CN202029257U

CN202029257U - 金刚石线锯装置

Info

Publication number: CN202029257U
Application number: CN2011201364134U
Authority: CN
Inventors: 宋京新
Original assignee: CHUANGYUAN DIAMOND Co Ltd GUILIN
Current assignee: CHUANGYUAN DIAMOND Co Ltd GUILIN; Guilin Champion Union Diamond Co Ltd
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2021-04-29

Abstract

本实用新型公开了一种切割硅锭的金刚石线锯装置，由金刚石锯丝相互平行缠绕在成组的导线轮上形成的线网的网面构成多层切割网面，各层切割面上的金刚石锯丝上下对齐，按切割顺序，各层切割网面金刚石锯丝的直径逐渐增大，其中金刚石锯丝的线径逐渐增粗，而其上附着的金刚石磨粒尺寸逐渐减小。本实用新型采用多组金刚石锯丝切割网面依次切割硅片的方法，将硅片的切割、精磨和抛光分工序由不同性质的金刚石锯丝按不同的运行参数完成，以获得更高的硅材料利用率，满足切割线缝越来越窄、硅片切割朝更薄发展要求。

Description

金刚石线锯装置

(一)技术领域：

本实用新型涉及脆硬非金属材料加工装置，具体说是一种切割硅锭的金刚石线锯装置。

(二)背景技术：

将单晶硅或者多晶硅的固体硅锭切割成硅片是太阳能光伏电池制造的关键工艺，硅锭首先被切成方块，然后被切成很薄的硅片。目前应用最常见、最为成熟的切片设备为多线锯，多线锯的工作区设置一组平行导线轮，锯丝相互平行缠绕在导线轮上形成一个以一定线速度运行的“口”字形切割线网(如图1所示)，该切割线网的上、下水平线网面为硅锭切割面，硅锭被固定于切割台上，切割台垂直通过上、下水平切割网面，多线锯边切割边向锯丝供应磨粒悬浮液的游离磨料，使硅锭被切割成硅片。

采用线锯机的切割方式，相比传统带锯切割、内圆锯片切割，在技术上有了极大的进步，但仍然存在着磨粒悬浮液对切割面上产生的表面裂纹及损伤层深度不易控制、磨粒和硅粉屑分离困难、作业环境恶劣、效率较低等问题。

固结磨料金刚石微粒线锯切割是试图解决上述问题所提出的新的加工方法，从目前的研究成果来看，固结磨粒金刚石微粒线锯具有硅粉屑易回收处理、作业环节好、切割表面损伤小、效率高、切片薄、偏厚均匀等优势。

所述固结磨料金刚石微粒线锯的固结方式主要有①树脂结合剂(含金属和非金属芯线)固结，②机械挤压(金属芯线)固结，③钎焊(金属芯线)固结，④电镀电沉积金属(金属芯线)固结等，各固结磨料金刚石微粒线锯具有不同的特点，但缺陷也明显：

①、树脂结合剂固结磨料金刚石微粒线锯，加工表面质量好，但效率不高，并且树脂耐热性差，固结强度较低，线锯线径易磨损，切缝变化大，硅片将可能因厚薄超差而增加后续加工成本。

②、机械挤压固结磨料金刚石微粒线锯，加工效率高，但芯线受到挤压破坏，强度下降而影响寿命，并且加工的表面粗糙度也难以保证。

③钎焊(金属芯线)固结磨料金刚石微粒线锯，加工效率高，但钎焊过程中温度高，破坏了芯线的强度和韧性，并且制造工艺复杂量产难度大。

④电镀电沉积金属(金属芯线)固结磨料金刚石微粒线锯，线径保持性好，加工质量尚不能够尽如人意，并且线锯易断造成切割成本较高。

在国内，上述四大类产品，部分在硅料切方得到应用，但在硅料切片的应用尚未得到普及，其主要原因是的金刚石多线锯采用同一种线丝对硅锭进行一次性切割加工，难以同时满足硅片表面质量、效率、寿命、性价比等指标要求，另外配套的设备性能及加工工艺也不尽完善。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的是提供了一种在切割硅片过程中用不同特性的金刚石线锯形成多次切割，满足硅片表面质量、效率、寿命、性价比等指标要求的金刚石线锯装置。

能够实现上述目的的金刚石线锯装置，包括金刚石锯丝，所不同的是沿切割进给方向，在一个切割工作面中，前后至少布置两条金刚石锯丝，或在一个以上相平行的切割工作面中，前后至少布置两组金刚石锯丝，同组中的金刚石锯丝相互平行形成一层切割网面；后一条或后一组金刚石锯丝的直径大于或等于前一条或前一组金刚石锯丝的直径。

所述切割网面是由一条或一条以上的长线金刚石锯丝于一组导线轮上缠绕而形成。

所述一组导线轮至少由两个导轮构成扁“方”形网面，或由三个导轮构成“三角”形网面，也可以由更多导线轮构成“多边”形网面。

按常规四个导线轮于四角设置而构成“方”形线网，所述“方”形线网为二组或二组以上，各组“方”形线网通过组合构成二层或二层以上切割网面。

以二层或三层切割网面为例：

所述两组“方”形线网嵌套成“回”形，或两组“方”形线网按沿切割进给方向前后排布。

所述三组“方”形线网相互嵌套；或由另一组“方”形线网沿切割进给方向排布于嵌套成“回”形的两组线网位置之前、后。

后一条或后一组金刚石锯丝的线径可等于但最好大于前一条或前一组金刚石锯丝的线径，后一条或后一组金刚石锯丝上附着的金刚石磨粒尺寸可等于但最好小于前一条或前一组金刚石锯丝上附着的金刚石磨粒尺寸。

相邻金刚石锯丝或相邻切割网面之间为平行关系，为更好消除金刚石锯丝的前次切割在硅片表面形成的切痕，相邻金刚石锯丝或相邻切割网面之间也可以形成一个夹角。

在硅片强度足够时，相邻金刚石锯丝或相邻切割网面的运行方向可以为同向，但为保持切割的稳定性，相邻金刚石锯丝或相邻切割网面的运行方向最好相反。

根据金刚石加工的基本原理，金刚石的粒径对切割效率和表面粗糙度起到决定性的作用，采用较粗的金刚石可以提高切割效率，但是表面粗糙度较差；采用较细的金刚石可以获得较好的表面粗糙度，但是切割效率却受到很大影响，因此各金刚石锯丝可以使用不同的参数独立运行，实现不同的金刚石锯丝对硅片的切割、精磨和抛光。因此采用本实用新型的技术方案，根据不同的切割、粗磨和精磨需求在不同的切割线网有选择性的安排与工艺对应的金刚石锯丝，使其线径和金刚石的粒径大小与工艺相适应，既提高切割效率，又满足表面粗糙度要求，使之适应硅片的切割朝着越来越大、越来越薄的方向发展。

本实用新型的优点：

本实用新型采用多组金刚石锯丝切割网面依次切割硅片的方法，将硅片的切割、精磨和抛光分工序由不同特性的金刚石锯丝按不同的运行参数完成，由于切割、精磨和抛光的加工余量依次大幅度下降，加工过程中对硅片的剪切力依次大幅度下降，有利于薄片的生成，从而可以获得更高的硅材料利用率，满足切割线缝越来越窄、硅片切割朝更大更薄发展要求，解决了金刚石粒度无法兼顾切割效率和表面粗糙度等问题，使金刚石粒度的选择更加广泛。

(四)附图说明：

图1为传统线锯机中，一种金刚石锯丝缠绕在一组(四个)导线轮上形成的一组“口”形线网的立体结构示意图。

图2为图1的正视图。

图3为本实用新型第一种实施方式的结构示意图。

图4为本实用新型第二种实施方式的结构示意图。

图5为本实用新型第三种实施方式的结构示意图。

图6为本实用新型第四种实施方式的结构示意图。

图7为本实用新型第五种实施方式的结构示意图。

图8为图3、图4、图5中，三种不同金刚石锯丝于同一硅缝中进行切割、精磨和抛光加工的示意图。

图号标识：1、固定硅棒的切割台；2、金刚石锯丝；3、导线轮。

(五)具体实施方式：

以三层切割网面和二层切割网面为例说明本实用新型金刚石线锯装置的技术方案。

1、三层切割网面切割硅片的工艺由上下对齐的三种金刚石锯丝2分别对同一硅缝进行切割、精磨和抛光，每层切割网面由一种长线金刚石锯丝2缠绕在一组导线轮3上形成的一组线网的网面形成，每组导线轮3按四角位置设置而形成“方”形线网，如图1、图2所示，“方”形线网中对应于固定硅棒的切割台1的上网面和下网面为切割网面。

A、三层切割网面的构成由三种金刚石锯丝2缠绕在三组导线轮3上形成的三组线网的网面形成，三组线网相互嵌套，如图3、图8所示，三层切割网面由下方三根金刚石锯丝2形成，固定硅棒的切割台1置于三层切割网面下方，切割、精磨和抛光顺序自外而内。

B、三层切割网面的构成由三种金刚石锯丝2缠绕在三组导线轮3上形成的三组线网的网面形成，二组线网相互嵌套成“回”形，“回”形线网上方为“方”形线网，如图4、图8所示，三层切割面由“方”形线网的下方金刚石锯丝2和“回”形线网上方二根金刚石锯丝2形成，固定硅棒的切割台1置于三层切割网面下方，切割、精磨和抛光顺序从“回”形线网自内而外，再经“方”形线网的下方金刚石锯丝2。

C、三层切割面的构成由三种金刚石锯丝2缠绕在三组导线轮3上形成的三组线网的网面形成，二组线网相互嵌套成“回”形，“回”形线网下方为“方”形线网，如图5、图8所示，三层切割面由“回”形线网下方二根金刚石锯丝2与“方”形线网的上方金刚石锯丝2形成，切割台1置于三层切割网面下方，切割、精磨和抛光顺序经“方”形线网的上方金刚石锯丝2后，再从“回”形线网自外而内。

上述A、B、C各项中，按切割顺序，各层切割面金刚石锯丝2的直径逐渐增大，其中金刚石锯丝2的线径逐渐增粗，其上附着的金刚石磨粒尺寸逐渐减小。

2、二层切割网面切割硅片的工艺由上下对齐的二种金刚石锯丝2分别对同一硅缝进行切割和磨削，每层切割网面由一种金刚石锯丝2缠绕在一组导线轮3上形成的一组线网的网面形成，每组导线轮3按四角位置设置而形成“方”形线网，如图1、图2所示，对应于固定硅棒的切割台1的上网面和下网面为切割面。

D、二层切割网面的构成由二种金刚石锯丝2缠绕在二组导线轮3上形成的二组线网的网面形成，二组线网相互嵌套成“回”形，如图6所示，二层切割面由下方二根金刚石锯丝2形成，固定硅棒的切割台1置于二层切割网面下方，切割和磨削顺序自外而内。

E、二层切割面的构成由二种金刚石锯丝2缠绕在二组导线轮3上形成的二组线网的网面形成，二组线网按上下位置排布成“吕”形，如图7所示，二层切割面由上方“方”形线网的下方的金刚石锯丝2和下方“方”形线网的上方金刚石锯丝2形成，切割台1置于二层切割网面下方，切割和磨削顺序经下方“方”形线网上方金刚石锯丝2至上方“方”形线网的下方金刚石锯丝2。

上述D、E各项中，按切割顺序，第一层切割网面金刚石锯丝2的直径逐渐增大，其中第二层金刚石锯丝2的线径大于第一层金刚石锯丝2的线径，第二层金刚石锯丝2线径上附着的金刚石磨粒尺寸小于第一层切割面金刚石锯丝2线径上附着的金刚石磨粒尺寸。

上述A、B、C、D、E各项中，相邻切割网面之间形成一定的夹角，相邻切割网面的运行方向相反。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果作进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.金刚石线锯装置，包括金刚石锯丝(2)，其特征在于：沿切割进给方向，在一个切割工作面中，前后至少布置两条金刚石锯丝(2)，或在一个以上相平行的切割工作面中，前后至少布置两组金刚石锯丝(2)，同组中的金刚石锯丝(2)相互平行形成一层切割网面；后一条或后一组金刚石锯丝(2)的直径大于或等于前一条或前一组金刚石锯丝(2)的直径。

2.根据权利要求1所述的金刚石线锯装置，其特征在于：所述切割网面由一条或一条以上长线金刚石锯丝(2)于一组导线轮(3)上缠绕而形成。

3.根据权利要求2所述的金刚石线锯装置，其特征在于：所述一组导线轮至少由两个导线轮(3)构成扁“方”形网面，或由三个导线轮(3)构成“三角”形网面，也可以由更多导线轮(3)构成“多边”形网面。

4.根据权利要求3所述的金刚石线锯装置，其特征在于：所述一组导线轮(3)于四角设置而构成“方”形线网。

5.根据权利要求4所述的金刚石线锯装置，其特征在于：所述“方”形线网为二组或二组以上，各组“方”形线网通过组合构成二层或二层以上切割网面。

6.根据权利要求5所述的金刚石线锯装置，其特征在于：所述两组“方”形线网嵌套成“回”形，或两组“方”形线网按沿切割进给方向前后排布。

7.根据权利要求5所述的金刚石线锯装置，其特征在于：所述三组“方”形线网相互嵌套；或由另一组“方”形线网沿切割进给方向排布于嵌套成“回”形的两组线网位置之前、后。

8.根据权利要求1～7中任意一项所述的金刚石线锯装置，其特征在于：后一条或后一组金刚石锯丝(2)的线径大于或等于前一条或前一组金刚石锯丝(2)的线径，后一条或后一组金刚石锯丝(2)上附着的金刚石磨粒尺寸小于或等于前一条或前一组金刚石锯丝(2)上附着的金刚石磨粒尺寸。

9.根据权利要求1～7中任意一项所述的金刚石线锯装置，其特征在于：相邻金刚石锯丝(2)或相邻切割网面之间有一个夹角。

10.根据权利要求1～7中任意一项所述的金刚石线锯装置，其特征在于：相邻金刚石锯丝(2)或相邻切割网面的运行方向相同或相反。