CN101797713A - 硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法 - Google Patents
硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101797713A CN101797713A CN201010141727.3A CN201010141727A CN101797713A CN 101797713 A CN101797713 A CN 101797713A CN 201010141727 A CN201010141727 A CN 201010141727A CN 101797713 A CN101797713 A CN 101797713A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cutting
- silicon
- electrolyzing
- grinding
- composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 123
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 123
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 122
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 title claims abstract description 120
- 238000000227 grinding Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 239000002173 cutting fluid Substances 0.000 claims description 26
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 21
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 14
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 10
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 10
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 8
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 4
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 2
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000001978 electrochemical passivation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000009527 percussion Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02002—Preparing wafers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H5/00—Combined machining
- B23H5/06—Electrochemical machining combined with mechanical working, e.g. grinding or honing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H5/00—Combined machining
- B23H5/06—Electrochemical machining combined with mechanical working, e.g. grinding or honing
- B23H5/08—Electrolytic grinding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H5/00—Combined machining
- B23H5/10—Electrodes specially adapted therefor or their manufacture
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
- B23H7/02—Wire-cutting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H5/00—Combined machining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
- B23H7/02—Wire-cutting
- B23H7/08—Wire electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
Abstract
一种硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法,属特种加工范畴,针对硅棒或硅锭(可以为掺杂或本征材料),采用较低电导率(<500μS/cm)的水性切削液,外加低压连续(或脉冲)直流电源(0~30V可调),金属切割线接电源负极,硅棒或硅锭接电源正极,基于机械磨削和电解复合加工原理,降低宏观切削力,实现大尺寸超薄硅片的磨削/电解复合多线切割,从而满足半导体、光伏等产业的生产工艺需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用磨削/电解复合加工技术对硅片进行切割的方法,具体地说是一种磨削电解复合多线切割硅片的方法。此方法同样适合于对半导体材料进行磨削电解复合多线切割加工。
背景技术
硅片是半导体和光伏产业链中的主要生产原料。多线切割(MWS:Multi-Wire-Slicing)是进行脆硬材料(如硅锭等)切割的一种工艺方法,它不同于传统的内圆和外圆等切割方式,其原理是通过一根高速运动的金属切割线(通常为钢丝)带动附着在其上的游离磨料(或固结磨料,生产效率更高,但成本也高)对硅锭进行磨削,从而达到切割目的。在整个切割过程中,钢丝通过导线轮的引导,在主线辊上形成一张线网,通过工作台的运动实现待加工工件的进给,可以同时切割出几百个切片。与现有其他切割方法相比,具有高效、高精度等显著优点。
尽管目前已能采用多线切割方法生产出面积较大(30cm×30cm)而又较薄的硅片,但由于仍属于非刚性切割,在切割过程中金属切割线必然产生变形从而不断对切割硅片产生瞬间的冲击作用,同时,还要兼顾切缝内钢丝的冷却问题,要使目前的大尺寸硅片厚度进一步降低,并提高硅片切割厚度和控制切割损耗,实现低成本高效切割,技术难度相当大。
近年来,国内外针对硅片切割技术的应用需求,除了进行多线切割研究之外,也在寻找新的加工途径,如电火花线切割方法,电极丝通常为铜丝或钼丝。比利时鲁文大学采用低速走丝电火花线切割技术进行了硅片切割研究,日本岡山大学采用电火花线切割技术(WEDM),以去离子水作为工作液,进行了单晶硅棒切割加工研究,并研制了多线放电切割原理样机(由多个独立的运丝系统组成)。该方法的依据是取向生长法形成的单晶硅锭具有很低的电阻率(0.01Ω·cm),使得用线切割放电加工技术切割硅锭成为可能。用线切割放电加工法所获得的硅片总厚度变化(TTV)和弯曲程度(Warp)与多线切割结果几乎一样。切缝造成的硅材料损失大约为250μm,与多线切割法得到的数值相当。但是,在上述相关研究中,由于采用去离子水作为工作介质,放电能量较大,硅片表面有明显的热影响区,加工效率不高(目前最高切割效率<100mm2/min),并且没有考虑硅片表面金属元素残留问题,所以,目前尚不能与太阳能硅片电池制造工艺兼容。
南京航空航天大学采用电火花/电解复合加工的方法,对太阳能硅片进行了切割制绒一体化研究(发明专利授权号:ZL200710025572.5),热影响区和金属元素残留均得到了有效控制,单片切割效率大为提高。但是,当进行硅片的多线切割时,放电电流过大容易断丝,使该方法在多线切割技术中无法得到应用。
美国应用材料有限公司研究了以电化学机械研磨法进行衬底平坦化(发明专利授权号:ZL02803505.4),实现了用较低的衬底与研磨设备之间的接触压力来平坦化衬底表面的方法。
发明内容
本发明目的是针对现有硅片多线切割方法,由于主要以磨削作用为主,较大的机械切削力限制了钢丝线径的进一步减小,导致硅片厚度和切缝宽度很难进一步降低,切割效率也很难提高,无法满足硅片(特别是太阳能硅片)目益增长需求等存在的瓶颈问题,发明一种通过外加低压连续(或脉冲)直流电源,在金属切割线对硅锭进行机械磨削的同时,复合阳极(硅棒或硅锭)钝化(或腐蚀),进而降低宏观切削力,实现大尺寸超薄硅片磨削/电解复合的多线切割加工方法。
具体地说,就是在金属切割线与硅锭之间保持一定的磨削压力,磨料(游离磨料通常为碳化硅,固结磨料通常为金刚石微粉)使金属切割线(通常为钢丝)表面与硅锭之间形成一定的电解间隙(<0.02mm),同时向间隙中供给切削液,在直流电场的作用下,硅锭表面由于电解作用生成钝化膜;这些电解产物和硅材料不断地被快速移动的金属切割线所夹带的磨料刮除;新鲜硅表面露出后,将继续产生电解作用,材料去除过程得以不断重复下去,从而达到切割目的。
上述复合切割方法将促进切割效率和表面完整性的提高,降低断丝几率。由于硅片的半导体特性,且切削液电导率很低,实际电解电流小于金属切割线所能承受的极限,可以满足同时切割数百片以上的生产需求。
本发明的技术方案是:
一种硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法,其特征是:
首先,以多线切割机床上的金属切割线作为工具电极(阴极),走丝速度在100~1000m/min之间可调,张力控制在10~40N之间,对硅棒或硅锭(阳极)进行磨削/电解复合切割加工;
其次,在加工过程中,通过专用进电方法,将金属切割线和硅棒(或硅锭)外接低压连续(或脉冲)直流电源,电压幅值在0~30V之间可调,占空比在0~10之间可调,以满足阳极钝化(或腐蚀)要求为准;
第三,在切割区域喷射电导率<500μS/cm的切削液,以满足冷却和阳极钝化(或腐蚀)的需要。
所述的金属切割线为多线切割机用镀铜合金钢丝或金刚石固结磨料弹簧钢丝,丝径<0.2mm。
所述的硅棒为掺杂或本征的单晶硅材料,所述的硅锭为掺杂或本征的多晶硅材料。
所述的切削液为目前市场上可以购买的多线切割机专用水溶性切削液,视需要可以添加其它有利于磨削/电解作用的添加剂,以不影响多线切割机正常使用寿命和工作状态为准。
本发明的有益效果:
1、电解作用有利于机械切削力的减小,切割产物兼具磨料作用,可以降低断丝几率,提高硅片切割效率;
2、机械磨削作用有利于电化学钝化(或腐蚀)的持续进行,硅片机械损伤层更薄,表面完整性好,减少了后续减薄量,提高了材料利用率。
3.可以采用更细的切割线和更少(或细)的磨料,从而减小硅片厚度和切缝宽度,进一步提高材料利用率,特别是针对大于200mm的硅片,切缝宽度与硅片厚度均可小于150μm,从而突破传统多线切割加工的极限。
4、为多线切割装备的发展提供新的技术途径,可以方便移植到已有或正在研发的多线切割设备上。
附图说明
图1是本发明方法的示意图。
图1中标号名称:1-硅棒或硅锭,2-玻璃,3-金属电极,4-粘结剂,5-金属基板,6-工作台,7-机床本体,8-正极电缆,9直流电源,10-金属切割线,11-主线辊,12-负极电缆,13-进电块,14喷嘴。
图2是本发明方法的实现流程示意图。
图3实现磨削/电解复合加工的低压直流电源电压空载波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
硅片的磨削/电解复合多线切割方法如图1所示。
硅片的磨削/电解复合多线切割的专用进电方法,在硅棒或硅锭1与玻璃2之间增加一金属电极3(如多孔覆铜板、铜网等),利用粘结剂4将硅棒或硅锭1与玻璃2粘结在一起,并保证硅棒或硅锭1与金属电极3良好的导电性,玻璃安装在金属基板5上,并通过其定位与固定安装在工作台6上,保持与机床本体7的电气绝缘,然后通过正极电缆8将金属电极3的引出部分与低压连续(或脉冲)直流电源9的正极相连,从而实现硅棒或硅锭1与低压连续(或脉冲)直流电源9的正极相连,金属切割线10经过主线辊11,通过负极电缆12由进电块13与低压直流电源9负极相连,加工过程中,切削液有喷嘴14喷出。
实施例一。
一种太阳能硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法,它包括以下步骤:
①将太阳能硅棒(锭)安装在多线切割机床的工作台上,该工作台具有升降运动的控制机构,进给速度0.1~2mm/min;
②镀铜合金钢丝和硅棒(或硅锭)外接低压连续(或脉冲)直流电源,电压幅值在0~30V之间可调,占空比在0~10之间可调,以满足阳极钝化(或腐蚀)要求为准,连续(或脉冲)工作方式的选择可以控制电化学作用效果;
通过在镀铜合金钢丝进入和离开切割区域增加进电装置,使镀铜合金钢丝与电源负极相连;
硅棒或硅锭与电源正极相连,并通过粘结剂与置于工作台上的玻璃粘结在一起,且与机床本体电气绝缘。
③镀铜合金钢丝按照单向或往复运动方式进入切割区,运丝速度在100~1000m/min之间可调。
④根据太阳能硅棒(锭)的电阻率(通常在0.5~3Ω·cm),在切割区连续喷射电导率小于500μS/cm的切削,以满足冷却和电解的需要;
其中切削液为水性切削液,主要成分为聚乙二醇等基础物质,可以为含水量较大的水基切削液,也可以为含微量水或基本不含水的水溶性切削液,后者对设备腐蚀性小。
切削液中混入粒度小于20μm的碳化硅磨料,配置比例为1∶0.1~1,分散均匀。
由上可知,低压直流电源参数、进电方式及切削液等是保证本发明实施的重要因素。
电压幅值、脉冲宽度及占空比等可通过常规的电路加以实现;
进电方式以不与机床本体产生电气回路为基本选择原则,进电区域则以靠近加工区为选择原则;
切削液的选择为目前市场上可以购买的多线切割机专用水性切削液,视需要可以添加其它有利于磨削/电解作用的添加剂,以不影响多线切割机正常使用寿命和工作状态为准。
该实施方式采用的是镀铜合金钢丝和碳化硅游离磨料切割硅片,由于复合了电解作用,对碳化硅微粉的粒型及粒度、切削液和砂浆的粘度及流量、钢线的速度及张力、工件进给速度等工艺因素将产生积极的影响,具体指标由实际加工情况确定。
详述如下:
一种太阳能硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法,其步骤为:
①准备太阳能硅棒(或硅锭),安装在可以实现升降运动的工作台上,工作台升降行程大于硅锭直径(或边长);
②基于磨削/电解复合加工原理,选用镀铜合金钢丝(丝径小于0.2mm),丝速可调(调节范围为100~1000m/min),保持恒张力(调节范围10~40N);
③根据太阳能硅棒(锭)的电阻率(通常在0.5~3Ω·cm),选择合适电导率(小于500μS/cm)的切削液;
④为减少气泡对切割过程的影响,采用低压脉冲直流电源(电压幅值0~30V之间可调,占空比在1∶10之间可调),以满足在硅材料表面产生电化学腐蚀的要求,如图3所示;
⑤采用对应的伺服控制策略,根据硅片切割速度的不同,采用不同的伺服跟踪策略;
⑥当切割到硅棒或硅锭根部时,关闭外接低压脉冲直流电源,取消电解作用,恢复传统多线切割方式;
⑦切割完毕后,分离、清洗硅片,此时可以得到表面完整性好(即满足平整度、总厚度误差及表面质量要求)的太阳能硅片。
实施例二
一种太阳能硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法,它包括以下步骤:
①将太阳能硅棒(或硅锭)安装在多线切割机床的工作台上,该工作台具有升降运动的控制机构,进给速度0.1~2mm/min;
②金刚石固结磨料弹簧钢丝和硅锭(或硅棒)外接连续(或脉冲)低压直流电源,电压幅值在0~30V之间可调,占空比在0~10之间可调,以满足阳极钝化(或腐蚀)要求为准,连续(或脉冲)工作方式的选择可以控制电化学作用效果;
通过在金刚石固结磨料弹簧钢丝进入和离开切割区域增加进电装置,使金刚石固结磨料弹簧钢丝与电源负极相连;
硅棒或硅锭与电源正极相连,并通过粘结剂与置于工作台上的玻璃粘结在一起,且与机床本体电气绝缘。
③金刚石固结磨料弹簧钢丝按照单向或往复运动方式进入切割区,运丝速度在100~1000m/min之间可调。
④根据太阳能硅棒(或硅锭)的电阻率(通常在0.5~3Ω·cm),在切割区连续喷射电导率小于500μS/cm的切削液,以满足冷却和电解的需要;
其中切削液为水性切削液,主要成分为聚乙二醇等基础物质,可以为含水量较大的水基切削液,也可以为含微量水或基本不含水的水溶性切削液,后者对设备腐蚀性小。
由上可知,低压直流电源参数、进电方式及切削液等是保证本发明实施的重要因素。
电压幅值、脉冲宽度及占空比等可通过常规的电路加以实现;
进电方式以不与机床本体产生电气回路为基本选择原则,进电区域则以靠近加工区为选择原则;
切削液的选择为目前市场上可以购买的多线切割机专用水性切削液,视需要可以添加其它有利于磨削/电解作用的添加剂,以不影响多线切割机正常使用寿命和工作状态为准。
该实施方式采用的是金刚石固结磨料弹簧钢丝切割硅片,由于复合了电解作用,对金刚石固结磨料的粒型及粒度、切削液的粘度及流量、钢线的速度及张力、工件进给速度等工艺因素将产生积极的影响,具体指标由实际加工情况确定。
详述如下:
一种太阳能硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法,其步骤为:
①准备待加工硅棒(或硅锭),安装在可以实现升降运动的工作台上,工作台升降行程大于硅锭直径(或边长);
②基于磨削/电解复合加工原理,选用金刚石固结磨料弹簧钢丝(丝径小于0.2mm),丝速可调(调节范围为100~1000m/min),保持恒张力(调节范围10~40N);
③根据太阳能硅棒(锭)的电阻率(通常在0.5~3Ω·cm),选择合适电导率(小于500μS/cm)的切削液;
④由于采用金刚石固结磨料弹簧钢丝切割,采用低压连续直流电源(电压幅值0~30V之间可调),以维持在硅材料表面产生电化学腐蚀,如图3所示;
⑤采用对应的伺服控制策略,根据硅片切割速度的不同,采用不同的伺服跟踪策略;
⑥当切割到硅棒或硅锭根部时,关闭外接低压直流电源,取消电解作用,恢复传统多线切割方式;
⑦切割完毕后,分离、清洗硅片,此时可以得到表面完整性好(即满足平整度、总厚度误差及表面质量要求)的太阳能硅片。
Claims (6)
1.一种硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法,其特征是:
首先,以多线切割机床上的金属切割线作为工具电极(阴极),通过专用进电方法,对硅棒或硅锭(阳极)进行磨削/电解复合多线切割加工;
其次,在加工过程中,将金属切割线和硅棒或硅锭外接低压连续或脉冲直流电源;
第三,在切割区域喷射切削液,以满足浆料供给或冷却、产物排除以及阳极钝化或腐蚀的需要;
所述的专用进电方法如下:在硅棒或硅锭(1)与玻璃(2)之间增加一金属电极(3),利用粘结剂(4)将硅棒或硅锭(1)与玻璃(2)粘结在一起,并实现硅棒或硅锭(1)与金属电极(3)良好的导电性,玻璃安装在金属基板(5)上,并通过其定位与固定安装在工作台(6)上,保持与机床本体(7)的电气绝缘,然后通过电缆(8)将金属电极(3)的引出部分与低压连续或脉冲直流电源(9)的正极相连,从而实现硅棒或硅锭(1)与低压连续或脉冲直流电源(9)的正极相连,金属切割线(10)经过主线辊(11),由进电块(12)与低压连续或脉冲直流电源(9)负极相连。
2.根据权利要求1所述的硅片磨削/电解复合多线切割加工方法,其特征是所述的金属切割线为多线切割机用镀铜合金钢丝或金刚石固结磨料弹簧钢丝,丝径<0.2mm,单向或往复运动,走丝速度在100~1000m/min之间可调,张力控制在10~40N之间可调。
3.根据权利要求1所述的硅片磨削/电解复合多线切割加工方法,其特征是所述的硅棒为掺杂或本征的单晶硅材料,所述的硅锭为掺杂或本征的多晶硅材料。
4.根据权利要求1所述的硅片磨削/电解复合多线切割加工方法,其特征是所述的低压连续或脉冲直流电源,电压幅值在0~30V之间可调,电压脉冲占空比在0~10之间可调,根据不同切割材料,以满足阳极钝化或腐蚀要求为准。
5.根据权利要求1所述的硅片磨削/电解复合多线切割加工方法,其特征是所述的专用进电方法,为确保不影响多线切割机的正常使用,将其原断丝保护信号通过电气隔离方式提供给机床控制系统。
6.根据权利要求1所述的硅片磨削/电解复合多线切割加工方法,其特征是所述的切削液为多线切割机专用水性切削液,电导率<500μS/cm,视加工需要添加其它有利于磨削/电解作用的添加剂,以不影响多线切割机正常使用寿命和工作状态为准。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010141727.3A CN101797713B (zh) | 2010-04-08 | 2010-04-08 | 硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法 |
PCT/CN2010/075147 WO2011124044A1 (zh) | 2010-04-08 | 2010-07-14 | 硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法 |
US13/639,847 US8747625B2 (en) | 2010-04-08 | 2010-07-14 | Grinding/electrolysis combined multi-wire-slicing processing method for silicon wafers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201010141727.3A CN101797713B (zh) | 2010-04-08 | 2010-04-08 | 硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101797713A true CN101797713A (zh) | 2010-08-11 |
CN101797713B CN101797713B (zh) | 2011-11-16 |
Family
ID=42593633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201010141727.3A Expired - Fee Related CN101797713B (zh) | 2010-04-08 | 2010-04-08 | 硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8747625B2 (zh) |
CN (1) | CN101797713B (zh) |
WO (1) | WO2011124044A1 (zh) |
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102248612A (zh) * | 2011-07-25 | 2011-11-23 | 营口晶晶光电科技有限公司 | 一种超薄单晶硅片和制作该硅片的线切割装置及切割方法 |
CN102371631A (zh) * | 2011-10-18 | 2012-03-14 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 用于切制太阳能硅片的垫条 |
CN102554377A (zh) * | 2010-12-23 | 2012-07-11 | 有研半导体材料股份有限公司 | 一种单晶硅棒外圆切割加工方法和装置 |
CN103056730A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-04-24 | 南京航空航天大学 | 一种电磨削多线切割进电方法及装置 |
CN103231134A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-07 | 清华大学 | 一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置及方法 |
CN103311115A (zh) * | 2012-03-16 | 2013-09-18 | 鑫晶钻科技股份有限公司 | 可辨识正反面的蓝宝石基板的制造方法 |
CN103386714A (zh) * | 2012-05-08 | 2013-11-13 | 无锡奥特维科技有限公司 | 太阳能硅棒单线一次性切割方法 |
CN104175409A (zh) * | 2014-08-28 | 2014-12-03 | 西安华晶电子技术股份有限公司 | 一种硅片带电多线切割方法及带电多线切割装置 |
CN105033373A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-11-11 | 西安理工大学 | SiC单晶片的超声电复合切割装置及切割方法 |
CN106112942A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-11-16 | 高佳太阳能股份有限公司 | 一种硅锭周转架 |
CN107030910A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-08-11 | 西安工业大学 | 一种半导体的切割方法 |
CN107030904A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-11 | 济源石晶光电频率技术有限公司 | 晶砣切割方法 |
CN107160575A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-15 | 宁波职业技术学院 | 一种静电喷雾游离磨粒线锯切割方法 |
CN108407118A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-08-17 | 江苏聚成金刚石科技有限公司 | 一种金刚线切片机 |
CN108526630A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-09-14 | 扬州万泰电子科技有限公司 | 一种智能型线切割无阻高频脉冲电源电路 |
CN110199041A (zh) * | 2017-01-10 | 2019-09-03 | 贺利氏德国有限两合公司 | 切割耐火金属的方法 |
CN110435022A (zh) * | 2018-05-04 | 2019-11-12 | 英飞凌科技股份有限公司 | 通过电线放电加工来将SiC材料切片 |
CN110587840A (zh) * | 2019-10-12 | 2019-12-20 | 青岛高测科技股份有限公司 | 金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置 |
CN111261749A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-09 | 东方日升(常州)新能源有限公司 | 新型的异质结电池切片方法 |
CN111954586A (zh) * | 2018-05-15 | 2020-11-17 | 信越半导体株式会社 | 锭的切断方法及线锯 |
CN112428463A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-02 | 上海中欣晶圆半导体科技有限公司 | 一种晶棒线切割加工过程中断线复旧的方法 |
CN114260527A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-04-01 | 青岛高测科技股份有限公司 | 一种金刚线多线切割机的多辊切割机构 |
WO2023138193A1 (zh) * | 2022-01-19 | 2023-07-27 | 禄丰隆基硅材料有限公司 | 硅片切割装置和硅片切割设备 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103386715A (zh) * | 2012-05-11 | 2013-11-13 | 无锡奥特维科技有限公司 | 电火花工艺制备类单晶籽晶方法 |
CN103920948A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-07-16 | 江南大学 | 可控气膜微细电化学放电线切割加工装置及方法 |
KR20160009816A (ko) * | 2014-07-16 | 2016-01-27 | 한국에너지기술연구원 | 와이어 방전 가공을 이용한 실리콘 웨이퍼 슬라이싱 장치 |
KR101905692B1 (ko) * | 2016-11-15 | 2018-10-12 | 한국에너지기술연구원 | 마이크로 버블과 와이어 방전 가공을 이용한 실리콘 잉곳 절단장치, 및 실리콘 잉곳 절단방법 |
CN106711247B (zh) * | 2016-11-30 | 2018-05-04 | 无锡中硅新材料股份有限公司 | 一种硅片表面的绒面的制造装置、制造方法及绒面太阳能电池 |
CN110126107B (zh) * | 2018-02-09 | 2024-02-23 | 天通日进精密技术有限公司 | 硅棒转换装置、硅棒开方设备及硅棒开方方法 |
CN110871505B (zh) * | 2018-08-30 | 2022-02-08 | 洛阳阿特斯光伏科技有限公司 | 一种晶体硅棒的复合切割方法 |
CN113043486B (zh) * | 2019-12-27 | 2023-07-21 | 阿特斯光伏电力(洛阳)有限公司 | 一种硅棒的切割方法 |
CN114770780B (zh) * | 2022-05-31 | 2024-02-02 | 青岛高测科技股份有限公司 | 棒体处理装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60242958A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-12-02 | Citizen Watch Co Ltd | 硬脆材料の加工法 |
US6802928B2 (en) * | 2002-03-29 | 2004-10-12 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation | Method for cutting hard and brittle material |
CN1938136A (zh) * | 2004-03-30 | 2007-03-28 | 索拉克斯有限公司 | 用于切割超薄硅片的方法和装置 |
CN101101937A (zh) * | 2007-08-07 | 2008-01-09 | 南京航空航天大学 | 太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置 |
CN101138869A (zh) * | 2007-10-12 | 2008-03-12 | 南京航空航天大学 | 单晶硅高效复合切割方法及其切割系统 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2660529B2 (ja) * | 1988-02-04 | 1997-10-08 | ファナック株式会社 | ワイヤ放電加工装置 |
JP2000109397A (ja) * | 1998-10-01 | 2000-04-18 | Toyo Advanced Technologies Co Ltd | 導電性を有するインゴット及びその切断方法 |
US6811680B2 (en) | 2001-03-14 | 2004-11-02 | Applied Materials Inc. | Planarization of substrates using electrochemical mechanical polishing |
DE112005002114A5 (de) * | 2004-06-29 | 2007-07-12 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Vorrichtung zum elektrochemischen Schneiden |
JP4892682B2 (ja) * | 2006-12-20 | 2012-03-07 | 国立大学法人 新潟大学 | ワイヤ放電加工の表面改質方法 |
CN101003100A (zh) | 2007-01-19 | 2007-07-25 | 哈尔滨工业大学 | 电解车削加工方法 |
CN101342622A (zh) * | 2008-06-24 | 2009-01-14 | 广东工业大学 | 嵌片式复合工具及电化学机械复合加工装置及其加工方法 |
-
2010
- 2010-04-08 CN CN201010141727.3A patent/CN101797713B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2010-07-14 US US13/639,847 patent/US8747625B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-07-14 WO PCT/CN2010/075147 patent/WO2011124044A1/zh active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60242958A (ja) * | 1984-05-16 | 1985-12-02 | Citizen Watch Co Ltd | 硬脆材料の加工法 |
US6802928B2 (en) * | 2002-03-29 | 2004-10-12 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corporation | Method for cutting hard and brittle material |
CN1938136A (zh) * | 2004-03-30 | 2007-03-28 | 索拉克斯有限公司 | 用于切割超薄硅片的方法和装置 |
CN101101937A (zh) * | 2007-08-07 | 2008-01-09 | 南京航空航天大学 | 太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置 |
CN101138869A (zh) * | 2007-10-12 | 2008-03-12 | 南京航空航天大学 | 单晶硅高效复合切割方法及其切割系统 |
Cited By (29)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102554377A (zh) * | 2010-12-23 | 2012-07-11 | 有研半导体材料股份有限公司 | 一种单晶硅棒外圆切割加工方法和装置 |
CN102248612A (zh) * | 2011-07-25 | 2011-11-23 | 营口晶晶光电科技有限公司 | 一种超薄单晶硅片和制作该硅片的线切割装置及切割方法 |
CN102371631A (zh) * | 2011-10-18 | 2012-03-14 | 江西赛维Ldk太阳能高科技有限公司 | 用于切制太阳能硅片的垫条 |
CN103311115A (zh) * | 2012-03-16 | 2013-09-18 | 鑫晶钻科技股份有限公司 | 可辨识正反面的蓝宝石基板的制造方法 |
CN103386714A (zh) * | 2012-05-08 | 2013-11-13 | 无锡奥特维科技有限公司 | 太阳能硅棒单线一次性切割方法 |
CN103056730B (zh) * | 2012-12-31 | 2015-01-14 | 南京航空航天大学 | 一种电磨削多线切割进电方法及装置 |
CN103056730A (zh) * | 2012-12-31 | 2013-04-24 | 南京航空航天大学 | 一种电磨削多线切割进电方法及装置 |
CN103231134A (zh) * | 2013-05-08 | 2013-08-07 | 清华大学 | 一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置及方法 |
CN103231134B (zh) * | 2013-05-08 | 2015-11-18 | 清华大学 | 一种非导电材料的电解电火花线切割加工装置及方法 |
CN104175409A (zh) * | 2014-08-28 | 2014-12-03 | 西安华晶电子技术股份有限公司 | 一种硅片带电多线切割方法及带电多线切割装置 |
CN105033373A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-11-11 | 西安理工大学 | SiC单晶片的超声电复合切割装置及切割方法 |
CN105033373B (zh) * | 2015-07-01 | 2017-11-28 | 西安理工大学 | SiC单晶片的超声电复合切割装置及切割方法 |
CN106112942A (zh) * | 2016-08-24 | 2016-11-16 | 高佳太阳能股份有限公司 | 一种硅锭周转架 |
CN110199041A (zh) * | 2017-01-10 | 2019-09-03 | 贺利氏德国有限两合公司 | 切割耐火金属的方法 |
US11602816B2 (en) | 2017-01-10 | 2023-03-14 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Method for cutting refractory metals |
CN110199041B (zh) * | 2017-01-10 | 2022-08-16 | 贺利氏德国有限两合公司 | 切割耐火金属的方法 |
CN107030904A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-08-11 | 济源石晶光电频率技术有限公司 | 晶砣切割方法 |
CN107030910A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-08-11 | 西安工业大学 | 一种半导体的切割方法 |
CN107160575A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-09-15 | 宁波职业技术学院 | 一种静电喷雾游离磨粒线锯切割方法 |
CN110435022A (zh) * | 2018-05-04 | 2019-11-12 | 英飞凌科技股份有限公司 | 通过电线放电加工来将SiC材料切片 |
CN108407118A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-08-17 | 江苏聚成金刚石科技有限公司 | 一种金刚线切片机 |
CN111954586A (zh) * | 2018-05-15 | 2020-11-17 | 信越半导体株式会社 | 锭的切断方法及线锯 |
CN108526630A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-09-14 | 扬州万泰电子科技有限公司 | 一种智能型线切割无阻高频脉冲电源电路 |
CN110587840A (zh) * | 2019-10-12 | 2019-12-20 | 青岛高测科技股份有限公司 | 金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置 |
WO2021068583A1 (zh) * | 2019-10-12 | 2021-04-15 | 青岛高测科技股份有限公司 | 金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置 |
CN111261749A (zh) * | 2020-01-20 | 2020-06-09 | 东方日升(常州)新能源有限公司 | 新型的异质结电池切片方法 |
CN112428463A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-02 | 上海中欣晶圆半导体科技有限公司 | 一种晶棒线切割加工过程中断线复旧的方法 |
CN114260527A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-04-01 | 青岛高测科技股份有限公司 | 一种金刚线多线切割机的多辊切割机构 |
WO2023138193A1 (zh) * | 2022-01-19 | 2023-07-27 | 禄丰隆基硅材料有限公司 | 硅片切割装置和硅片切割设备 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011124044A1 (zh) | 2011-10-13 |
US20130075274A1 (en) | 2013-03-28 |
CN101797713B (zh) | 2011-11-16 |
US8747625B2 (en) | 2014-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101797713B (zh) | 硅片的磨削/电解复合多线切割加工方法 | |
CN110587840A (zh) | 金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置 | |
CN100433376C (zh) | 太阳能硅片的切割制绒一体化加工方法及装置 | |
CN101138869A (zh) | 单晶硅高效复合切割方法及其切割系统 | |
CN101309770B (zh) | 线放电加工方法、半导体晶片制造方法以及太阳能电池用单元制造方法 | |
CN101680106A (zh) | 硅基材的加工方法、基加工品和加工装置 | |
CN105034180B (zh) | SiC单晶片的微弧放电微细切割装置及切割方法 | |
CN105033373B (zh) | SiC单晶片的超声电复合切割装置及切割方法 | |
CN103801771B (zh) | 高速切割放电加工方法 | |
Zhao et al. | Comparison on foil EDM characteristics of single crystal SiC between in deionized water and in EDM oil | |
CN103056730B (zh) | 一种电磨削多线切割进电方法及装置 | |
CN104625267A (zh) | 一种线锯绕制电极电解-机械微细切割加工方法 | |
CN102554377B (zh) | 一种单晶硅棒外圆切割加工方法和装置 | |
KR20160053825A (ko) | 와이어 방전 가공을 이용한 반도체 및 부도체 절단 장치 및 방법 | |
CN211074274U (zh) | 金刚石多线电火花放电切削线切割装置 | |
CN202439133U (zh) | 用于切割硬脆材料的金刚石线锯 | |
CN104625266A (zh) | 一种线锯绕制电极电解-机械微细切割加工系统 | |
JP6033190B2 (ja) | マルチワイヤ加工装置及びマルチワイヤ加工方法 | |
CN201511193U (zh) | 非导电材料电加工机床 | |
Zhao et al. | Challenge to EDM slicing of single crystal SiC with blade electrode utilizing a reciprocating worktable | |
CN109396581A (zh) | 一种导体材料的切割装置及其工作方法 | |
CN210475766U (zh) | 一种电火花线切割机 | |
CN107030910A (zh) | 一种半导体的切割方法 | |
CN204736347U (zh) | 一种SiC单晶片微弧放电微细切割设备 | |
CN111730156A (zh) | 一种变幅值脉冲电火花-电解复合加工方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111116 Termination date: 20200408 |