CN102083598A - 铸块切片用柱条、贴附有该柱条的铸块以及利用该柱条的铸块切断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铸块切片用柱条、贴附有该柱条的铸块以及利用该柱条的铸块切断方法。本发明的课题是抑制在利用多线锯切断铸块时所得到的晶片间厚度的不均匀，减少切断时的材料损耗，提高材料的利用率，同时缩短切片所需时间从而提高作业效率。解决方式是以多线锯切断铸块时，为了在切断开始时形成切槽，使用一种铸块切片用柱条，其特征是沿铸块的长度方向贴附于铸块表面一部分的柱状体。

Description

铸块切片用柱条、贴附有该柱条的铸块以及利用该柱条的铸块切断方法 

技术领域

本发明涉及以多线锯将铸块较薄地切成晶片状时所使用的铸块切片用柱条、贴附有该柱条的铸块、以及利用该柱条的铸块切断方法。 

背景技术

近年来，由于对环境保护意识的高涨，可直接将光能转换为电能的太阳电池作为一种清洁且可以再生的能源受到瞩目，被广泛应用于民生设备、住宅设备、运输设备、道路管理设施、通信设施等领域。一般而言，太阳电池按其使用材料的种类可分类为硅类、化合物类、有机类等。而硅类太阳电池因其发电效率优异等优点，目前成为主流。 

用于硅类太阳电池的硅基板，是通过对将用直拉法(Czochralski process)、浇铸法(铸造法)等得到的单晶或多晶硅铸块薄薄地切割而成的晶片施以各种加工制作而成。硅类太阳电池用铸块的尺寸，目前以156mm见方尺寸为标准，此外尚有125mm见方、104mm见方等尺寸的铸块被制作。并且，作为硅类太阳电池用铸块的形状，由于在太阳电池模块中所占据的有效占有面积大，由铸块加工成晶片时的制造成品率高等原因，以棱柱形为主流。 

另外，随着信息通信领域的飞跃发展，由硅、石英等半导体素材所构成的半导体用铸块的直径，已由过去的8英寸(200mm)发展到目前的12英寸(300mm)在市场上占据了主流，并一般认为在将来的新一世代中将会发展到450mm。为了实现降低制造成本的目的，半导体用铸块的大口径化将会有更大的进展。 

将这种铸块切割成薄晶片的方法，最近取代以往所使用的内周切割方式的刀具，而多使用多线锯。这种多线锯是一种装置，将1条金属线缠绕并绷紧于多个引导滚子之间，使该金属线沿单方向或往复方向行走，供给含有磨粒的研浆，同时移动铸块以使其抵紧行走的金属线，以将铸块切成金属线间距间隔的厚度。因一次可切出多数片的晶片，故可进行高效率的切断。并且因切除量非常小，切断时的材料损耗相对较小，同时还具有可容易地对应铸块大口径的优点。 

在提高半导体晶片的制造成品率等的多线锯系统中，据文献报道，有例如使用硬度近似于铸块的衬垫板的系统(参照下列专利文献)。 

近年来，随着太阳电池需要的增大，原材料硅的供需关系紧张，再加上为进一步扩大太阳电池的应用范围需降低制造成本，故更有效地利用材料已 成为一课题。在此情况下，人们正探讨是否可在以多线锯切出晶片时尽可能减少切除量以便降低切断时材料的损耗，或者通过尽可能减小晶片的厚度，来增加1次切片作业所得到的晶片的片数，从而提高材料的利用率(制造成品率)。顺便指出，由太阳电池用铸块切出的晶片的厚度，已从以前的320μm到目前主流的180μm，据预测晶片的厚度今后将会变得越来越薄。 

为通过减小由铸块所切出的晶片的厚度或减少切除量，来增加1次切片作业中所得到的晶片的片数，人们已设想了各种各样的方法，而作为这些方法之一，通过尽可能使金属线的直径变细从而使切除量变窄，由此提高材料的制造成品率的方法受到广泛的探讨。 

然而，由于该方法使金属线的线径变细故容易断线，使得难于对金属线施加为切断铸块所需的切断负荷。因为如果金属线所负担的切断负荷不够，则不能得到切断铸块所需要的刚性，从而会导致切片加工所需时间的增加，作业效率降低。因此实际上使金属线的线径变细有其限度。 

并且，特别是在切断棱柱形铸块时，金属线径若变细，则需要减少金属线所负担的切断负荷。此外，为形成切断铸块所需的金属线的挠曲状态便会消耗时间，故存在作业效率不佳的问题。另外，还有金属线与铸块的接点位置的精度降低，切断面的间隔不均一的问题。 

专利文献1：日本专利特开2003-159642号公报 

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种新的技术，可抑制在利用多线锯切断铸块时所得到的晶片之间的厚度不均匀，减少切断时的材料损耗，提高材料的利用率，同时缩短切片所需时间从而提高作业效率。 

本案发明人为解决上述课题，对铸块的形状、金属线的切断动作等进行了系统的探讨，结果发现当多线锯切断铸块时，由于切断开始时多条金属线与铸块表面的接触面积大而引起横向晃动，因此使切除量增大，进而导致材料损耗增大，且得到的晶片之间的厚度不均匀的程度变大。同时由于横向晃动，使形成切断铸块所需的金属线状态，即挠曲状态需要消耗更多时间，从而导致切片作业时间增加。另外，这些现象尤其在与金属线的接触面积较大的棱柱形铸块上表现得更为突出。 

为此，本案发明人就有效防止切断开始时金属线的横向晃动的方法进行了锐意的探讨，结果得知，若尽可能缩小切断开始时金属线与铸块的接触面积，即可减少金属线横向晃动的程度。不过，如果是从棱柱铸块的角部开始切断，切断开始时接触面积虽然变小，但至对角部为止的切断距离变大从而使得消耗时间过多。在进一步的探讨中发现，在铸块上设置附属物，切断开 始时在其上面形成切槽是有效的。据此想法，最终完成了本项新技术的开发。 

归纳起来，本发明是：一种铸块切片用柱条，其特征在于，以多线锯切断铸块时，为了在切断开始时形成切槽，而沿铸块的长度方向贴附在铸块表面一部分上的柱状体；一种铸块，其特征在于，在铸块表面的一部分上，沿铸块的长度方向贴附有该柱条；以及一种铸块切断方法，其特征在于，沿铸块的长度方向将该柱条贴附于铸块表面的一部分，并将该柱条最先开始切割。 

根据本发明，用多线锯开始切断时，金属线与本发明的铸块切片用柱条在比较窄小的面积上接触并在该柱条上形成切槽，故金属线的横向晃动程度减小，其结果使得切除量减少，材料的利用效率提高。并且由于防止了横向晃动，故金属线可以在更短的时间内成为挠曲状态，缩短了切片所需的时间，同时降低了所得到的晶片间厚度的不均匀。 

如上所述，本发明减少了切断时的材料损耗，缩小了所得到的晶片间厚度的不均匀，且提高了作业效率，故对于实现降低制造成本，提高晶片厚度的均匀性以及提高生产效率是非常有效的。 

附图说明

图1是表示铸块的切断开始侧表面上贴附有本发明的铸块切片用柱条的状态例的概略平面图。 

图2a、图2b以及图2c表示铸块切片用柱条的各种形态。图2a为三棱柱状的该柱条的概略说明图，图2b为四棱柱状的该柱条的概略说明图，图2c为剖面呈凸状的该柱条的概略说明图。 

图3是表示利用多线锯将贴附有铸块切片用柱条的棱柱形铸块开始切断时状态的说明图。 

图4是表示铸块的相对的侧面上贴附有本发明的铸块切片用柱条的状态例的说明图。 

图5是表示在铸块的角部贴附有本发明的铸块切片用柱条的状态例的说明图。 

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的具体实施形态。图1是表示铸块的切断开始侧表面上贴附有本发明的铸块切片用柱条的状态例的概略正视图，图1中的1为铸块，2为铸块切片用柱条。图4是表示铸块的相对的侧面上贴附有本发明的铸块切片用柱条的状态例的概略剖面图。图5是表示在铸块的角部贴附有本发明的铸块切片用柱条的状态例的概略剖面图，图4、5中的1为铸块，2为铸块切片用柱条，3为金属线。 

作为切断对象物的铸块，既可以是太阳电池用铸块也可以是半导体用铸块。具体而言，是由单晶或多晶硅、石英、水晶、蓝宝石、GaP或InP等化合物半导体等素材所构成，且具有棱柱形(四棱柱形、八棱柱形等)、圆柱形等适当形状的铸块。不过，如上所述，本发明的铸块切片用柱条的作用在于减少切断开始时与金属线之间的接触面积，鉴于此点，不适合于在切断开始时与金属线的接触面积本来就小的圆柱形柱块，而适合于与金属线的接触面积大的具有棱柱形形状的铸块。因此，从能够发挥本发明的效果的观点，通常对于具有棱柱形形状的硅类太阳电池用的铸块较为合适。 

此外，在使用传统的内周切割方式进行切片时，随着铸块口径的增大需要增加刀刃的厚度，而随着刀刃的变厚，切除量必然增加从而导致材料损耗的增加。因此，对于直径为300mm以上的圆柱形铸块来说，使用内周切割方式是很困难的。但本发明也能够有效地应用于这种使用内周切割方式切割困难的300mm以上的圆柱形铸块。 

本发明的铸块切片用柱条2，是一柱状体，用以在用多线锯切断铸块时，让其在切断开始时与金属线接触以形成切槽，由此阻止金属线的横向晃动使金属线保持均一的间隔，并迅速形成切断铸块所需的金属线状态，即金属线挠曲的状态。 

铸块切片用柱条2的形状，需具有能够贴附在铸块表面之上的形状。举例而言，例如沿垂直于铸块切片用柱条的长度方向切断时，其剖面外周至少一部分为直线形状或呈弧状凹陷形状等。具体来说，虽已例示三棱柱状或四棱柱状，但在切断开始时，与金属线的接触面积越小金属线的横向晃动越小，并且切槽最好能被尽快地形成。从此点来讲，三棱柱状较好。若为四棱柱状时，如图1所示，如果是将铸块切片用柱条贴附于多线锯切断开始一侧的铸块表面的话，则沿垂直于铸块切片用柱条的长度方向的方向进行切断时的剖面为大约矩形，为高(图1中的h)为3-20mm，更佳3-10mm；宽(图1中的w)为3-20mm，更佳为5-10mm更佳。高度若超过20mm，则切片时间会变得太长。而宽度若小于3mmm，则在成形性、处置等方面变得不容易，若超过20mm，则与金属线的接触面积变大从而导致本发明的效果无法充分发挥。此外，铸块切片用柱条2的长度，可根据切断对象的铸块的长度等适当决定。 

如图4所示，当把本发明的铸块切片用柱条贴附于与开始切断的铸块表面相邻的相对的侧面，并且铸块切片用柱条的形状为四棱柱状时，则沿垂直于铸块切片用柱条长度方向的方向切割时的剖面为大约矩形，高为5-50mm，更佳为10-40mm；宽为8-16mm，更佳为5-10mm。 

如图5所示，当把本发明的铸块切片用柱条贴附于铸块的外周，并且铸块切片用柱条的形状为四棱柱状时，则沿垂直于铸块切片用柱条长度方向的方向切割时的剖面大约为矩形：其高为5-50mm，更佳为10-40mm；宽为 8-16mm，更佳为5-10mm。 

图2a、图2b以及图2c表示铸块切片用柱条的各种形态。图2a为三棱柱状的该柱条的概略说明图，图2b为四棱柱状的该柱条的概略说明图，图2c为剖面呈凸状的该柱条的概略说明图。 

铸块切片用柱条2沿铸块长度方向(轴方向)贴附于铸块表面的一部分。例如图1所示，以铸块切片用柱条2的沿铸块轴方向的面贴附于切断开始侧的铸块表面上。此时，在切断开始侧的铸块表面，贴附铸块切片用柱条2的位置可以任意，如图1所示，既可以是切断开始侧的铸块表面的中央，也可以是一端或两端的边缘附近。另外，贴附在两端边缘附近时，使用两条铸块切片用柱条。 

此外，在切断开始侧铸块表面以外贴附铸块切片用柱条的形态，如图4所示，在与多线锯开始切断的一侧的铸块表面相邻的一对相对的侧面的各表面，分别贴附1条柱条，以使其分别超过由该铸块表面与一对该相对的侧面所形成的各角的一个形态；再者，如图5所示，表示分别将由与多线锯开始切断的一侧的铸块表面相邻的一对相对的侧面的各表面与该切断开始侧铸块表面所形成的各角去角，分别贴附1条柱条于这些角面(平面或曲面)的一个形态。将铸块切片用柱条贴附于与切断开始的铸块表面相邻的一对相对的侧面时，其贴附位置最好使得铸块切片用柱条超过(突出)由开始切断的铸块表面与相邻于该铸块表面的一对相对的侧面所形成的角0.3-10mm。 

为粘附铸块和该柱条2，可考虑其材质和成本选用适当的粘合剂。并且，预先在铸块切片用柱条2的铸块贴附面上形成缎纹、凹条等，以强化与粘合剂的粘接力，就从铸块1上分离时可使粘合剂残留在铸块1上的可能性减少的动机而言，这是较为理想的。此外，从图2所示的铸块切片用柱条不具有曲面可知，都是主要用于棱柱形铸块的。 

关于铸块切片用柱条2的材质，可适当选择粘合剂的附着性好，成本低的材料。具体来说，可列举出玻璃、碳纤维、合成树脂、陶瓷等，从粘合剂的附着性好及成本的观点，玻璃尤其是毛玻璃较为理想。 

不过，因加工物的厚度变薄所切断的柱条也随之变薄，切断时会发生破损而混入切断液中，再次进入切断加工部分从而会造成发生事故的危险，从此点上讲，合成树脂制更为理想。 

接下来，参照图3具体说明使用本发明的铸块切片用柱条切断铸块的方法。图3是表示使用多线锯开始切断贴附有铸块切片用柱条的棱柱形铸块时的状态的说明图。 

切断铸块所使用的多线锯，可以使用通常的多线锯，没有特别的限制。 

图3所示的多线锯，是将1根细金属线(钢琴线)3按一定的间距间隔缠绕在设于3根金属线引导滚子4A、4B、4C上的多数的沟槽上。其末端部 缠绕在一圆筒(未图示)上。 

切断的步骤是，首先沿铸块长度方向(轴方向)将铸块切片用柱条贴附于铸块表面的一部分。如图3所示，沿铸块1的轴方向将铸块切片用柱条2贴附于多线锯开始切断的一侧的铸块表面的一部分(图3中为中央附近)。 

然后，如图3所示，使以粘合剂粘接在基座5上的衬垫板6上的铸块1下降移动，以使其抵紧水平配置的金属线引导滚子4A、4B之间的金属线，连续向金属线3与铸块切片用柱条2的接触部分供给分散有磨粒的切断液(研浆液)7并同时将其切断。借助驱动马达(未图示)沿单方向或往复行走的金属线3，在切断开始时抵紧贴附在铸块1上的铸块切片用柱条2，由此使推压力作用，并借助研磨粒所产生的研磨作用，将该柱条最先切削以形成切槽，接着切断铸块1。切断开始时在上述柱条上形成切槽是本发明的特征，正是由于具有这个特征，从而使厚度的精度得以提高，并可减少材料损耗，同时提高了作业效率。 

此外，如前所述，可在与多线锯开始切断的一侧的铸块表面相邻的一对相对的侧面的各表面，分别贴附1条柱条，以使其分别超过由该铸块表面与一对相对的侧面所形成的各角(参照图4)。也可分别将由与多线锯开始切断的一侧的铸块表面相邻的一对相对的侧面的各表面与该切断开始侧铸块表面所形成的各角去角，分别贴附1条柱条于这些角面(平面或曲面)上(参照图5)。其后与上述同样，用金属线3将这些柱条最先同时切削以形成切槽，接着切断铸块1即可。 

金属线3的材质则通常使用包含碳约0.8-0.9质量％的钢琴线。且金属线3的直径通常为140-180μm，不过按照本发明，其直径可细至80-120μm。 

衬垫板6的表面形成要适合铸块1的表面形状。铸块1若为棱柱状，则衬垫板6的粘接面形成为平面，若为圆柱状则形成为圆弧状的凹形面。将缎纹、凹条等预先形成于衬垫板6的粘接面等，以强化与粘合剂的粘接力，就由铸块1上分离时可使粘合剂残留在铸块1上的可能性减少的动机而言，是较为理想的。 

在图3所示的例中，虽表示了一种将铸块1向下按压并抵紧多根绷紧的金属线3类型的多线锯，但除此之外，也可以是以反转180°的状态将铸块向上推顶并抵紧的类型，或者以旋转90°的状态朝横向抵紧的类型。 

此外，图3所表示的是使用3个金属线引导滚子的例子，但金属线引导滚子也可以是2个或4个以上。 

切断液7的供给，既可以从铸块1的两侧进行，也可以从金属线3侧往铸块1(图3中为从下往上)供给，并没有特别的限制。 

这样，便将铸块用多线锯切成了晶片，而贴附于铸块表面的铸块切片用 柱条也同时被切片。被切片的铸块切片用柱条将从晶片中分离而被废弃。不过也可以将其再回收，通过熔融等处理后重新成型为铸块切片用柱条以便再利用。 

以下以实施例及比较例对本发明进行具体说明，不过本发明并不限定于下述实施例。 

实施例1 

准备四棱柱的太阳电池用多晶硅铸块(156mm的四方形截面，长200mm)，用粘合剂将沿垂直于其长度方向的方向将其切断时的剖面为高5mm，宽10mm的略矩形，长为200mm的四棱柱形的合成树脂制柱状体的铸块切片用柱条沿上述铸块的长度方向，贴附于多线锯开始切断一侧的上述铸块表面中央部附近(参照图3)。 

如图3所示，用以钢琴线制成的多线锯将如此得到的硅铸块切片。此时的实验条件为：金属线平均行走速度600mm/分钟，金属线张力22N，切断速度0.35mm/分，金属线径0.12mm，金属线间距0.34mm。 

其结果，所得到的晶片厚度约为0.18±0.010mm，切除量约为0.16±0.010mm，自切断开始至结束所需时间约为443分钟。 

实施例2 

准备四棱柱的太阳电池用多晶硅铸块(156mm的四方形截面，长200mm)，沿上述铸块长度方向将沿垂直于长度方向的方向切断时的剖面为高7mm，宽3mm的大约矩形，且长为200mm的四棱柱形的合成树脂制柱状体的铸块切片用柱条各一条，用粘合剂分别贴附于与多线锯开始切断一侧的铸块表面相邻的一对相对的侧面的各表面上，使其分别超过由该铸块表面与一对该相对的侧面所形成的各角0.4mm(参照图4)。 

如图4所示，用以钢琴线制成的多线锯将如此得到的硅铸块切片。此时的实验条件为：金属线的平均行走速度600mm/分钟，金属线张力22N，切断速度0.35mm/分钟，金属线径0.12mm，金属线间间距0.34mm。 

其结果，所得到的晶片厚度约为0.18±0.010mm，切除量约为0.16±0.010mm，自切断开始至结束为止所需时间约为442分钟。 

实施例3 

准备四棱柱的太阳电池用多晶硅铸块(156mm的四方形截面，长200mm)，沿上述铸块长度方向将沿垂直于长度方向的方向切断时的剖面为高7mm，宽4mm的略矩形，且长为200mm的四棱柱形的合成树脂制柱状体的铸块切片用柱条各一条，分别贴附于设置在与多线锯开始切断一侧的铸块表面相邻的各 角的c(chamfer)曲面(参照图5)。 

如图5所示，用以钢琴线制成的多线锯将如此得到的硅铸块切片。此时的实验条件为：金属线的平均行走速度600mm/分钟，金属线张力22N，切断速度0.35mm/分钟，金属线径0.12mm，金属线间间距0.34mm。 

其结果，所得到的晶片厚度约为0.18±0.010mm，切除量约为0.16±0.010mm，自切断开始至结束为止所需时间约为441分钟。另外，虽然在本实施例中未实施，但若在此形态下使铸块切片用柱面的粘接侧面与c曲面吻合而形成凹陷的话，则可获得更高的贴附稳定性。 

比较例1 

准备四棱柱的太阳电池用多晶硅铸块(156mm的四方形截面，长200mm)。除了不使用铸块切片用柱条之外，用与实施例1相同的方法、条件对该铸块进行切片。 

其结果，所得到的晶片厚度约为0.18±0.015mm，切除量约为0.16±0.015mm，自切断开始至结束为止所需时间约为445分钟。 

从上述结果可以确认，依照本发明可使得切除量变小，晶片间的厚度不均匀降低，切片所需要的时间缩短。 

符号说明 

1：铸块 

2：铸块切片用柱条 

3：金属线 

4A、4B、4C：金属线引导滚子 

5：基座 

6：衬垫板 

7：切断液(研浆液) 

h: 高 

w: 宽  

Claims (11)

1.一种铸块切片用柱条，其特征在于，该铸块切片用柱条为：用多线锯切断铸块时，为了在切断开始时形成切槽，而沿铸块的长度方向贴附于铸块表面一部分的柱状体。

2.根据权利要求1所述的铸块切片用柱条，其特征在于，该铸块切片用柱条沿垂直于其长度方向的方向切断时，其剖面的外周至少一部分为直线。

3.根据权利要求1所述的铸块切片用柱条，其特征在于，该铸块切片用柱条沿垂直于其长度方向的方向切断时，其剖面的外周至少一部分凹陷成弧状。

4.根据权利要求2所述的铸块切片用柱条，其特征在于，该铸块切片用柱条为三棱柱形或四棱柱形。

5.根据权利要求4所述的铸块切片用柱条，其特征在于，该铸块切片用柱条为四角柱形，沿垂直于其长度方向的方向切断时，其剖面大约为高3-20mm，宽3-20mm的矩形。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的铸块切片用柱条，其特征在于，该铸块切片用柱条为合成树脂制。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的铸块切片用柱条，其特征在于，在与铸块的贴附面上形成有缎纹或凹条。

8.一种铸块，其特征在于，在该铸块表面的一部分，沿其长度方向贴附有权利要求1至7中任意一项所述的铸块切片用柱条。

9.一种铸块切断方法，其特征在于，沿铸块的长度方向将权利要求1至7中任意一项所述的铸块切片用柱条贴附于铸块表面的一部分，并将该柱条最先开始切割。

10.根据权利要求9所述的铸块切断方法，其特征在于，在与多线锯开始切割一侧的铸块表面相邻的一对相对的侧面的各表面，分别贴附1条铸块切片用柱条，以使其分别超过由该铸块表面与一对所述相对的侧面所形成的各角，并同时开始切割这些柱条。

11.根据权利要求9所述的铸块切断方法，其特征在于，在与多线锯开始切割一侧的铸块表面相邻的一对被去角而形成的角表面，分别贴附1条铸块切片用柱条，以使其比包含该切断开始侧铸块表面的平面更突出于线锯侧，并同时开始切割这些柱条。

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