CN113119329A - 晶体硅的切割方法和切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶体硅的切割方法和切割装置，所述切割方法包括将硅棒置于切割机床的工件固定板上，并在硅棒和工件固定板之间设置一导电板，开启切割，当导电板被切割至预定位置时，同时信号检测控制系统获取到导电板中检测电路的电流达到预设电流，停止切割。所述切割装置具有与上述切割方法对应的切割机床和导电板，并且晶体硅的切割方法通过本发明提供的切割装置来达成，由此可保证硅棒的有效切割，且检测方便。

Description

晶体硅的切割方法和切割装置

技术领域

本发明涉及晶体硅切割技术领域，尤其涉及一种能自动识别晶体硅切割终点的切割方法和切割装置。

背景技术

晶体硅切割是利用高速运动的钢线带动磨料进行研磨加工以达到切割成硅片的目的。钢线通过多个导线轮的引导，在主线辊上形成一张线网，而待切割硅棒通过工作台的上升/下降实现硅棒的进给，从而切割成数片薄硅片。

在晶体硅多线切割过程中，因刃料、硅块硬度、硅块杂质等方面的差异，刀次之间加工难易程度差异显著。实际操作中，可能会出现金刚线，刃料等切割能力弱，硅块硬度高或者硅块杂质含量高，这时切割加工难度增加，切割过程中钢线的线弓随之增大。当线切机床切割到达参数设定的终点时，目测进线和出线两侧切割深度已达到正常值，但此时可能仍有线弓位于硅棒中，无法准确判定对应的硅块是否切透，如果硅块直接下机，会有切割不透，部分报废的风险，再次复开会有切割过深掉片的概率。另外，停机复开，硅片会受到钢线额外的作用力，出现崩缺和线痕异常概率增加。

因此，需要一种能自动识别多晶硅切割终点的切割方法和切割装置来解决上述问题。

发明内容

本发明目的是针对上述提到的不足，提供一种通过监控切割过程中导电板中电流的变化来自动识别晶体硅切割终点的切割方法及匹配使用的切割装置。

为实现上述发明的目的，本发明提供了一种晶体硅的切割方法，其包括：

将硅棒置于切割机床的工件固定板上，并在硅棒和工件固定板之间设置一导电板；

开启切割，当导电板被切割至预设位置时，停止切割。

进一步地，通过信号检测控制系统连接所述导电板，并实时获取所述导电板是否被切割至预设位置时的信号。

进一步地，获取所述导电板是否被切割至预设位置时的信号，具体包括：实时获取所述导电板内的电流，并将该电流值与预设电流值进行比较；在获取到的电流达到预设电流值时，判断导电板已被切割至预设位置，则控制停止切割。

进一步地，所述导电板采用胶黏剂粘结固定在所述工件固定板上，所述硅棒也采用胶黏剂粘结固定在所述导电板上。

进一步地，所述导电板具有绝缘基体和嵌设于绝缘基体内的检测电路，所述检测电路包括复数个依次串联连接的感应单元，每一感应单元具有在绝缘基体厚度方向间隔设置且并联连接的连接电阻和感应电阻，所述连接电阻相较感应电阻靠近所述工件固定板设置。

进一步地，复数个所述感应单元沿切割机床上的切割线排列方向排布。

进一步地，复数个所述感应单元的感应电阻位于同一平面内，并且依次串联连接。

进一步地，复数个所述感应单元的感应电阻采用导电胶一体涂覆形成。

进一步地，复数个所述感应单元的连接电阻也位于同一平面内，并且依次串联连接。

进一步地，复数个所述感应单元的连接电阻采用具有一定阻值的整体状金属片制成。

进一步地，串联连接后的所述连接电阻总阻值大于串联连接后的感应电阻的总阻值。

进一步地，每一感应单元的连接电阻的阻值相同，每一感应单元的感应电阻的阻值也相同。

为实现上述发明的目的，本发明还提供一种晶体硅切割装置，包括切割机床以及设置于切割机床上以承载待切割硅棒的工件固定板，其中，所述晶体硅切割装置还包括夹设于工件固定板和待切割硅棒之间的导电板以及连接所述导电板的信号检测控制系统，所述信号检测控制系统实时监测导电板是否被切割至预设位置时的信号，并在导电板被切割至预设位置时控制所述切割机床停止切割。

本发明的有益效果是：在硅棒切割的工件固定板上设置一导电板，使得在进行硅棒切割时，可通过检测导电板是否被切割至预设位置，具体通过信号检测控制系统获取到导电板中检测电路的电流达到预设电流值，来判断是否停止切割，该种切割方法和切割装置切割终点判断准确率高，有效避免产线上因切割终点判定失误造成的硅片崩缺、线痕等缺陷等问题，提高产品成品率，并且操作简单、易于实现。

附图说明

图1是本发明晶体硅的切割方法中将硅棒、导电板和工件固定板依次固定的操作示意图；

图2是本发明晶体硅切割装置中导电板的结构示意图；

图3a至图3d是图2中导电板多种实施方式下检测电路的等效电路示意图；

其中，100-工件固定板，200-切割线，300-导电板，400-硅棒，500-胶黏剂，310-绝缘基底，320-检测电路，321-感应单元，3211-连接电阻，3212-感应电阻，3213-连接导线，610-正极导线，620-负极导线。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、流程或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

在本发明的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本发明的主题的基本结构示意图。

本发明提供一种晶体硅的切割方法和切割装置，该切割方法主要通过本发明晶体硅切割装置来达成。

具体地，本发明提供的晶体硅切割装置，包括切割机床、设置于切割机床上的用以承载待切割硅棒400的工件固定板100、夹设于工件固定板100和待切割硅棒400之间的导电板300和连接所述导电板的信号检测控制系统。

其中，所述切割机床包括切割室，晶体切割工作主要在所述切割室中进行，所述工件固定板100设置在切割机床的切割室内，主要作用是固定待切割硅棒400和带动硅棒400上下移动。

所述晶体硅切割装置还包括复数根切割线200，所述切割线200套设于所述切割室内的两个导轮上，通过导轮带动切割线200的高速运动，对晶体硅进行研磨从而达到切割晶体硅的目的，所述切割线200的类型可以是配合磨料使用的普通钢线，也可以是金刚石砂线，包括电镀金刚线或者树脂金刚线。

进一步地，所述导电板300夹设于工件固定板100和待切割硅棒400之间，其与信号检测控制系统连接。其中，信号检测控制系统可以监控切割装置中导电板300的电流值精确判断导电板是否被切割至预设位置，从而判断切割是否结束；其中，这里的“预定位置”为所述导电板300被切割时，电流变化至预先设定于信号检测控制系统中的电流值的位置，即导电板是否切割至预设位置通过所述信号检测控制系统的检测电流值来确定。采用此切割装置切割晶体硅判断切割终点准确率高，有效避免产线上因切割终点判定失误造成的硅片崩缺、线痕等缺陷等问题，提高产品成品率，并且操作简单、易于实现。

其中，如图1所示，所述导电板300采用胶黏剂500粘结固定在所述工件固定板100上，所述硅棒400也采用胶黏剂500粘结固定在所述导电板300上。其中，所述胶黏剂500优选为双组份环氧树脂AB胶，胶黏剂500为A组份与B组份重量配比为1：1均匀混合构成，增强胶黏剂500的粘结程度，减少胶黏剂500的使用量，在切割过程中胶黏层薄可以减少粘胶面硅片的崩边和缺口。

作为本发明一个较佳实施例，所述导电板300包括绝缘基体310和嵌设于绝缘基体310内的检测电路320。所述绝缘基体310为树脂板或者塑料板或者采用其他绝缘且易于包容检测电路320的材料制成，以用来固定待切硅棒400，所述绝缘基体310表面形状、大小尺寸和待切割硅棒400待切面一致。

如图2所示，本实施例中所述检测电路320包括复数个依次串联连接的感应单元321，也就是说，所述感应单元321在所述绝缘基体310长度方向上依次排布至绝缘基体310边缘，所述感应单元321之间为串联连接关系。

进一步地，每一所述感应单元321在所述绝缘基体310厚度方向上间隔设置并联连接的连接电阻3211和感应电阻3212，所述连接电阻3211相较感应电阻3212靠近工件固定板100设置，感应电阻3212靠近硅棒400设置。在本实施例中，所述预定位置设定为切断感应电阻3212后的导电板300的位置，相应地，所述信号检测控制系统中记录的为该位置处对应的电流值。

其中，复数个所述感应单元321的连接电阻3211位于同一个平面内，并且依次串联连接，优选地，每一所述感应单元321的连接电阻3211的阻值相同。作为一优选实施例，复数个所述感应单元321的连接电阻3211还可以采用具有一定阻值的整体状金属片制成，以减少连接导线3213具有电阻导致的分压影响。

进一步地，本发明中复数个所述感应单元321的感应电阻3212位于同一个平面内，并且依次串联连接，以方便对切割工作的整体性控制。其中，所有所述的感应电阻3212可以由若干个感应电阻3212串联而成，每一所述感应单元321的感应电阻3212的阻值也相同。优选地，复数个所述感应单元321的感应电阻3212可采用导电胶一体涂覆形成，其中该导电胶内具有特定阻值的电阻材料，以满足电阻值要求。采用导电胶作为所述感应电阻3212易于晶体硅棒切完后继续切割所述导电板300，引起所述导电板300中电流的变化。所述感应电阻3212导电胶涂覆尺寸和与之相接触的所述导电板300的那一面的面积相同。

作为本发明一个较佳实施例，如上述，如果所有所述连接电阻3211和所述感应电阻3212均分别串联连接，则串联连接后的所述连接电阻3211总阻值大于串联连接后的感应电阻3212的总阻值。优选地，总的所述连接电阻3211的阻值为500Ω到1000Ω，总的所述感应电阻3212的总阻值为50Ω到100Ω。

作为本发明另一个较佳实施例，等效电路示意图如图3a所示，在所述连接电阻3211由若干个串联而成的情况下，所述的感应电阻3212也可以由同等个数的小的感应电阻3212串联而成，每个所述连接电阻3211上均并联一个所述感应电阻3212从而组成所述的感应单元321，若干个所述感应单元321由连接导线3213串联连接组成所述检测电路320，其中，所述连接导线3213优选为导电性能良好的金属片或者金属丝，用以减少所述检测电路320中由于连接导线3213电阻造成的分压影响。

作为本发明另一个较佳实施例，等效电路示意图如图3b所示，在所述检测电路320中的所述连接电阻3211采用具有一定阻值的整体状金属片时，相应地感应电阻3212也可以使用若干个小的所述感应电阻3212组成，若干个小的感应电阻3212的阻值相等，相应地所述连接电阻3211平均分成同等份数，每一个所述感应电阻3212都对应一份所述连接电阻3211，相应地每一个所述感应电阻3212并联连接在对应地每一份连接电阻3211上。

作为本发明另一个较佳实施例，等效电路示意图如图3c所示，所述连接电阻3211由若干个串联而成，且所述每个连接电阻3211阻值相等，所述感应电阻3212可以由导电胶涂覆成一个整体，同样地，将所述感应电阻3212均分成和所述连接电阻3211数量相等的份数，每一个所述连接电阻3211并联连接一份所述感应电阻3212，同样地，所述感应电阻3212只是在若干份隔离位置处连接所述连接电阻3211。

作为本发明另一个较佳实施例，等效电路示意图如图3d所示，在所述连接电阻3211采用具有一定阻值的整体状金属片的情况下，所述感应电阻3212也通过涂覆导电胶带一体成型，所述连接电阻3211和所述感应电阻3212采用相同长度设置，根据实际需求，将所述连接电阻3211和所述感应电阻3212分成均等份位置处用连接导线3213将相应的连接电阻3211和感应电阻3212并联连接，也就是说，这样的连接方式可以减少所述检测电路320中连接导线3213的使用，使所述导电板300中检测电路的输出电流更加精确。

需要说明的是，上述所说的连接电阻3211平均分成若干份，只是在若干份隔离位置处连接所述感应电阻3212，不需要把所述连接电阻3211实际断离分开，此种情况同样适用于所述感应电阻3212平均分成若干份。

以上所述导电板300中检测电路320的四个实施例中，所述连接电阻3211和所述感应电阻3212只是电阻样态有区别，其所述检测电路320等效连接效果是等同的，所述导电板300检测电路320最终输出的电流是相等的。

所述检测电路320还具有连接在所述连接电阻3211两端的正极导线610和负极导线620，所述正极导线610和负极导线620分别延伸出所述绝缘基体310的相对两端，由于所述检测电路320在与所述导电板300同一个平面内排布，所以所述正极导线610、负极导线620设置于所述导电板300绝缘基体310的侧面两端，为了将所述检测电路320产生的电流顺利传导出以及连接其他电元器件。

与所述导电板300负极导线电性连接的所述信号检测控制系统用来检测所述导电板300输出的电流值，当检测到所述检测电路320中的电流达到预设电流值时，从而判断出所述导电板300被切割至预设位置，同时所述信号检测控制系统将停机的指令传给切割装置。

为了检测更为精确，可以尽多地设置所述感应单元321的个数，使所有切割线切割硅棒的表面都能被覆盖到。

以上所述导电板300是本发明晶体硅切割装置技术方案实现目的的一个最佳实施例，其它能实现相同功能的装置均包括在本发明的技术方案中。

综合上述可知，基于上述晶体硅切割装置的配套设置，本发明还提供了一种晶体硅的切割方法，其包括：将硅棒400置于切割机床的工件固定板100上，并在硅棒400和工件固定板100之间设置所述导电板300；开启切割，当导电板300被切割至预定位置时，停止切割。

其中，硅棒400固定的具体步骤为：先将胶黏剂500均匀涂抹在所述工件固定板100上，将所述导电板300靠近所述连接电阻3211的一面固定设置在所述工件固定板100上，也就是所述导电板300中靠近所述感应电阻3212的一面是远离所述工件固定板100。其次，将所述导电板300靠近所述感应电阻3212的一面均匀涂上胶黏剂500，将待切割硅棒400固定在所述导电板300此面上。

本发明切割方法中，在将硅棒400进行固定后，还包括设定一定时间等胶黏剂500完全固化，硅棒400被牢牢固定在所述导电板300上。此时，所述工件固定板100位于所述切割线上方，如图3所示，从上至下，依次是所述工件固定板100、黏胶剂500、导电板300、黏胶剂500、硅棒400、切割线200，所述硅棒400切割方向与所述切割线200互相垂直。

在将所述导电板300设置在硅棒400和工件固定板100之间时，同时将导电板300两端的正极导线610和负极导线620连接至切割机床的信号检测控制系统，与切割机床的信号检测控制系统闭合成回路，以实时获取所述导电板300是否被切割至预定位置时的信号。设置在所述导电板300两端的电压设置为30V到50V，可以独立连接在回路中单独使用，也可以由切割装置供给。

另外，切割开始前，如前述，本发明所述信号检测控制系统预设有用以控制切割线切割移动的终点位置(即上述导电板300的预设位置)的电流值。

上述“获取所述导电板300是否被切割至预定位置时的信号”具体包括：实时获取所述导电板300内的电流，并将该电流值与预设电流值进行比较；在获取到的电流达到预设电流值时，判断导电板300已被切割至预定位置，则控制停止切割。

具体地，本发明中所述切割步骤具体为，切割装置通过移动所述工件固定板100和导电板300带动硅棒400向下移动。优选地，所述切割线200外径设置为55微米到65微米，所述切割线200设置走速为25米/秒到35米/秒。同时所述信号检测控制系统可以检测到所述导电板300中电流为最大，同时将该电流值与预设的电流值进行比较。此时所述检测电路320中总的电阻值最小。

随着切割的进行，切割线200切透硅棒400继续切割所述导电板300，当数条切割线200切断所述导电板300检测电路320中的所有所述感应电阻3212时，所述检测电路320中的总电阻值为所有所述连接电阻3211串联而成，此时，所述检测电路320中总电阻值最大，电流最小，同时所述信号检测控制系统检测到的所述检测电路320中电流达到预设的电流值，由此判断所述导电板300已被切割至预定位置，则所述信号检测控制系统将停机指令给切割机床，切割结束。

由于切割结束时，切割线已经切入所述导电板300中，所述切割线200已离开被切割硅棒400，不存在切割线200的线弓仍留在硅棒400的情况，因此，本发明晶体硅的切割方法对于切割终点的判断准确率高，可有效避免产线上因切割终点判定失误造成的硅片崩缺、线痕等缺陷等问题，提高产品成品率，并且操作简单、易于实现。

作为本发明一个较佳实施例的举例，切割装置在切割硅棒400前，将所述导电板300、硅棒400按要求依次固定在所述工件固定板100上，连接好正极导线610和负极导线620。设定所述连接电阻3211总的电阻值700Ω，所述感应电阻3212总的电阻值为70Ω，平均分为35份，设置在所述检测电路320两端的电压为35V，设置信号检测控制系统电流值0.05A。

开始切割，此时所述导电板300中检测电路320是初始状态。也就是每个所述感应单元321为电阻值为20Ω的连接电阻3211和电阻值为2Ω的感应电阻3212并联连接，每个所述感应单元321总的电阻值为0.91Ω。所述检测电路320由35个电阻值为0.91Ω的所述感应单元321串联而成，串联电阻值为31.85Ω，此时，所述检测电路320中电流最大，也就是信号检测控制系统检测到的电流是1.10A。

随着切割地进行，切割线200切割完硅棒400继续切割所述导电板300，使得所有所述感应电阻3212均被切断，此时所述检测电路320为所有所述连接电阻3211串联，也就是总的连接电阻3211为最大值700Ω，此时所述检测电路320中电流值最小，这时信号检测控制系统检测到所述检测电路320电流值为0.05A，达到预设电流值，此时判断为所述导电板300被切割至预设位置，所述信号检测控制系统将停机的指令给切割机床，停止切割。

综上所述可知，本发明晶体硅切割方法及切割装置对于晶体硅的切割终点判断准确率高，有效避免产线上因切割终点判定失误造成的硅片崩缺、线痕等缺陷等问题，并且操作简单。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种晶体硅的切割方法，其特征在于，包括：

将硅棒置于切割机床的工件固定板上，并在硅棒和工件固定板之间设置一导电板；

开启切割，当导电板被切割至预定位置时，停止切割。

2.如权利要求1所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：通过信号检测控制系统连接所述导电板，并实时获取所述导电板是否被切割至预定位置时的信号。

3.如权利要求2所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：获取所述导电板是否被切割至预定位置时的信号，具体包括：实时获取所述导电板内的电流，并将该电流值与预设电流值进行比较；在获取到的电流达到预设电流值时，判断导电板已被切割至预定位置，则控制停止切割。

4.如权利要求3所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：所述导电板采用胶黏剂粘结固定在所述工件固定板上，所述硅棒也采用胶黏剂粘结固定在所述导电板上。

5.如权利要求1至4任一项所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：所述导电板具有绝缘基体和嵌设于绝缘基体内的检测电路，所述检测电路包括复数个依次串联连接的感应单元，每一感应单元具有在绝缘基体厚度方向间隔设置且并联连接的连接电阻和感应电阻，所述连接电阻相较感应电阻靠近所述工件固定板设置。

6.如权利要求5所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：复数个所述感应单元沿切割机床上的切割线排列方向排布。

7.如权利要求6所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：复数个所述感应单元的感应电阻位于同一平面内，并且依次串联连接。

8.如权利要求7所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：复数个所述感应单元的感应电阻采用导电胶一体涂覆形成。

9.如权利要求6所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：复数个所述感应单元的连接电阻也位于同一平面内，并且依次串联连接。

10.如权利要求9所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：复数个所述感应单元的连接电阻采用具有一定阻值的整体状金属片制成。

11.如权利要求6所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：串联连接后的所述连接电阻总阻值大于串联连接后的感应电阻的总阻值。

12.如权利要求6所述的晶体硅的切割方法，其特征在于：每一感应单元的连接电阻的阻值相同，每一感应单元的感应电阻的阻值也相同。

13.一种晶体硅切割装置，包括切割机床以及设置于切割机床上以承载待切割硅棒的工件固定板，其特征在于：所述晶体硅切割装置还包括夹设于工件固定板和待切割硅棒之间的导电板以及连接所述导电板的信号检测控制系统，所述信号检测控制系统实时监测导电板是否被切割至预定位置时的信号，并在导电板被切割至预定位置时控制所述切割机床停止切割。

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