phases sont identiques, comme étant égale à (T1xV1+T2xV2)/(T1+T2) si les périodes transitoires et les périodes initiales ne sont pas mises en œuvres, sinon cette vitesse moyenne prend en compte les périodes transitoires et les périodes initiales.For example, the average speed can be defined, considering that the phases are identical, as being equal to (T 1 xV 1 +T 2 xV 2 )/(T 1 +T 2 ) if the transient periods and the initial periods do not are not implemented, otherwise this average speed takes into account the transient periods and the initial periods.

Dans les exemples des recettes standard et améliorée, un fluide de coupe à température de 20°C et selon un flux de 6000 l/h est, de préférence, utilisé pour lubrifier la nappe 1001 lors de la découpe.In the examples of the standard and improved recipes, a cutting fluid at a temperature of 20° C. and at a flow of 6000 l/h is preferably used to lubricate the web 1001 during cutting.

Par ailleurs, tant dans le cadre de la recette améliorée que de la recette standard, la découpe peut comporter une étape initiale dite de pénétration de la nappe 1001 dans le bloc 100 au préalable des phases alternées de la recette améliorée ou au préalable de la phase principale de la recette standard, et une étape finale permettant la sortie de la nappe 1001 du bloc 100 après les phases alternées ou après la phase principale. Ces étapes initiale et finale étant classiques, l’étape de découpe comportant les phases successives peut aussi comporter ces étapes initiale et finale sans se limiter à l’exemple particulier de la recette améliorée. Ces étapes initiale et finale ne sont pas décrites en détails, elles permettent néanmoins respectivement de faciliter la pénétration de la nappe 1001 dans le bloc 100 et la sortie de la nappe 1001 du bloc 100. Les étapes initiale et finale sont notamment visibles en . Pour la recette améliorée, l’étape initiale est représentée, selon la direction du temps, avant le premier palier à V1 et l’étape finale est représentée, selon la direction du temps, après le dernier palier à V1. Pour la recette standard, il est possible de visualiser en partant de la gauche tout d’abord l’étape initiale, puis une baisse de la vitesse de déplacement du support 1002 pour tendre à l’obtention d’une droite horizontale représentant la vitesse de déplacement du support 1002 au cours de la phase principale qui coïncide en avec une partie des phases successives, puis une baisse de la vitesse de déplacement du support 1002 en plusieurs paliers qui correspond à l’étape finale. Les étapes initiales et finales pour la recette standard correspondent à des phases additionnelles et « secondaires » de la recette standard.Furthermore, both in the context of the improved recipe and the standard recipe, the cutting may include an initial step called penetration of the sheet 1001 into the block 100 prior to the alternate phases of the improved recipe or prior to the phase main part of the standard recipe, and a final step allowing the sheet 1001 to leave block 100 after the alternate phases or after the main phase. These initial and final steps being conventional, the cutting step comprising the successive phases can also comprise these initial and final steps without being limited to the particular example of the improved recipe. These initial and final steps are not described in detail, they nevertheless make it possible respectively to facilitate the penetration of the layer 1001 into the block 100 and the exit of the layer 1001 from the block 100. The initial and final steps are particularly visible in . For the improved recipe, the initial step is represented, according to the direction of time, before the first level at V1 and the final step is represented, according to the direction of time, after the last level at V1. For the standard recipe, it is possible to visualize starting from the left first of all the initial stage, then a drop in the speed of movement of the support 1002 to tend to obtain a horizontal straight line representing the speed of displacement of the support 1002 during the main phase which coincides in with part of the successive phases, then a decrease in the speed of movement of the support 1002 in several stages which corresponds to the final stage. The initial and final stages for the standard recipe correspond to additional and "secondary" stages of the standard recipe.

Entre la recette standard et la recette améliorée, il est noté un effet sur les ondulations de surfaces visibles obtenues sur les tranches découpées adoptant notamment la forme de stries plus ou moins profondes. Ceci est notamment dû au fait que la flèche du fil 1004 de découpe présente une valeur qui oscille au cours du temps lors de la mise en œuvre de la recette améliorée alors qu’elle a une évolution plus lisse lors de la mise en œuvre de la recette standard. Visuellement, cela se traduit, lors de la mise en œuvre de la recette améliorée par l’obtention de tranches de silicium à la surface desquelles il est observé un motif présentant des sillons qui sont atténués par rapport aux sillons observables sur des tranches de silicium obtenues par découpe selon la recette standard. Cela se traduit par des différences notables dans les mesures par profilométrie mécanique effectuées, d’une part, sur une tranche obtenue avec la recette standard et, d’autre part, sur une tranche obtenue avec la recette améliorée.Between the standard recipe and the improved recipe, an effect is noted on the undulations of visible surfaces obtained on the cut slices adopting in particular the form of more or less deep streaks. This is in particular due to the fact that the deflection of the cutting wire 1004 has a value which oscillates over time during the implementation of the improved recipe whereas it has a smoother evolution during the implementation of the standard recipe. Visually, this is reflected, when implementing the improved recipe, by obtaining silicon wafers on the surface of which a pattern is observed presenting grooves which are attenuated compared to the grooves observable on silicon wafers obtained by cutting according to the standard recipe. This results in notable differences in the measurements by mechanical profilometry carried out, on the one hand, on a slice obtained with the standard recipe and, on the other hand, on a slice obtained with the improved recipe.

La montre un exemple de profilométrie de surface réalisée sur une tranche découpée selon la recette standard et la montre un exemple de profilométrie de surface réalisée sur une tranche découpée selon la recette améliorée. Pour ces figures 5 et 6, l’abscisse représente le déplacement en micromètre de la tête d’un profilomètre à la surface de la tranche concernée et l’ordonnée représente la hauteur, en micromètre, de la tête du profilomètre au cours du déplacement de sa tête par rapport à une valeur 0 fixée arbitrairement par une ligne de base du profilomètre. L’ondulation à la surface d’une tranche de silicium obtenue avec la recette améliorée ( ) est atténuée par rapport à l’ondulation à la surface d’une tranche de silicium obtenue avec la recette standard ( ). Les pics marqués visibles en pour la recette standard sont, dans le cas des mesures effectuées dans le cadre de la recette améliorée ( ), plutôt écrêtés. Ainsi, grâce à la recette améliorée, il est possible d’obtenir des surfaces globalement plus planes que dans le cas de la recette standard. L’obtention de telles surfaces globalement plus planes présente l’avantage d’améliorer la fabrication de cellules photovoltaïques à partir des tranches de silicium découpées : il est ainsi possible de limiter, en comparaison à une plaque obtenue selon la recette standard, l’apparition de défauts à l’issue des étapes de texturisation, de dépôts de couches minces ou de sérigraphie réalisées en utilisant une tranche obtenue selon la recette améliorée. En effet, pour obtenir un bon contact électrique entre les lignes de sérigraphie et la surface du silicium, il est souhaitable que cette surface soit la plus plane possible. Par ailleurs, l’amélioration de la planéité est un atout dans les architectures de cellules photovoltaïques tandem, de cellules photovoltaïques à multi-jonctions ou de cellules photovoltaïques à pérovskites : le procédé de découpe à phase successives peut alors être avantageusement utilisé dans le cadre de la fabrication de telles cellules photovoltaïques.There shows an example of surface profilometry carried out on a slice cut according to the standard recipe and the shows an example of surface profilometry performed on a slice cut according to the improved recipe. For these figures 5 and 6, the abscissa represents the displacement in micrometers of the head of a profilometer at the surface of the slice concerned and the ordinate represents the height, in micrometers, of the head of the profilometer during the displacement of its head relative to a value 0 set arbitrarily by a baseline of the profilometer. The waviness on the surface of a silicon wafer obtained with the improved recipe ( ) is attenuated compared to the waviness on the surface of a silicon wafer obtained with the standard recipe ( ). The marked peaks visible in for the standard recipe are, in the case of the measurements carried out within the framework of the improved recipe ( ), rather clipped. Thus, thanks to the improved recipe, it is possible to obtain globally flatter surfaces than in the case of the standard recipe. Obtaining such globally flatter surfaces has the advantage of improving the manufacture of photovoltaic cells from cut silicon wafers: it is thus possible to limit, in comparison with a wafer obtained according to the standard recipe, the appearance defects at the end of the steps of texturization, of deposition of thin layers or of screen printing carried out using a wafer obtained according to the improved recipe. In fact, to obtain good electrical contact between the screen printing lines and the surface of the silicon, it is desirable for this surface to be as flat as possible. Furthermore, the improvement in flatness is an asset in the architectures of tandem photovoltaic cells, multi-junction photovoltaic cells or perovskite photovoltaic cells: the successive-phase cutting process can then be advantageously used in the context of the manufacture of such photovoltaic cells.

Pour la recette standard, le rapport entre la vitesse de rapprochement (en µm/min) et la vitesse de défilement (en m/s) du fil de découpe vaut 1220/30 soit 40 (μm/min)/(m/s) pendant la majeure partie de la découpe. Cette valeur de 40 est très supérieure à la limite d’usinage ductile définie dans le document « Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal » de Liyuan Wang et al. et publié dans Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015, qui, dans ce cas, vaudrait 14,4 (μm/min)/(m/s). Cette valeur de limite d’usinage ductile peut bien entendu varier en fonction de l’équipement, et un coefficient de pondération peut lui être appliquée afin de tenir compte d’une marge de sécurité. Cela confirme que lors d’une découpe selon la recette standard, la découpe s’effectue principalement voire uniquement en mode fragile, ce qui crée de nombreux écaillages à la surface du silicium. Avec la recette améliorée, le rapport entre la vitesse de rapprochement (en µm/min) et la vitesse de défilement (en m/s) du fil de découpe alterne entre 2170/30 = 72,3 (μm/min)/(m/s) pour la première vitesse V1de rapprochement et 330/30 = 11 (μm/min)/(m/s) pour la deuxième vitesse V2de rapprochement. Selon la recette améliorée, une partie de la découpe s’effectue donc dans des conditions d’usinage ductile. En mettant en œuvre la recette améliorée il est possible d’obtenir des tranches de silicium avec des surfaces comportant des stries lisses avec peu d’écaillage.For the standard recipe, the ratio between the speed of approach (in µm/min) and the running speed (in m/s) of the cutting wire is 1220/30 or 40 (μm/min)/(m/s) during most of the cut. This value of 40 is much higher than the ductile machining limit defined in the document “Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal” by Liyuan Wang et al. and published in Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015, which in this case would be 14.4 (μm/min)/(m/s). This ductile machining limit value can of course vary depending on the equipment, and a weighting coefficient can be applied to it in order to take into account a safety margin. This confirms that when cutting according to the standard recipe, the cutting is carried out mainly or even only in fragile mode, which creates many spalls on the surface of the silicon. With the improved recipe, the ratio between the approach speed (in µm/min) and the running speed (in m/s) of the cutting wire alternates between 2170/30 = 72.3 (μm/min)/(m /s) for the first speed V1approach and 330/30 = 11 (μm/min)/(m/s) for the second speed V2of reconciliation. According to the improved recipe, part of the cutting is therefore carried out under ductile machining conditions. By implementing the recipe improved it is possible to obtain silicon wafers with surfaces comprising smooth ridges with little chipping.

Un autre avantage de la découpe selon la recette améliorée est qu’elle permet de limiter les dommages en sous-surface.Another advantage of cutting according to the improved recipe is that it limits subsurface damage.

Au-delà du fait que l’aspect de surface des tranches découpées est globalement amélioré grâce à l’étape de découpe comportant les phases successives, il s’avère que la mise en œuvre de ces phases successives au cours de l’étape de découpe, notamment selon la recette améliorée, a un effet positif sur les propriétés mécaniques des tranches obtenues en particulier selon la recette améliorée et par rapport aux tranches de silicium obtenues selon la recette standard. En effet, pour les tranches de silicium obtenues selon le procédé de découpe comportant les phases successives, ces tranches présentent une amélioration de leur contrainte à la rupture (mesurée en MPa) en flexion quatre lignes, parallèlement ou orthogonalement aux stries laissées par les diamants du fil 1004 de découpe lors de la découpe, en comparaison avec une découpe qui aurait remplacé les phases successives dites à vitesse de rapprochement alternée (comme dans le cas de la recette améliorée) par une vitesse de rapprochement constante (comme dans le cas de la recette standard) induisant une découpe des tranches dans le bloc 100 selon le mode fragile.Beyond the fact that the surface appearance of the cut slices is generally improved thanks to the cutting step comprising the successive phases, it turns out that the implementation of these successive phases during the cutting step , in particular according to the improved recipe, has a positive effect on the mechanical properties of the wafers obtained in particular according to the improved recipe and compared to the silicon wafers obtained according to the standard recipe. Indeed, for the silicon wafers obtained according to the cutting process comprising the successive phases, these wafers show an improvement in their breaking stress (measured in MPa) in four-line bending, parallel or orthogonal to the streaks left by the diamonds of the cutting wire 1004 during cutting, in comparison with a cutting which would have replaced the successive phases known as alternating approach speed (as in the case of the improved recipe) by a constant approach speed (as in the case of the recipe standard) inducing a cutting of the slices in the block 100 according to the fragile mode.

Ainsi, le procédé de découpe selon la présente invention permet aussi d’améliorer le comportement mécanique des tranches en les rendant plus solides. Il est alors même possible d’envisager de découper des tranches plus fines tout en conservant une robustesse satisfaisante de ces tranches : à partir d’un même bloc 100 il est possible de découper plus de tranches tout en conservant un taux de casse des tranches satisfaisant après découpe, ceci permet d’augmenter la productivité et diminuer les coûts de productions de telles tranches.Thus, the cutting process according to the present invention also makes it possible to improve the mechanical behavior of the slices by making them stronger. It is then even possible to consider cutting thinner slices while maintaining a satisfactory robustness of these slices: from the same block 100 it is possible to cut more slices while maintaining a satisfactory slice breakage rate after cutting, this makes it possible to increase productivity and reduce the production costs of such slices.

De préférence, la première vitesse V1de rapprochement, la durée T1de la première période P1, la deuxième vitesse V2de rapprochement et la durée T2de la deuxième période P2peuvent être déterminées de sorte à satisfaire la condition suivante : les phases successives induisent la découpe du bloc 100 selon une épaisseur E en une durée DCde découpe souhaitée. L’épaisseur E est inférieure ou égale à l’épaisseur du bloc 100 notamment selon la direction de pénétration, aussi appelée direction de découpe, de la nappe 1001 dans le bloc 100 au cours de la découpe du bloc 100. Autrement dit, les phases successives sont telles que le rapprochement est mis en œuvre, par exemple selon la vitesse moyenne de rapprochement, de sorte à atteindre une durée de coupe souhaitée pour une épaisseur E découpée du bloc 100 correspondante. Ceci présente l’avantage d’autoriser la découpe selon le mode ductile par intermittence en prenant en compte la durée DCde découpe souhaitée. Ainsi, par exemple, il est possible de découper selon la recette améliorée une épaisseur de matériau dans le bloc 100 dans un temps identique à la découpe de cette même épaisseur au cours de la phase principale de la recette standard. Ceci présente donc l’avantage d’améliorer l’aspect de surface des tranches découpées sans porter de préjudice à la cadence de découpe des tranches dans le bloc 100.Preferably, the first approach speed V 1 , the duration T 1 of the first period P 1 , the second approach speed V 2 and the duration T 2 of the second period P 2 can be determined so as to satisfy the following condition : the successive phases induce the cutting of the block 100 according to a thickness E in a duration D C of desired cutting. The thickness E is less than or equal to the thickness of the block 100 in particular according to the direction of penetration, also called direction of cutting, of the layer 1001 in the block 100 during the cutting of the block 100. In other words, the phases successive are such that the approximation is implemented, for example according to the average speed of approximation, so as to reach a desired cutting time for a thickness E cut from the corresponding block 100. This has the advantage of allowing cutting according to the ductile mode intermittently taking into account the desired cutting duration D C . Thus, for example, it is possible to cut according to the improved recipe a thickness of material in the block 100 in a time identical to the cutting of this same thickness during the main phase of the standard recipe. This therefore has the advantage of improving the surface appearance of the cut slices without affecting the cutting rate of the slices in the block 100.

Les phases successives, en incluant bien entendu si elles sont présentes les périodes transitoires et les périodes initiales, peuvent être telles qu’elles permettent de découper la majeure partie du bloc 100. Ceci permettant de d’augmenter au final la surface obtenue par découpe selon le mode ductile pour chacune des tranches. Ainsi, l’épaisseur E peut être supérieure ou égale à 70% de l’épaisseur du bloc 100 (aussi dite « épaisseur totale du bloc 100 ») et de préférence strictement supérieure à 90% de l’épaisseur du bloc 100.The successive phases, including of course if they are present the transitory periods and the initial periods, can be such that they make it possible to cut the major part of the block 100. This makes it possible to increase in the end the surface obtained by cutting according to the ductile mode for each of the slices. Thus, the thickness E can be greater than or equal to 70% of the thickness of the block 100 (also called “total thickness of the block 100”) and preferably strictly greater than 90% of the thickness of the block 100.

Bien entendu au cours du procédé de découpe, l’étape de découpe va permettre in fine de découper le bloc 100 en tranches et, le cas échéant une partie du matériau 1010 sacrificiel. Dans ce cas, l’épaisseur totale découpée de matière au cours de la mise en œuvre du procédé de découpe peut être strictement supérieure à E et aussi égale à la somme de l’épaisseur totale du bloc 100 parallèlement à la direction de découpe du bloc 100 et d’une profondeur prédéterminée de sillons formés par la nappe 1001 dans le matériau 1010 sacrificiel après que la nappe 1001 soit sortie du bloc 100 afin de finaliser de manière propre la découpe des tranches qui pourront ensuite être décollées du matériau 1010 sacrificiel.Of course, during the cutting process, the cutting step will ultimately make it possible to cut the block 100 into slices and, if necessary, part of the sacrificial material 1010. In this case, the total thickness of material cut during the implementation of the cutting process can be strictly greater than E and also equal to the sum of the total thickness of the block 100 parallel to the block cutting direction 100 and a predetermined depth of grooves formed by the sheet 1001 in the sacrificial material 1010 after the sheet 1001 has left the block 100 in order to finalize in a clean manner the cutting of the slices which can then be detached from the sacrificial material 1010.

Ainsi, les phases successives peuvent être telles qu’elles permettent de découper partiellement le bloc 100 en mode ductile et en mode fragile. D’autres parties du bloc 100 peuvent être découpées selon le mode fragile par exemple le cas échéant lorsque des profils de vitesse de rapprochement spécifiques sont appliqués lors de l’entrée de la nappe 1001 dans le bloc 100 et lors de la sortie de la nappe 1001 du bloc 100. Alternativement, les phases successives peuvent permettre de découper le bloc 100 selon toute son épaisseur, le séparant ainsi en tranches.Thus, the successive phases can be such that they make it possible to partially cut the block 100 in ductile mode and in brittle mode. Other parts of the block 100 can be cut according to the fragile mode, for example if necessary when specific approach speed profiles are applied when the sheet 1001 enters the block 100 and when the sheet comes out. 1001 of the block 100. Alternatively, the successive phases can make it possible to cut the block 100 according to its entire thickness, thus separating it into slices.

La condition évoquée précédemment peut s’exprimer par l’équation suivante :
qui est référencée éq. 1 par la suite.
Bien entendu, il résulte de ce qui a été décrit ci-avant que, dans cette équation éq. 1, T1est la durée de la première période, T2est la durée de la deuxième période, V1est la première vitesse de rapprochement, V2est la deuxième vitesse de rapprochement, E est l’épaisseur découpée du bloc par la mise en œuvre des phases successives et DCest la durée de découpe souhaitée correspondant au final à N fois T, T étant la somme de T1et de T2, avec N représentant le nombre de phases c’est-à-dire le nombre d’alternances entre la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement. Ceci permet, en connaissant l’épaisseur E et la durée DCde découpe souhaitée de trouver les paramètres adéquats, notamment en fixant certains d’entre eux et/ou en calculant certains d’entre eux à partir de paramètre(s) fixé(s) et/ou calculé(s) au préalable, à savoir T1, V1, T2, V2pour obtenir une découpe suffisamment rapide tout en améliorant l’aspect de surface des tranches découpées. Par ailleurs, il résulte de cette équation éq. 1 que :
- les phases successives sont telles que, pour chaque phase, le passage de la première période P1à la deuxième période P2,ou de la deuxième période P2à la première période P1, est instantané, et
- chaque phase qui suit directement une autre phase met en œuvre directement la première période P1si cette autre phase se termine par la deuxième période P2ou met en œuvre directement la deuxième période P2si cette autre phase se termine par la première période P1.
The condition mentioned above can be expressed by the following equation:
which is referenced eq. 1 thereafter.
Of course, it results from what has been described above that, in this equation eq. 1, T 1 is the duration of the first period, T 2 is the duration of the second period, V 1 is the first speed of approach, V 2 is the second speed of approach, E is the thickness cut from the block by the implementation of the successive phases and D C is the desired cutting duration corresponding in the end to N times T, T being the sum of T 1 and T 2 , with N representing the number of phases, that is to say the number of alternations between the first approach speed V 1 and the second approach speed V 2 . This makes it possible, knowing the thickness E and the desired cutting duration D C , to find the appropriate parameters, in particular by fixing some of them and/or by calculating some of them from fixed parameter(s) ( s) and/or calculated beforehand, namely T 1 , V 1 , T 2 , V 2 to obtain a sufficiently fast cutting while improving the surface appearance of the cut slices. Moreover, it results from this equation eq. 1 that:
- the successive phases are such that, for each phase, the transition from the first period P 1 to the second period P 2 , or from the second period P 2 to the first period P 1 , is instantaneous, and
- each phase which directly follows another phase directly implements the first period P 1 if this other phase ends with the second period P 2 or directly implements the second period P 2 if this other phase ends with the first period P1 .

Notamment, les phases peuvent être telles que les premières périodes P1ont toutes la même durée T1et que les deuxièmes périodes P2ont toutes la même durée T2. Dans ce cas, les phases peuvent, dans le cadre de la réalisation selon l’équation éq. 1, se répéter à intervalle régulier égal à T avec T = T1+ T2.In particular, the phases can be such that the first periods P 1 all have the same duration T 1 and that the second periods P 2 all have the same duration T 2 . In this case, the phases can, within the framework of the realization according to the equation eq. 1, repeat at regular intervals equal to T with T = T 1 + T 2 .

Comme évoqué précédemment, pour chaque phase des phases successives, la première période P1peut précéder la deuxième période P2ou la deuxième période P2peut précéder la première période P1. Cependant, il est judicieux que chacune des phases successives est telle que la première période P1soit avant la deuxième période P2car la première vitesse V1de rapprochement est plus rapide que la deuxième vitesse V2de rapprochement, ce qui permet d’éviter, au début de la mise en œuvre de ces phases successives, un flottement du fil 1004 de découpe.As mentioned previously, for each phase of the successive phases, the first period P 1 can precede the second period P 2 or the second period P 2 can precede the first period P 1 . However, it is judicious that each of the successive phases is such that the first period P 1 is before the second period P 2 because the first speed V 1 of approach is faster than the second speed V 2 of approach, which makes it possible to avoid, at the beginning of the implementation of these successive phases, a floating of the cutting wire 1004 .

Comme évoqué ci-dessus, l’épaisseur E découpée dans le bloc 100 peut être strictement inférieure à l’épaisseur totale de matière à découper parallèlement à la direction de découpe dans le bloc 100. Cette épaisseur totale de matière peut correspondre à l’épaisseur du bloc 100 plus une épaisseur découpée dans le matériau 1010 sacrificiel fixant le bloc 100 au support 1002. L’épaisseur totale de matière peut donc être découpée en une durée totale de l’étape de découpe strictement supérieure à la durée DCde découpe souhaitée selon le mode alternatif.As mentioned above, the thickness E cut in block 100 may be strictly less than the total thickness of material to be cut parallel to the direction of cutting in block 100. This total thickness of material may correspond to the thickness of the block 100 plus a thickness cut in the sacrificial material 1010 fixing the block 100 to the support 1002. The total thickness of material can therefore be cut in a total duration of the cutting step strictly greater than the desired cutting duration D C in alternate mode.

Il a été évoqué ci-avant que la découpe au cours des deuxièmes périodes P2se faisait selon le mode ductile. Notamment, pour cela, la deuxième vitesse V2de rapprochement est égale à αxVduct, α étant un coefficient de pondération inférieur ou égal à 1 et Vductétant une vitesse ductile correspondant à une vitesse maximale jusqu’à laquelle la découpe du bloc 100 se fait selon le mode ductile à la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe. En effet, pour une vitesse de défilement du fil 1004 de découpe, tant que la deuxième vitesse V2de rapprochement est inférieure ou égale à Vductalors la découpe peut se faire selon le mode ductile. C’est ainsi que le choix de α permet de déterminer la valeur adéquate de la deuxième vitesse V2de rapprochement.It was mentioned above that the cutting during the second periods P 2 was done according to the ductile mode. In particular, for this, the second approach speed V 2 is equal to αxV duct , α being a weighting coefficient less than or equal to 1 and V duct being a ductile speed corresponding to a maximum speed up to which the cutting of the block 100 is done according to the ductile mode at the running speed of the cutting wire 1004 . Indeed, for a running speed of the cutting wire 1004, as long as the second approach speed V 2 is less than or equal to V duct then the cutting can be done according to the ductile mode. This is how the choice of α makes it possible to determine the appropriate value of the second approach speed V 2 .

La vitesse ductile Vduct, aussi appelée vitesse d’usinage ductile, est un paramètre connu de l’homme du métier comme le démontre par exemple le document « Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal » de Liyuan Wang et al. et publié dans Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015. Les données de ce document relient un rapport entre une vitesse critique de rapprochement d’un objet en silicium à découper vis-à-vis d’un fil de découpe et une vitesse de défilement du fil de découpe devant découper l’objet. À ce rapport ou en dessous de ce rapport, il est considéré que les dommages en sous-surface sont nuls, ce qui correspond à une situation assimilée à une découpe purement ductile. Ainsi, sur la base de ces données, il est possible de déduire des valeurs de la vitesse ductile Vduct en mm/min dans la gamme de vitesses de défilement du fil 1004 de découpe habituellement rencontrée, c’est-à-dire notamment entre 10 m/s et 40 m/s. Notamment, cette déduction peut être réalisée à l’aide d’un ajustement linéaire dont l’équation et le coefficient de régression sont décrits plus en détail en lien avec la . Le tableau représenté ci-après et référencé tableau 1 par la suite, donne les valeurs de vitesse ductile Vduct en fonction de la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe pour découper le bloc 100 de silicium.The ductile speed Vduct, also called ductile machining speed, is a parameter known to those skilled in the art as demonstrated for example by the document "Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal" by Liyuan Wang et al. . and published in Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015. The data in this document relates a relationship between a critical speed of approaching a silicon object to be cut with respect to a cutting wire and a speed scrolling of the cutting wire to cut the object. At or below this ratio, the sub-surface damage is considered to be zero, which corresponds to a situation assimilated to a purely ductile cut. Thus, on the basis of these data, it is possible to deduce values of the ductile speed Vduct in mm/min in the range of running speeds of the cutting wire 1004 usually encountered, that is to say in particular between 10 m/s and 40 m/s. In particular, this deduction can be carried out using a linear adjustment whose equation and regression coefficient are described in more detail in connection with the . The table shown below and referenced table 1 below, gives the ductile speed values Vduct as a function of the running speed of the cutting wire 1004 to cut the block 100 of silicon.

Vitesse de défilement du fil de découpe (m/s)Cutting wire running speed (m/s) Vitesse ductile Vduct(mm/min)Ductile velocity V duct (mm/min) 1010 0,1930.193 1515 0,2520.252 1818 0,2880.288 2020 0,3120.312 2525 0,3710.371 3030 0,4310.431 3535 0,4900.490 4040 0,5500.550

La représente en lien avec le tableau 1 l’évolution de la vitesse ductile Vduct (en mm/min) en fonction de la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe (en m/s). La vitesse ductile Vduct évoluant de manière linéaire ou quasiment linéaire, il est possible d’établir une équation de régression définie par y = 0,0119x + 0,0737 avec un coefficient de détermination (R2) égal à 0,9995. Cette équation de régression est déterminée à partir de trois points qui correspondent à des données dites « Données connues » du document « Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal » de Liyuan Wang et al. et publié dans Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015. Cette équation de régression permet alors en prenant x égal à la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe qui est un paramètre de fonctionnement de la machine 1000 de découpe, de déterminer y correspondant à la vitesse ductile Vduct à associer à la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe dans le cadre de la découpe du bloc 100 de silicium. La ligne en pointillé de la représente des solutions de l’équation de régression.There represents in connection with Table 1 the evolution of the ductile speed Vduct (in mm/min) as a function of the running speed of the cutting wire 1004 (in m/s). The ductile velocity Vduct evolving in a linear or almost linear manner, it is possible to establish a regression equation defined by y = 0.0119x + 0.0737 with a coefficient of determination (R2) equal to 0.9995. This regression equation is determined from three points which correspond to data called “Known data” from the document “Analytical prediction of subsurface microcrack damage depth in diamond wire sawing silicon crystal” by Liyuan Wang et al. and published in Material Science in Semiconductor Processing 112 (2020) 105015. This regression equation then makes it possible, by taking x equal to the running speed of the cutting wire 1004 which is an operating parameter of the cutting machine 1000, to determine y corresponding to the ductile speed Vduct to be associated with the running speed of the cutting wire 1004 in the context of the cutting of the block 100 of silicon. The dotted line of the represents solutions of the regression equation.

Ainsi, en connaissant la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe, par exemple définie par le type de machine 1000 de découpe utilisée, il est possible d’en déduire Vduct, puis le choix du paramètre α permet ensuite de fixer la deuxième vitesse V2de rapprochement qui peut être utilisée dans l’équation éq. 1.Thus, by knowing the running speed of the cutting wire 1004, for example defined by the type of cutting machine 1000 used, it is possible to deduce V duct therefrom, then the choice of the parameter α then makes it possible to set the second speed V 2 of approximation which can be used in the equation eq. 1.

L’équation éq. 1 peut aussi s’écrire de la manière suivante :
.
The equation eq. 1 can also be written as follows:
.

En prenant en compte la relation liant la deuxième vitesse V2de rapprochement à la vitesse ductile Vducton a :

et en définissant un rapport β = T1/T2on a T1= (β /(1+ β))xT ou T2= (1/(1+ β))xT, ce qui permet d’écrire le rapport entre la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement de la manière suivante :

que l’on note éq. 2.
By taking into account the relation linking the second speed V2reconciliation at the ductile velocity Vductwe have :

and defining a ratio β = T1/T2we have T1= (β /(1+ β))xT or T2= (1/(1+ β))xT, which makes it possible to write the ratio between the first speed V1approach and second speed V2reconciliation as follows:

which we note eq. 2.

Cette équation éq. 2 peut s’écrire, en prenant V2= αxVduct, .
Le procédé de découpe peut alors comporter la détermination des valeurs de E, de α, de T1, de T2et de Vductpar exemple par choix ou par calcul (Vductétant connu car dépendant de la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe), d’où il résulte ensuite que la première vitesse V1de rapprochement est déterminée en résolvant l’équation . Ceci permet dont aisément de déterminer V1en vue de réaliser la découpe de l’épaisseur E selon la durée DCde découpe souhaitée.
This equation eq. 2 can be written, taking V 2 = αxV duct , .
The cutting process can then comprise the determination of the values of E, of α, of T 1 , of T 2 and of V duct for example by choice or by calculation (V duct being known because it depends on the running speed of the wire 1004 cutting), from which it then follows that the first approach speed V 1 is determined by solving the equation . This makes it possible to easily determine V 1 with a view to carrying out the cutting of the thickness E according to the duration D C of the desired cutting.

Il est noté que l’équation éq. 2 ne dépend pas du nombre d’alternances entre V1 et V2, c’est-à-dire du nombre de phases successives. La présente l’évolution du rapport V1/V2 en fonction de β pour différentes valeurs de α, à une vitesse moyenne de rapprochement de 1,25 mm/min (ce qui permet de découper 150 mm en 120 minutes) et à une vitesse de défilement du fil 1004 de découpe égale à 30 m/s permettant de déduire du tableau 1 que Vduct = 0,431 mm/min. Sur cette , la courbe C1 est établie en prenant α = 0,7, la courbe C2 est établie en prenant α = 0,8, la courbe C3 est établie en prenant α = 0,9, la courbe C4 est établie en prenant α = 1. Ainsi, en considérant α = 0,8 et β = 1 (soit T1 = T2 = T/2), le rapport V1/V2 vaut environ 6,26, soit V2 = 0,345 mm/min et V1 = 2,16 mm/min. Pour α = β = 1, le rapport V1/V2 vaut 4,80 soit V2 = 0,431 mm/min et V1 = 2,07 mm/min. Ainsi, il est possible à partir de l’équation éq. 2, en connaissant la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe et la vitesse moyenne de rapprochement souhaitée qui permet de déterminer la durée DC de découpe souhaitée, de déterminer tous les autres paramètres à appliquer pour mettre en œuvre les phases successives de l’étape de découpe.It is noted that the equation eq. 2 does not depend on the number of alternations between V1 and V2, that is to say on the number of successive phases. There presents the evolution of the V1/V2 ratio as a function of β for different values of α, at an average approach speed of 1.25 mm/min (which makes it possible to cut 150 mm in 120 minutes) and at a running speed wire 1004 cutting equal to 30 m/s allowing to deduce from table 1 that Vduct = 0.431 mm/min. On this , curve C1 is established by taking α = 0.7, curve C2 is established by taking α = 0.8, curve C3 is established by taking α = 0.9, curve C4 is established by taking α = 1 Thus, considering α = 0.8 and β = 1 (i.e. T1 = T2 = T/2), the V1/V2 ratio is approximately 6.26, i.e. V2 = 0.345 mm/min and V1 = 2.16 mm /min. For α = β = 1, the V1/V2 ratio is 4.80, i.e. V2 = 0.431 mm/min and V1 = 2.07 mm/min. Thus, it is possible from the equation eq. 2, knowing the running speed of the cutting wire 1004 and the desired average speed of approach which makes it possible to determine the desired DC cutting duration, to determine all the other parameters to be applied to implement the successive phases of the step cutting.

Il résulte de ce qui a été décrit précédemment qu’en augmentant la surface des tranches découpée selon le mode ductile, cela augmente aussi la résistance mécanique des tranches (tenue en flexion mono-axiale) puisque le SSD des tranches découpées est réduit. En ce sens, pour répondre à un besoin d’amélioration de la résistance mécanique des tranches découpées, il convient de maximiser la surface de chaque tranche découpée selon le mode ductile. Autrement dit, la première vitesse V1de rapprochement, la deuxième vitesse V2de rapprochement, la durée T1de la première période P1et la durée T2de la deuxième période P2peuvent être préférentiellement déterminées de sorte à maximiser, pour chacune des tranches, la surface de la tranche correspondante obtenue par découpe du bloc 100 selon le mode ductile, bien entendu tout en prenant en compte l’épaisseur E à découper et la durée DCde découpe souhaitée. Cette surface maximisée correspond notamment à une somme de portions de surface obtenues au cours des deuxièmes périodes P2.It follows from what has been described above that by increasing the surface of the slices cut according to the ductile mode, this also increases the mechanical strength of the slices (resistance to mono-axial bending) since the SSD of the cut slices is reduced. In this sense, to meet a need to improve the mechanical strength of the cut wafers, it is necessary to maximize the surface of each cut wafer according to the ductile mode. In other words, the first approach speed V 1 , the second approach speed V 2 , the duration T 1 of the first period P 1 and the duration T 2 of the second period P 2 can be preferentially determined so as to maximize, for each of the slices, the surface of the corresponding slice obtained by cutting the block 100 according to the ductile mode, of course while taking into account the thickness E to be cut and the duration D C of the desired cut. This maximized surface corresponds in particular to a sum of surface portions obtained during the second periods P 2 .

Intuitivement, pour obtenir une découpe d’épaisseur E au terme de la durée DCde découpe souhaitée, il est choisi la valeur de V2la plus proche de, voir égale à, Vducttout en cherchant à avoir la valeur de T2la plus longue possible, ceci permettant de tendre à maximiser V1tout en minimisant T1.Intuitively, to obtain a cut of thickness E at the end of the desired cutting duration D C , the value of V 2 closest to, or even equal to, V duct is chosen while seeking to have the value of T 2 as long as possible, this making it possible to tend to maximize V 1 while minimizing T 1 .

Plus particulièrement, en partant de l’équation éq. 2, il est possible de déterminer, pour la découpe mise en œuvre par les phases successives de l’étape de découpe, le rapport R entre le déplacement du support 1002 (ou de la nappe 1001) à la deuxième vitesse V2de rapprochement et le déplacement du support 1002 (ou de la nappe 1001) à la première vitesse V1de rapprochement de la manière suivante : ,
ce rapport R ne dépendant pas du nombre de de phases successives et donc d’alternances entre la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement. La illustre l’évolution de R en fonction de V1mesurée en mm/min pour différents coefficients de pondération α, à une vitesse moyenne de déplacement du support 1002 égale à 1,25 mm/min (soit une épaisseur E de 150 mm découpée en une durée DCde découpe de 120 minutes) tandis que la nappe 1001 reste en position fixe et à une vitesse de défilement du fil 1004 de découpe égale à 30 m/s (soit Vduct= 0,431 mm/min pour le silicium). Sur la , la courbe C5 est établie est prenant α = 0,7, la courbe C6 est établie est prenant α = 0,8, la courbe C7 est établie est prenant α = 0,9, la courbe C8 est établie est prenant α = 1.
More particularly, starting from the equation eq. 2, it is possible to determine, for the cutting implemented by the successive phases of the cutting step, the ratio R between the displacement of the support 1002 (or of the sheet 1001) at the second speed V 2 of approach and the displacement of the support 1002 (or of the sheet 1001) at the first approach speed V 1 in the following way: ,
this ratio R does not depend on the number of successive phases and therefore of alternations between the first approach speed V 1 and the second approach speed V 2 . There illustrates the evolution of R as a function of V 1 measured in mm/min for different weighting coefficients α, at an average speed of movement of the support 1002 equal to 1.25 mm/min (i.e. a thickness E of 150 mm cut in a cutting duration D C of 120 minutes) while the web 1001 remains in a fixed position and at a running speed of the cutting wire 1004 equal to 30 m/s (ie V duct =0.431 mm/min for silicon). On the , curve C5 is established is taking α = 0.7, curve C6 is established is taking α = 0.8, curve C7 is established is taking α = 0.9, curve C8 is established is taking α = 1 .

Cette montre une croissance de R avec la croissance de V1. Par ailleurs, ce rapport R est maximal lorsque le coefficient de pondération α vaut 1. Cela confirme que V2 doit être déterminée/choisie de sorte à rester proche de, voire égale à, la vitesse ductile Vduct.This shows a growth of R with the growth of V1. Moreover, this ratio R is maximum when the weighting coefficient α is equal to 1. This confirms that V2 must be determined/chosen so as to remain close to, or even equal to, the ductile velocity Vduct.

En pratique, afin de limiter la flèche du fil 1004 de découpe et le risque de rupture associé du fil 1004 de découpe, V1peut être choisie pour que la flèche reste inférieure ou égale à une valeur par exemple de 9 mm ou de 10 mm. Selon un exemple particulier, V1ne devrait pas dépasser 2 mm/min à 2,5 mm/min (ceci pouvant dépendre de la machine 1000 de découpe utilisée, de la résistance mécanique du fil 1004a de support, du matériau coupé) ce qui correspond à des rapports de vitesse V1/V2compris entre 4,6 et 5,8 pour α = 1 (soit V2= Vduct= 0,431 mm/min pour une vitesse de défilement du fil 1004 de découpe égal à 30 m/s). Selon cet exemple particulier, le rapport R serait alors voisin de 0,20 à 0,26 soit une proportion de la surface de chaque tranches obtenue par découpe selon le mode ductile ne dépassant pas 20% à 26% de la surface totale obtenue de la tranche obtenue par découpe du bloc 100.In practice, in order to limit the deflection of the cutting wire 1004 and the associated risk of rupture of the cutting wire 1004, V 1 can be chosen so that the deflection remains less than or equal to a value of, for example, 9 mm or 10 mm . According to a particular example, V 1 should not exceed 2 mm/min to 2.5 mm/min (this may depend on the cutting machine 1000 used, the mechanical strength of the support wire 1004a, the material cut) which corresponds to speed ratios V 1 /V 2 of between 4.6 and 5.8 for α = 1 (i.e. V 2 = V duct = 0.431 mm/min for a running speed of the cutting wire 1004 equal to 30 m /s). According to this particular example, the ratio R would then be close to 0.20 to 0.26, i.e. a proportion of the surface of each slice obtained by cutting according to the ductile mode not exceeding 20% to 26% of the total surface obtained from the slice obtained by cutting block 100.

Il existe donc un besoin d’avoir un paramètre fiable à utiliser dans la détermination de la première vitesse V1de rapprochement dans le but de préserver l’intégrité du fil 1004 de découpe afin d’éviter sa rupture. Ce paramètre peut être un seuil prédéterminé correspondant à une valeur maximale de la flèche du fil 1004 de découpe par exemple comprise entre 9 mm et 10 mm. Ainsi, la première vitesse V1de rapprochement peut être déterminée de sorte à être la plus rapide possible tout en permettant de maintenir la flèche du fil 1004 de découpe, au niveau de la nappe 1001 (c’est à dire dans la région de découpe), à une valeur inférieure ou égale au seuil prédéterminé par exemple compris entre 9 mm et 10 mm.There is therefore a need to have a reliable parameter to be used in determining the first approach speed V 1 in order to preserve the integrity of the cutting wire 1004 in order to avoid its breaking. This parameter can be a predetermined threshold corresponding to a maximum value of the deflection of the cutting wire 1004, for example between 9 mm and 10 mm. Thus, the first approach speed V 1 can be determined so as to be as fast as possible while allowing the deflection of the cutting wire 1004 to be maintained, at the level of the sheet 1001 (that is to say in the cutting region ), at a value less than or equal to the predetermined threshold, for example between 9 mm and 10 mm.

Le procédé de découpe peut être tel que le nombre de phases successives, et donc le nombre d’alternances entre la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement, est prédéterminé. Ce nombre de phases peut être choisi pour tendre vers une distribution uniforme de zones découpées de manière ductile à la surface des tranches et/ou pour permettre de protéger le fil 1004 de découpe de la rupture. Typiquement, pour obtenir la distribution uniforme il est cherché à mettre en œuvre le plus possibles de phases successives à vitesse de rapprochement alternée. Par ailleurs, des considérations liées à la dynamique d’évolution de la flèche du fil 1004 de découpe sous l’effet des variations des vitesses de rapprochement (alternances) peuvent conduire à restreindre cette augmentation, tout comme des limitations pratiques de définition de la recette correspondante sur la machine 1000. Il faut donc trouver un équilibre. Ainsi, le nombre de phases successives peut être déterminé en prenant en compte des données représentatives du comportement d’un fil de découpe étalon lors d’une découpe, notamment réalisée selon la recette standard, d’un bloc étalon en tranches. Ces données peuvent être choisies parmi : un suivi de l’évolution de la flèche du fil de découpe étalon, un suivi de la dérivée première ou seconde de l’évolution de la flèche du fil de découpe étalon, un suivi de forces exercées sur le fil de découpe étalon, un suivi du couple d’un moteur d’entraînement du fil de découpe étalon, ou un suivi de la mesure du diamètre du fil 1004 de découpe étalon in-situ. Ces données peuvent être mesurées par des capteurs de la machine 1000 de découpe et peuvent être représentatives en fonction de leur valeur de la souffrance du fil de découpe étalon, elles sont donc tout particulièrement adaptées pour déterminer le nombre de phases successives à mettre en œuvre dans le cadre du procédé de découpe.The cutting process can be such that the number of successive phases, and therefore the number of alternations between the first approach speed V 1 and the second approach speed V 2 , is predetermined. This number of phases may be chosen to tend towards a uniform distribution of ductilely cut areas on the surface of the wafers and/or to help protect the cutting wire 1004 from breaking. Typically, to obtain the uniform distribution, it is sought to implement as many successive phases as possible at alternating speed of approach. Furthermore, considerations related to the dynamics of evolution of the deflection of the cutting wire 1004 under the effect of variations in the speeds of approach (alternations) can lead to restricting this increase, as can practical limitations in the definition of the recipe corresponding on the 1000 machine. We must therefore find a balance. Thus, the number of successive phases can be determined by taking into account data representative of the behavior of a standard cutting wire during cutting, in particular carried out according to the standard recipe, of a standard block into slices. These data can be chosen from: monitoring of the evolution of the deflection of the standard cutting wire, monitoring of the first or second derivative of the evolution of the deflection of the standard cutting wire, monitoring of the forces exerted on the standard cutting wire, a follow-up of the torque of a motor driving the standard cutting wire, or a follow-up of the measurement of the diameter of the standard cutting wire 1004 in-situ. These data can be measured by sensors of the cutting machine 1000 and can be representative according to their value of the suffering of the standard cutting wire, they are therefore particularly suitable for determining the number of successive phases to be implemented in part of the cutting process.

Par exemple, en mesurant à l’aide de capteurs inductifs la flèche du fil de découpe étalon en différentes positions réparties sur la largeur de la nappe 1001, orthogonale à la direction d’enroulement du fil de découpe étalon autour des premier et deuxième organes 1007, 1008 de guidage permettant de former la nappe 1001, on obtient des données à traiter. Le traitement des données en temps réel permet de lisser les mesures qui, à l’état brut, présentent des fluctuations liées aux allers-retours du fil de découpe étalon, et de déterminer la dérivée temporelle première de cette flèche afin d’anticiper d’éventuelles dérives durant la découpe et d’établir le nombre adéquat de phases successives. L’avantage d’utiliser une dérivée temporelle première est que son évolution n’est pas sujette à la position du capteur avec lequel on mesure la flèche du fil de découpe étalon : quelle que soit la position du capteur, la courbe de la dérivée première est identique.For example, by measuring using inductive sensors the deflection of the standard cutting wire in different positions distributed over the width of the web 1001, orthogonal to the winding direction of the standard cutting wire around the first and second members 1007 , 1008 for guiding to form the layer 1001, data to be processed are obtained. The processing of data in real time makes it possible to smooth the measurements which, in their raw state, present fluctuations linked to the round trips of the standard cutting wire, and to determine the first time derivative of this arrow in order to anticipate possible deviations during cutting and to establish the appropriate number of successive phases. The advantage of using a first time derivative is that its evolution is not subject to the position of the sensor with which the deflection of the standard cutting wire is measured: whatever the position of the sensor, the curve of the first derivative is identical.

Ainsi, le choix du nombre de phases successives peut être dicté par une limitation de l’amplitude de la variation de la flèche du fil de découpe étalon et/ou par une limitation de l’amplitude de variation de la dérivée temporelle de la variation de la flèche du fil de découpe étalon, et le cas échéant par les limites de programmation de la machine 1000 de découpe par exemple en nombre d’alternances entre V1et V2qu’il est possible de programmer sur la machine 1000 de découpe.Thus, the choice of the number of successive phases can be dictated by a limitation of the amplitude of the variation of the deflection of the standard cutting wire and/or by a limitation of the amplitude of variation of the time derivative of the variation of the deflection of the standard cutting wire, and if necessary by the programming limits of the cutting machine 1000, for example in the number of alternations between V 1 and V 2 that it is possible to program on the cutting machine 1000.

En effet, compte tenu du caractère périodique des variations des première et deuxième vitesses de rapprochement, les équations et valeurs précédentes ne dépendent pas du nombre de phases successives mises en œuvre pendant la découpe. Toutefois, il est clair qu’une augmentation du nombre de phases successives favorise une distribution uniforme des zones obtenues par découpes ductiles à la surface des tranches. De plus, des considérations liées à la dynamique d’évolution de la flèche du fil 1004 de découpe sous l’effet des variations de la vitesse de rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002 peuvent conduire à restreindre cette augmentation du nombre de phases successives, tout comme des limitations pratiques de définition de la recette sur la machine 1000 de découpe considérée. Le nombre de phases successives peut être compris entre 10 et 20.Indeed, given the periodic nature of the variations of the first and second approach speeds, the above equations and values do not depend on the number of successive phases implemented during cutting. However, it is clear that an increase in the number of successive phases favors a uniform distribution of the zones obtained by ductile cuts on the surface of the slices. In addition, considerations related to the dynamics of evolution of the deflection of the cutting wire 1004 under the effect of variations in the speed of relative approach between the sheet 1001 and the support 1002 can lead to restricting this increase in the number of phases. successive, as well as practical limitations of definition of the recipe on the cutting machine 1000 considered. The number of successive phases can be between 10 and 20.

Ainsi, la présente invention permet, par exemple, de produire des tranches de silicium présentant un aspect de surface amélioré, avec un endommagement superficiel moindre, et d’améliorer ainsi les propriétés mécaniques des tranches obtenues par découpe d’un bloc de silicium sans accroître la durée de découpe/sciage.Thus, the present invention makes it possible, for example, to produce silicon wafers having an improved surface appearance, with less surface damage, and thus to improve the mechanical properties of the wafers obtained by cutting a block of silicon without increasing the cutting/sawing time.

Bien que dans la présente description il a été décrit un bloc 100 préférentiellement de silicium, le procédé de découpe ne se limite pas au silicium en tant que matériau du bloc 100. En effet, bien qu’une application visée précédemment concerne la découpe du bloc 100 en tranches de silicium, la présente invention s’applique aussi pour découper plus généralement un bloc de matériau semi-conducteur en tranches comme par exemple le silicium évoqué ou le germanium. Le procédé de découpe peut aussi être utilisé pour découper un bloc de saphir en tranches ou un bloc de rubis en tranches. Dans ce cas les valeurs correspondantes de la vitesse ductile Vductseront à déterminer en fonction de la vitesse de défilement du fil 1004 de découpe. En fonction du matériau du bloc 100, les tranches découpées peuvent être utilisées pour former des substrats à utiliser dans les domaines du photovoltaïque, de la micro-électronique, de l’optique et de l’opto-électronique.Although in the present description it has been described a block 100 preferably of silicon, the cutting process is not limited to silicon as material of the block 100. Indeed, although an application referred to above relates to the cutting of the block 100 in silicon slices, the present invention also applies to cut more generally a block of semiconductor material in slices such as mentioned silicon or germanium. The cutting process can also be used to cut a sapphire block into slices or a ruby block into slices. In this case, the corresponding values of the ductile speed V duct will be determined as a function of the running speed of the cutting wire 1004. Depending on the material of block 100, the cut wafers can be used to form substrates for use in the fields of photovoltaics, microelectronics, optics, and optoelectronics.

Il résulte de tout ce qui a été décrit ci-avant que l’invention est aussi relative à la machine 1000 de découpe pour découper le bloc 100 en tranches, la machine 1000 de découpe comportant le support 1002 pour le bloc 100, la nappe 1001 formée par ledit au moins un fil 1004 de découpe, la machine 1000 de découpe étant configurée pour mettre en œuvre l’étape de découpe, c’est-à-dire pour mettre en œuvre : le rapprochement relatif entre la nappe 1001 et le support 1002 pendant que le fil 1004 de découpe défile, et les phases successives telles que décrites. Bien entendu, la machine 1000 de découpe est aussi configurée de sorte que chaque phase comporte la première période P1et la deuxième période P2. Cette machine 1000 de découpe présente bien entendu l’avantage de former des tranches en limitant l’apparition de défauts sur les tranches.It follows from all that has been described above that the invention also relates to the cutting machine 1000 for cutting the block 100 into slices, the cutting machine 1000 comprising the support 1002 for the block 100, the web 1001 formed by said at least one cutting wire 1004, the cutting machine 1000 being configured to implement the cutting step, that is to say to implement: the relative bringing together of the web 1001 and the support 1002 while the cutting wire 1004 scrolls, and the successive phases as described. Of course, the cutting machine 1000 is also configured so that each phase comprises the first period P 1 and the second period P 2 . This cutting machine 1000 naturally has the advantage of forming slices while limiting the appearance of defects on the slices.

Plus particulièrement, la machine 1000 de découpe comporte un programme de pilotage pour la mise en œuvre du procédé de découpe notamment lorsque le programme est exécuté par la machine de découpe.More particularly, the cutting machine 1000 comprises a control program for the implementation of the cutting process in particular when the program is executed by the cutting machine.

Tout ce qui s’applique au procédé de découpe peut bien entendu s’appliquer à la machine 1000 de découpe qui permet de le mettre en œuvre, et inversement.Everything that applies to the cutting process can of course apply to the 1000 cutting machine which makes it possible to implement it, and vice versa.

Le procédé de découpe et la machine décrite trouvent clairement une application industrielle dans la fabrication de tranches par découpe, par exemple en vue de fabriquer des cellules photovoltaïques à partir de ces tranches.The cutting process and the machine described clearly find an industrial application in the manufacture of wafers by cutting, for example with a view to manufacturing photovoltaic cells from these wafers.

Claims (12)

Procédé de découpe en tranches d’un bloc (100), le bloc (100) étant solidaire d’un support (1002), le procédé de découpe comportant une étape de découpe du bloc (100) par une nappe (1001) formée par au moins un fil (1004) de découpe, l’étape de découpe comportant un rapprochement relatif entre la nappe (1001) et le support (1002) mis en œuvre alors que le fil (1004) de découpe défile, l’étape de découpe comportant des phases successives, caractérisé en ce que chaque phase comporte :
- une première période (P1) pour laquelle le rapprochement est effectué à une première vitesse V1de rapprochement,
- une deuxième période (P2) pour laquelle le rapprochement est effectué à une deuxième vitesse V2de rapprochement, la deuxième vitesse V2de rapprochement étant strictement inférieure à la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement étant telle que la découpe du bloc (100) est effectuée selon un mode ductile au cours de la deuxième période (P2).
Process for cutting a block (100) into slices, the block (100) being integral with a support (1002), the cutting process comprising a step of cutting the block (100) by a layer (1001) formed by at least one cutting wire (1004), the cutting step comprising a relative rapprochement between the web (1001) and the support (1002) implemented while the cutting wire (1004) is scrolling, the cutting step comprising successive phases, characterized in that each phase comprises:
- a first period (P 1 ) for which the reconciliation is carried out at a first speed V 1 of reconciliation,
- a second period (P 2 ) for which the approach is carried out at a second approach speed V 2 , the second approach speed V 2 being strictly lower than the first approach speed V 1 and the second approach speed V 2 being such that the block (100) is cut in a ductile mode during the second period (P 2 ).
Procédé de découpe selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au cours de chaque première période (P1), la découpe du bloc (100) est effectuée selon un mode fragile.Cutting process according to Claim 1, characterized in that, during each first period (P 1 ), the cutting of the block (100) is carried out according to a fragile mode. Procédé de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la première vitesse V1de rapprochement, la durée T1de la première période (P1), la deuxième vitesse V2de rapprochement et la durée T2de la deuxième période (P2) sont déterminées de sorte à satisfaire la condition suivante : les phases successives induisent la découpe du bloc (100) selon une épaisseur E en une durée DCde découpe souhaitée, l’épaisseur E étant inférieure ou égale à l’épaisseur du bloc (100).Cutting process according to any one of Claims 1 to 2, characterized in that the first approach speed V 1 , the duration T 1 of the first period (P 1 ), the second approach speed V 2 and the duration T 2 of the second period (P 2 ) are determined so as to satisfy the following condition: the successive phases induce the cutting of the block (100) according to a thickness E in a desired cutting duration D C , the thickness E being less than or equal to the thickness of the block (100). Procédé de découpe selon la revendication 3, caractérisé en ce que la condition s’exprime par l’équation suivante :
.
Cutting process according to Claim 3, characterized in that the condition is expressed by the following equation:
.
Procédé de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la deuxième vitesse V2de rapprochement est égale à αxVduct, α étant un coefficient de pondération inférieur ou égal à 1 et Vductétant une vitesse ductile correspondant une vitesse maximale jusqu’à laquelle la découpe du bloc (100) se fait selon le mode ductile à la vitesse de défilement du fil (1004) de découpe.Cutting process according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the second approach speed V 2 is equal to αxV duct , α being a weighting coefficient less than or equal to 1 and V duct being a corresponding ductile speed a maximum speed up to which the block (100) is cut according to the ductile mode at the running speed of the cutting wire (1004). Procédé de découpe selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce qu’il comporte la détermination des valeurs de E, de α, de T1, de T2et de Vduct, et en ce que la première vitesse V1de rapprochement est déterminée en résolvant l’équation suivante :
, β étant égal à T1/T2.
Cutting process according to Claims 3 and 5, characterized in that it includes the determination of the values of E, of α, of T 1 , of T 2 and of V duct , and in that the first approach speed V 1 is determined by solving the following equation:
, β being equal to T 1 /T 2 .
Procédé de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première vitesse V1de rapprochement, la deuxième vitesse V2de rapprochement, la durée T1de la première période (P1) et la durée T2de la deuxième période (P2) sont déterminées de sorte à maximiser, pour chacune des tranches, la surface obtenue par découpe du bloc (100) selon le mode ductile.Cutting process according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the first approach speed V 1 , the second approach speed V 2 , the duration T 1 of the first period (P 1 ) and the duration T 2 of the second period (P 2 ) are determined so as to maximize, for each of the slices, the surface obtained by cutting the block (100) according to the ductile mode. Procédé de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la première vitesse V1de rapprochement est déterminée de sorte à être la plus rapide possible tout en permettant de maintenir la flèche du fil (1004) de découpe, au niveau de la nappe (1001), à une valeur inférieure ou égale à un seuil prédéterminé.Cutting method according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that the first approach speed V 1 is determined so as to be as fast as possible while allowing the deflection of the cutting wire (1004) to be maintained, at the web (1001), at a value less than or equal to a predetermined threshold. Procédé de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le nombre de phases successives est déterminé en prenant en compte des données représentatives du comportement d’un fil de découpe étalon lors d’une découpe d’un bloc étalon en tranches, les données étant choisies parmi : un suivi de l’évolution de la flèche du fil de découpe étalon, un suivi de la dérivée première ou seconde de l’évolution de la flèche du fil de découpe étalon, un suivi de forces exercées sur le fil de découpe étalon, un suivi du couple d’un moteur d’entraînement du fil de découpe étalon, ou un suivi de la mesure du diamètre du fil de découpe étalon.Cutting process according to any one of Claims 1 to 8, characterized in that the number of successive phases is determined by taking account of data representative of the behavior of a standard cutting wire when cutting a block standard in slices, the data being chosen from: monitoring of the evolution of the deflection of the standard cutting wire, monitoring of the first or second derivative of the evolution of the deflection of the standard cutting wire, monitoring of forces exerted on the standard cutting wire, monitoring the torque of a motor driving the standard cutting wire, or monitoring the measurement of the diameter of the standard cutting wire. Procédé de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le bloc (100) étant en silicium, pour chaque deuxième période (P2) :
- la deuxième vitesse V2de rapprochement est comprise entre 240 µm/min et 1200 µm/min, et
- un rapport, établi entre la deuxième vitesse V2de rapprochement exprimée en µm/min et la vitesse de défilement du fil (1004) de découpe exprimée en m/s, est inférieur ou égal à un seuil compris entre 10,43 et 16.
Cutting process according to any one of Claims 1 to 9, characterized in that the block (100) being made of silicon, for each second period (P 2 ):
- the second approach speed V 2 is between 240 μm/min and 1200 μm/min, and
- a ratio, established between the second approach speed V 2 expressed in µm/min and the running speed of the cutting wire (1004) expressed in m/s, is less than or equal to a threshold between 10.43 and 16 .
Procédé de découpe selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l’ensemble des phases successives correspond à une alternance des premières périodes et des deuxièmes périodes de sorte que chaque variation entre la première vitesse V1de rapprochement et la deuxième vitesse V2de rapprochement est instantanée ou est réalisée selon une rampe de vitesse prédéterminée.Cutting process according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the set of successive phases corresponds to an alternation of the first periods and of the second periods so that each variation between the first approach speed V 1 and the second approach speed V 2 is instantaneous or is carried out according to a predetermined speed ramp. Machine (1000) de découpe pour découper un bloc (100) en tranches, la machine (1000) de découpe comportant un support (1002) pour le bloc (100), une nappe (1001) formée par au moins un fil (1004) de découpe, la machine (1000) de découpe étant configurée pour mettre en œuvre :
- un rapprochement relatif entre la nappe (1001) et le support (1002) pendant que le fil (1004) de découpe défile,
- des phases successives,
caractérisée en ce que la machine (1000) de découpe est configurée de sorte que chaque phase comporte :
- une première période (P1) pour laquelle le rapprochement est effectué à une première vitesse (V1) de rapprochement,
- une deuxième période (P2) pour laquelle le rapprochement est effectué à une deuxième vitesse (V2) de rapprochement, la deuxième vitesse (V2) de rapprochement étant strictement inférieure à la première vitesse (V1) de rapprochement et la deuxième vitesse (V2) de rapprochement étant telle que la découpe du bloc (100) est effectuée selon un mode ductile au cours de la deuxième période (P2).
Cutting machine (1000) for cutting a block (100) into slices, the cutting machine (1000) comprising a support (1002) for the block (100), a layer (1001) formed by at least one wire (1004) cutting, the cutting machine (1000) being configured to implement:
- a relative rapprochement between the web (1001) and the support (1002) while the cutting wire (1004) is scrolling,
- successive phases,
characterized in that the cutting machine (1000) is configured so that each phase comprises:
- a first period (P 1 ) for which the rapprochement is carried out at a first speed (V 1 ) of rapprochement,
- a second period (P 2 ) for which the approach is carried out at a second speed (V 2 ) of approach, the second speed (V 2 ) of approach being strictly lower than the first speed (V 1 ) of approach and the second approach speed (V 2 ) being such that the block (100) is cut in a ductile mode during the second period (P 2 ).
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