CH688854A5 - Procédé et dispositif de sciage par nappe de fils. - Google Patents

Description

  
 



  L'invention concerne un procédé de sciage par nappe de fils, pour scier un lingot ou un ensemble d'au moins deux lingots juxtaposés côte à côte porté par une table commune, en particulier un lingot ou des lingots de silicium ou d'un autre semi-conducteur, en des tranches d'une épaisseur inférieure à 2 mm, selon lequel on entraîne des fils formant une nappe de fils plus ou moins parallèle à la table, on humidifie ces fils avec un liquide abrasif, et on assure un déplacement relatif du lingot ou de l'ensemble de lingots et de la nappe de fils dans une direction plus ou moins perpendiculaire à la nappe de fils. 



  Par nappe de fils, il faut entendre un ensemble de brins de fils formant normalement un plan, ces brins de fils pouvant être aussi bien des parties de fils différents que des parties de spires d'un seul et même fil. 



  Des procédés de ce genre sont utilisés entre autres pour scier des lingots de silicium afin d'obtenir des tranches utilisées dans l'industrie solaire. Cette technique de sciage par une nappe de fils permet d'obtenir des tranches très minces avec une consommation de matériau par les fils relativement réduite et par conséquent une surface utilisable aussi grande que possible à partir d'un lingot. 



  Afin d'augmenter la capacité de sciage, on a déjà essayé de scier avec la même nappe de fils en même temps plusieurs lingots de dimensions normales, c'est-à-dire dont la section transversale est de 10 x 10 cm, juxtaposés côte à côte ou de partir de lingots ayant de dimensions plus grandes, par exemple 15 x 15 cm. 



  On a cependant constaté qu'à partir d'une certaine longueur de matériau scié, vu dans le sens des fils, la qualité des tranches diminue. Des ondulations ou des stries résiduelles apparaissent et les tranches ne sont plus utilisables dans certaines applications sans un rodage subséquent. Ceci semble par exemple être le cas si deux lingots de dimensions plus grandes et juxtaposés côte à côte sont sciés ensemble ou lorsqu'on scie un gros lingot d'une section de 30 x 30 cm. 



  L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de procurer un procédé de sciage par nappe de fils permettant d'obtenir des tranches de bonne qualité même pour une longueur relativement grande de lingot scié en même temps, ou en d'autres mots permet d'augmenter la capacité de sciage en sciant plus de longueur en même temps sans diminution de la qualité. 



  Dans ce but, on limite, au moins à l'extrémité du lingot ou de l'ensemble de lingots, située en aval par rapport au mouvement de la nappe, l'écoulement du liquide de sciage des traits de scie par cette extrémité à l'aide d'une paroi s'étendant du côté opposé à la table par rapport à la nappe de fils, le long de l'extrémité susdite. 



  Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, on place la paroi susdite contre l'extrémité susdite. 



  On peut éventuellement presser la paroi contre l'extrémité susdite. 



  On peut utiliser une paroi qui épouse l'extrémité susdite. 



  Pour un lingot ayant une section transversale rectangulaire ou carrée, la paroi susdite est alors verticale. 



  Si la section transversale du lingot est circulaire, cette paroi peut former un angle variable avec la tangente au cercle. 



  Dans une forme de réalisation particulière, on refroidit la paroi. 



  Dans une forme de réalisation appliquée de préférence, on place à chaque extrémité du lingot ou de l'ensemble des lingots, aussi bien celle en aval que celle en amont par rapport au mouvement de la nappe de fils, une telle paroi. 



  La hauteur de la paroi, presque perpendiculairement à la nappe de fils, peut être égale ou plus grande que la hauteur de lingot. 



  De cette manière, la paroi peut excercer son effet pour toute la profondeur du sciage. 



  Dans une forme de réalisation remarquable de l'invention, on place un couvercle sur l'extrémité du lingot ou de l'ensemble des lingots éloignée de la table. 



  L'invention concerne également un dispositif de sciage qui est particulièrement apte pour réaliser le procédé de sciage selon l'une ou l'autre des formes de réalisation précédentes. 



  L'invention concerne par conséquent également un dispositif de sciage par nappe de fils, pour scier un lingot ou un ensemble d'au moins deux lingots juxtaposés côte à côte, en particulier de silicium ou d'un autre semi-conducteur, en des tranches d'une épaisseur inférieure à 2 mm, comprenant une table pour le lingot ou les lingots, une nappe de fils plus ou moins parallèle à cette table, des moyens pour  entraîner les fils, des moyens d'alimentation d'un liquide abrasif sur ces fils, et des moyens pour assurer un déplacement de la table et de la nappe de fils l'une par rapport à l'autre dans une direction plus ou moins perpendiculaire à la nappe de fils, caractérisé en ce qu'il comprend, du côté opposé à la table par rapport à la nappe de fils, au moins une paroi s'étendant transversalement par rapport aux fils, pour limiter l'écoulement du liquide de sciage des traits de scie. 



  De préférence, le dispositif comprend deux parois, une pour chaque extrémité du lingot ou de l'ensemble de lingots à scier, vue dans le sens d'avancement des fils, chaque paroi s'étendant du côté opposé à la table par rapport à la nappe transversalement par rapport aux fils. 



  Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, le dispositif comprend un couvercle pour couvrir le lingot ou l'ensemble de lingots à scier. 



  D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un procédé et d'un dispositif de sciage par nappe de fils, selon l'invention. Cette description n'est donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: 
 
   la fig. 1 est une vue en plan d'un dispositif de sciage par nappe de fils au cours de l'application du procédé selon l'invention; 
   la fig. 2 est une vue en élévation du dispositif de la fig. 1; 
   la fig. 3 représente une coupe selon la ligne III-III de la fig. 2, à une échelle agrandie; 
   la fig. 4 est une vue en élévation analogue à celle de la fig. 2, d'une partie du dispositif selon l'invention, mais ayant trait à une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention;

   
   la fig. 5 est une vue en élévation de la partie du dispositif représenté à la fig. 4, mais ayant trait à encore une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention; 
   la fig. 6 est une vue en élévation de la partie du dispositif représenté aux fig. 4 et 5, mais ayant trait à encore une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention. 
 



  Le dispositif de sciage par nappe de fils représenté aux fig. 1 à 3 comprend un nombre de fils de sciage 1 parallèles, guidés sur quatre rouleaux de guidage 2 et 3. Deux de ces rouleaux, c'est-à-dire les rouleaux supérieurs 2, sont montés à la même hauteur de sorte qu'une nappe 4 de fils 1 est formée entre eux. 



  Le nombre de fils 1 est de l'ordre de plusieurs centaines et le diamètre de ces fils est inférieur à 1 mm, par exemple 175 micromètres, tandis que le pas, c'est-à-dire la distance d'axe en axe entre deux fils adjacents, est inférieur à 2 mm, par exemple 380 micromètres. 



  Les rouleaux 2 et 3 tournent librement dans un châssis 5, à l'exception d'un des rouleaux 2 qui est entraîné par un moteur 6 de manière à ce que les fils 1 soient avancés à une vitesse de 2,5 à 5,5 m/s dans le sens indiqué à la fig. 2 par la flèche 7. 



  Le dispositif comprend également une table 8 sur laquelle on a positionné une paire de lingots 9 juxtaposés côte à côte. La nappe de fils 4 susdite est parallèle à cette table 8. La table 8 est portée par un dispositif d'avance 10 monté sur le châssis 5 et permettant un déplacement en hauteur de cette table 8 par rapport à la nappe 4. La vitesse de montée de cette table 8 est de l'ordre de 200 à 600 micromètres par minute. 



  En amont de la paire de lingots 9, une goulotte 11 est montée au-dessus de la nappe 4 pour l'alimentation en liquide abrasif, par exemple de l'huile chargée par des particules de carbure de silicium, des fils 1 de cette nappe. 



  De l'autre côté de la paire de lingots 9, donc en aval dans le sens d'avancement des fils 1 de la nappe 4, une paroi 12 est montée sur le châssis 5, juste au-dessus de la nappe 4. Cette paroi stationnaire 12 est inclinée en avant par rapport à l'extrémité du premier lingot 9 de la paire, le bord inférieur de cette paroi étant situé contre cette extrémité. La hauteur de la paroi 12, perpendiculairement à la nappe 4, est légèrement supérieure à la hauteur des lingots 9. Dans le sens horizontal, perpendiculairement au sens d'avancement des fils 1 de la nappe 4, la paroi 12 s'étend tout le long du premier lingot 9. Cette paroi 12 peut être faite en métal, par exemple en aluminium, ou en matière plastique, par exemple en bakélite. Cette paroi 12 peut être refroidie. 



  Le procédé de sciage est comme suit: 



  On positionne les lingots 9 à scier sur la table 8 se trouvant dans une position inférieure de sorte que les lingots se trouvent en dessous de la nappe 4. On met le  6 en marche, on humidifie les fils 1 avec du liquide abrasif et on remonte la table 8 à l'aide du dispositif d'avance 10. Les fils 1 de la nappe 4, alimentés en liquide abrasif, viennent ainsi par l'effet des particules d'abrasif, occasionner des rainures ou traits de scie 13, dont la profondeur augmente au fur et à mesure qu'on monte la table 8 et donc les lingots 9. Les traits de scie 13 se remplissent de liquide abrasif, chargé de matière enlevée. On limite l'écoulement de ce liquide des traits de scie 13 par la paroi 12. 



  Il a été constaté que la paroi 12 facilite le sciage et augmente la qualité des tranches obtenues. Il est supposé que ceci est dû au fait que la paroi 12, limitant l'écoulement du liquide des traits de scie 13, cause une augmentation de la pression à l'endroit du fil 1 dans ces traits. Cet effet est ressenti sur toute la profondeur de sciage. De préférence, on laisse la paroi 12, dont la hauteur est suffisante, en place pendant toute la durée de sciage. 



  La forme de réalisation représentée à la fig. 4 diffère de celle décrite ci-dessus en ce que la paroi 12 n'est pas inclinée mais verticale, contre l'extrémité en aval également verticale du premier lingot 9. On presse d'ailleurs cette paroi 12 contre cette extrémité par un ressort 14 ou un contrepoids. L'écoulement du liquide abrasif est plus fortement limité. 



  Cet écoulement est encore plus fortement limité dans la forme de réalisation à laquelle se rapporte la fig. 5, le dispositif ne comprenant alors non seulement une paroi 12 en aval de la paire de lingots 9, mais également une paroi en amont de cette paire. On positionne cette deuxième paroi  12 en amont contre l'extrémité du lingot 9 fermant ainsi les traits de scie 13 de ce côté-là. 



  Dans la forme de réalisation à laquelle se rapporte la fig. 6, les traits de scie 13 sont en plus fermés au sommet des lingots 9 par un couvercle 15, reposant librement sur la face supérieure des deux lingots 9. Ce couvercle est pourvu de nervures pour faciliter le refroidissement du liquide abrasif qui est chauffé par l'action du sciage. Ce couvercle peut ainsi être constitué d'un nombre de profilés métalliques en U assemblés. 



  Puisque l'écoulement du liquide abrasif des traits de scie 13 est diminué, et donc surtout dans la dernière forme de réalisation, un refroidissement forcé pourrait être prévu. De même, de temps à autre une purgation des traits de scie 13 pourrait être envisagée. 



  La présence d'une ou deux parois 12 et éventuellement du couvercle 15 a un effet bénéfique sur le sciage et des tranches plus parfaites sont obtenues à égalité de vitesse de la table 8, surtout lorsque le pas est très faible (inférieur à 400 micromètres). En particulier, il a été possible de scier en même temps une paire de lingots 9 de section transversale 15 x 15 cm, c'est-à-dire donc de scier simultanément 30 cm de silicium et d'obtenir des tranches de silicium de bonne qualité avec un pas de fil de 380 micromètres. 



  Inversement, à égalité de qualité de surface, la vitesse d'avancement de la table peut être supérieure en présence d'une ou de deux parois 12 et éventuellement d'un couvercle 15. 



  Il est bien entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites ci-devant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de la présente demande de brevet, notamment quant à la forme, au nombre, à la disposition et à la composition des éléments intervenant dans leur réalisation. 



   En particulier, le procédé n'est pas limité au sciage simultané de deux lingots. Un seul ou plus de deux lingots pourraient être sciés. Les lingots ne doivent pas nécessairement être de silicium ou avoir une section transversale carrée. Cette section peut être rectangulaire, trapézoïdale, ronde ou autre. 



   Dans le cas d'une section transversale ronde du lingot, la paroi peut être tangente au cercle ou peut épouser l'extrémité en aval du lingot vue dans le sens d'avancement des fils. 



  L'invention n'est en particulier pas limitée au cas où la table pousse le ou les lingots vers le haut au travers de la nappe de fils. La table peut être située au-dessus de la nappe de fils et pousser le ou les lingots vers le bas au travers de la nappe de fils. La ou les parois 12 et le couvercle 15 sont alors situés en dessous de la nappe de fils. 



  Il est également possible de maintenir la table stationnaire et de déplacer la nappe de fils. Cette nappe ne doit pas être nécessairement horizontale. 

Claims (15)

1. Procédé de sciage par nappe de fils, pour scier un lingot (9) ou un ensemble d'au moins deux lingots (9) juxtaposés côte à côte, porté par une table commune (8), en des tranches d'une épaisseur inférieure à 2 mm, selon lequel on entraîne des fils (1) formant une nappe de fils (4) plus ou moins parallèle à la table (8), on humidifie ces fils avec un liquide abrasif, et on assure un déplacement du lingot (9) ou de l'ensemble de lingots (9) et de la nappe de fils (4) l'un par rapport à l'autre dans une direction plus ou moins perpendiculaire à la nappe de fils (4), caractérisé en ce qu'on limite, au moins à l'extrémité du lingot (9) ou de l'ensemble de lingots (9), située en aval par rapport au mouvement de la nappe (4),

l'écoulement du liquide de sciage des traits de scie (13) par cette extrémité à l'aide d'une paroi (12) s'étendant du côté opposé à la table par rapport à la nappe de fils (4), le long de l'extrémité susdite.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on place la paroi (12) susdite contre l'extrémité susdite.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on presse la paroi (12) contre l'extrémité susdite.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'on utilise une paroi (12) qui épouse l'extrémité susdite.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on scie un lingot (9) ayant une section transversale rectangulaire ou carrée et en ce qu'on place la paroi (12) susdite verticalement.

6.

Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'on scie un lingot dont la section transversale est circulaire et en ce qu'on place la paroi (12) de manière à former un angle variable avec la tangente au cercle.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on donne une inclinaison à la paroi (12) par rapport à l'extrémité susdite.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on refroidit la paroi (12).

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on place une paroi (12) à chaque extrémité du lingot (9) ou de l'ensemble des lingots (9), aussi bien celle en aval que celle en amont par rapport au mouvement de la nappe de fils (4).

10.

Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on place une paroi (12) dont la hauteur presque perpendiculairement à la nappe (4) est égale ou plus grande que la hauteur du lingot (9).

11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on place un couvercle (15) sur l'extrémité du lingot (9) ou de l'ensemble des lingots (9) éloignée de la table (8).

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on scie un ou plusieurs lingots d'un semi-conducteur.

13.

Dispositif pour la mise en Öuvre du procédé de sciage selon l'une des revendications précédentes, comprenant une table (8) pour porter le lingot (9) ou les lingots (9), une nappe de fils (4) plus ou moins parallèle à cette table (8), des moyens (2, 6) pour entraîner les fils (1) de la nappe, des moyens d'alimentation (11) d'un liquide abrasif sur ces fils, et des moyens (10) pour assurer un déplacement relatif de la table (8) et de la nappe (4) l'une par rapport à l'autre dans une direction plus ou moins perpendiculaire à la nappe de fils (4), caractérisé en ce qu'il comprend, du côté opposé à la table (8) par rapport à la nappe de fils (4), au moins en face de l'extrémité du lingot (9) ou de l'ensemble de lingots (9), située en aval par rapport au mouvement de la nappe (4), une paroi (12) limitant l'écoulement du liquide de sciage des traits de scie (13) par cette extrémité.

14.

Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend deux parois (12), une pour chaque extrémité du lingot (9) ou de l'ensemble de lingots (9) à scier, vue dans le sens d'avancement des fils (1), chaque paroi (12) s'étendant du côté opposé à la table par rapport à la nappe (4), transversalement par rapport aux fils.

15. Dispositif selon l'une des revendications 13 et 14, caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle (15) Pour couvrir le lingot (9) ou l'ensemble de lingots (9) à scier.