ES2916844T3 - Soporte para el corte por hilo con abrasivos unidos que comprenden un ensamblaje de diferentes materiales, sistema que comprende un tal soporte y una pieza y procedimientos de corte por hilo - Google Patents

Abstract

El objeto principal de la invención es un soporte (1) para el corte por abrasivos unidos de al menos una parte de corte hecho en un primer material, caracterizado en el sentido de que el soporte (1) se lleva a cabo mediante un ensamblaje diferentes materiales que comprenden al menos El primer material, el primer material del soporte (1) se distribuye inhomogénico con los otros materiales del soporte (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Soporte para el corte por hilo con abrasivos unidos que comprenden un ensamblaje de diferentes materiales, sistema que comprende un tal soporte y una pieza y procedimientos de corte por hilo

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo general del corte o aserrado por hilo con abrasivos unidos, especialmente por hilo diamantado, es decir que comprende granos de abrasivo, especialmente de diamantes, fijados en la superficie del o de los hilos. Se refiere particularmente al campo de los soportes de corte por hilo con abrasivos unidos.

La invención encuentra aplicaciones en numerosos campos de la industria, y por ejemplo en la industria de componentes electrónicos, ferritas, cuarzos y/o sílices, por ejemplo durante la obtención de finas rodajas de sustratos (denominadas «obleas» o más en general «wafers» en inglés) de materiales tales como los materiales semiconductores, por ejemplo el silicio cristalino utilizado especialmente para la fabricación de células fotovoltaicas, el corte del zafiro, la piedra o el carburo de silicio, o incluso otros materiales duros y frágiles.

Por tanto, la invención propone un sistema de soporte para el corte por hilos unidos asociados a una pieza por cortar, un procedimiento de corte por hilo con abrasivos unidos de un tal sistema, y su procedimiento de fabricación.

Estado de la técnica anterior

El documento US 2013/112185 A1 divulga un sistema que comprende un soporte para el corte por hilo con abrasivos unidos de al menos una pieza por cortar, siendo el soporte realizado por un ensamblaje de diferentes materiales,

Al menos una pieza por cortar, donde la pieza por cortar está realizada de un primer material semiconductor, y el primer material del soporte está distribuido de manera no homogénea con los otros materiales del soporte.

Los dispositivos de corte por hilo (o sierras de hilo) comprenden de manera convencional uno o más hilos de corte, presente(s) en forma libre o en forma de enrollamiento(s). En la mayoría de los casos, comprenden un hilo que forma una pluralidad de enrollamientos alrededor de órganos rotativos, definiendo así una capa de hebras del hilo, siendo estas hebras sustancialmente paralelas entre sí, siendo la capa de hebras del hilo aún más simplemente designada más adelante por la expresión «capa de hilo», estando hilo en singular. Por lo tanto, esta capa de hilo es susceptible de desplazarse según un movimiento continuo o alternativo en apoyo contra una pieza por cortar en varias rodajas, definiendo así una zona de corte. La zona de corte puede estar constituida de un conjunto de poleas o cilindros colocados de manera paralela. Estos cilindros denominados «guía de hilos» pueden estar grabados con una pluralidad de gorjas que definen el intervalo entre las hebras del hilo, en otras palabras, el espesor de las rodajas de cortar, una vez eliminado el espesor de la entalladura. La pieza por cortar se puede fijar sobre una tabla de soporte que se desplaza de manera perpendicular a la capa de hilo. La velocidad de desplazamiento define la velocidad de corte. La renovación del hilo, así como el control de la tensión, se puede realizar en una parte que define una zona de gestión del hilo, situada fuera de la zona de corte propiamente dicha.

El corte de la pieza se hace posible por los fenómenos de abrasión provocados entre el hilo y la pieza por cortar, eventualmente asistidos por la acción de un tercer elemento. Así, como se explica con más detalle más adelante, el agente que determina el corte por hilo puede, por ejemplo, estar constituido por un abrasivo fijado en el hilo (o unido al hilo), o un abrasivo libre llevado por chapoteo. En este último caso, el hilo solo actúa como transportador.

Además, durante el corte por hilo, un lubricante en forma fluídica es en general utilizado, tal como, por ejemplo, el agua, el agua mezclada con un aditivo, el polietilenglicol (PEG), o incluso un gel, entre otros.

Aunque esto no es de ninguna manera limitativo, la invención se refiere particularmente al corte del silicio cristalino para aplicaciones en el campo de la fotovoltaica y los semiconductores. En este contexto, los dispositivos de corte por hilo pueden ser utilizados en todas las etapas de corte del silicio implementadas para pasar del estado de simples lingotes al estado de la formación de sustratos (o «wafers» en inglés) destinados a la fabricación de células fotovoltaicas. Por tanto, más precisamente, estas etapas incluyen sucesivamente:

i) la etapa de briquetado (también llamada «squaring» en inglés) que corresponde al corte de los lingotes en ladrillos de sección normalizada;

ii) la etapa de recorte (también llamada «cropping» en inglés) que consiste en remover las partes superior e inferior de cada ladrillo que contienen precipitados de impurezas debido a la cristalización, y que no son deseables para las etapas de fabricación posteriores;

iii) la etapa de corte (o también «wafering» o «slicing» en inglés) que finalmente permite formar los sustratos u «obleas», a partir de los ladrillos truncados en sus partes superior e inferior, que presentan un espesor que varía de 100 a 300 |jm.

Por tanto, se han ilustrado en perspectiva, respectivamente con referencia a las Figuras 1A, 1B y 1C, las tres operaciones i) de briquetado, ii) de recorte y iii) de corte descritas más arriba de la fabricación de sustratos de silicio para la realización de células fotovoltaicas.

Por tanto, como se ilustra en la Figura 1A, cada lingote 30 de silicio se corta primero de manera matricial a lo de la etapa i) de briquetado por las hebras 10 del hilo de corte para la obtención de una pluralidad de ladrillos 31.

Luego, a lo largo de la etapa ii) de recorte ilustrada en la Figura 1B, cada ladrillo 31 se corta en sus partes inferior y superior para eliminar las impurezas resultantes de la cristalización.

Finalmente, como se ilustra en la Figura 1C, la etapa iii) de corte permite la obtención de una pluralidad de rodajas de sustratos 32 a partir de cada ladrillo 31.

También cabe señalar que las dos primeras etapas i) de briquetado y ii) de recorte pueden, si es necesario, ser efectuadas sin corte por hilo, y entonces por lo general, con la ayuda de una cuchilla diamantada.

Además, con base en el modo de abrasión puesto en juego, el corte por hilo se puede dividir en dos categorías principales que se describen más adelante.

En efecto, un primer tipo de corte por hilo está constituido por el corte con abrasivos libres. En este primer tipo de corte por hilo, los granos de abrasivo, en general del carburo de silicio, están incorporados a una solución específica, que contiene, por ejemplo, el polietilenglicol (PEG), que forma un líquido de corte (conocido bajo el nombre «slurry» en inglés). Este líquido de corte es luego vertido entre dos sólidos que se deslizan entre sí, en este caso el hilo de corte, típicamente de acero, sobre la pieza por cortar. Los granos de abrasivo son puestos en movimiento gracias al deslizamiento de los dos cuerpos entre sí, y, por tanto, esmerilan el material a través de múltiples microindentaciones provocadas por la rotación de las partículas abrasivas sobre la pieza por cortar. Por lo tanto, este primer tipo de corte por hilo corresponde a un caso de abrasión denominado «de tres cuerpos», constituidos por el hilo, los granos abrasivos y la pieza por cortar.

Además, un segundo tipo de corte por hilo está constituido por el corte con abrasivos unidos. En este segundo tipo de corte por hilo, los granos de abrasivo, en general diamantes (de ahí el nombre común de «corte por hilo diamantado»), se fijan en la superficie del hilo y luego llegan a rayar el material de la pieza por cortar. Este segundo tipo de corte por hilo corresponde, por lo tanto, a un caso de abrasión denominado «de dos cuerpos», constituidos por el hilo abrasivo y la pieza por cortar.

Este segundo tipo de corte por hilo, denominado en toda la descripción por la expresión «corte por hilo con abrasivos unidos» o incluso «corte por hilo diamantado» cuando los granos de abrasivo utilizados son diamantes, es de manera habitual la técnica de preferencia para el corte del silicio monocristalino. Se encuentra cada vez más en el mercado del corte para aplicaciones de tipo fotovoltaico.

En efecto, el corte por hilo con abrasivos unidos presenta numerosas ventajas en términos de rendimiento de corte en comparación con la técnica de corte con abrasivos libres descrita anteriormente, es decir, especialmente: una velocidad de corte más elevada, especialmente dos o tres veces más elevada que para la técnica de corte con abrasivos libres, una simplificación de los dispositivos de corte por hilo, la posibilidad de integración de módulos de reciclaje de residuos de corte.

Como se indica más adelante, la presente invención se refiere ventajosamente únicamente por esta técnica de corte por hilo con abrasivos unidos.

Además, para el corte con abrasivos libres, la pieza por cortar, por ejemplo, un ladrillo de silicio es de manera habitual pegada en un soporte de corte en forma de placa de vidrio. Por lo tanto, el hilo finaliza el corte atravesando aproximadamente el 50 % del espesor de la placa de vidrio de manera que el hilo esté completamente fuera de la pieza por cortar. Esta placa de vidrio está, en general, pegada a una placa de acero que permite el mantenimiento del conjunto en el dispositivo de corte por hilo.

En el contexto del corte por hilo con abrasivos unidos, la pieza por cortar, por ejemplo, un ladrillo de silicio está de manera habitual pegada en un soporte de corte que puede ser de diferente naturaleza, por ejemplo, epoxi o grafito, entre otros. En este caso, el vidrio no se utiliza ya que el hilo diamantado corta el vidrio con dificultad y la flecha del hilo, presente durante el corte, no puede reabsorberse correctamente en el vidrio. Por lo tanto, una parte del material que constituye el soporte de corte se encuentra en el líquido de corte después del corte, con el polvo de silicio cuando se recupera.

Además, como para el primer tipo de corte por hilo con abrasivos libres, durante el corte por hilo con abrasivos unidos, el hilo avanza en la pieza por cortar, en particular un bloque de silicio, luego en un soporte de corte de manera que esté seguro de que el hilo está completamente fuera de la pieza, de modo que las obleas (o «wafers» en inglés) pueden luego separarse del soporte. Este soporte de corte también está en general pegado, o incluso ensamblado, por ejemplo, por atornillado, a una placa de acero, lo que permite el mantenimiento del conjunto en el dispositivo de corte por hilo.

La composición de los soportes de corte se elige, en general, de tal modo que oponga menos resistencia al corte en el soporte que en la pieza por cortar, especialmente el silicio. Esto presenta la ventaja de permitir una recuperación rápida de la flecha del hilo cuando el hilo sale de la pieza, en particular del silicio. Sin embargo, esto también presenta inconvenientes, y especialmente los tres principales que se detallan más adelante.

En primer lugar, como se ilustra en la Figura 2 de manera esquemática según una vista frontal, durante los últimos momentos del corte, cuando el hilo 10 está principalmente en contacto con el material del soporte 1 de corte, que opone la menor resistencia al corte con respecto al material de la pieza, especialmente el silicio 30, la fuerza vertical ejercida por el hilo 10 sobre la corta longitud de silicio 30 que queda por cortar tiene la tendencia a arrancar el material, al nivel de una zona Zp de fuerte presión sobre el silicio 30, creando fragmentos en el borde de las obleas o «wafers». Con el fin de evitar este fenómeno de arrancamiento de material (también llamado «chiping» en inglés), se utiliza en general una ralentización del corte, lo que reduce la productividad del equipo.

Además, como se ilustra en la Figura 3 de manera esquemática según una vista longitudinal, teniendo en cuenta el hecho de que el hilo nuevo alimenta la capa de hilo en la entrada de la capa y que el hilo usado está situado en la salida de la capa, los hilos nuevos y usados no salen de la pieza por cortar, en particular del bloque de silicio 30, al mismo tiempo. Más precisamente, el hilo nuevo sale primero del silicio 30, y el hilo usado sale después. Por tanto, en esta Figura 3, la referencia 10a representa el hilo de salida de la capa que solo ha penetrado muy poco en el soporte 1 de corte, y la referencia 10b representa el hilo de entrada de la capa que ha penetrado en el soporte 1 de corte. Por lo tanto, cuando se utiliza un material más fácil de cortar que el silicio 30 para el soporte 1 de corte, que es por lo tanto el uso en el corte por hilo con abrasivos unidos, por lo tanto, el hilo de entrada se encuentra sin flecha, mientras que el hilo de salida puede, presentar una mas. Puede suceder, con base en el material cortado, especialmente de la composición utilizada, que no sea posible bajar el conjunto formado por la pieza de silicio 30 y el soporte 1 en la máquina, y que el hilo de salida no haya salido aún de la pieza de silicio 30. En este caso, es necesario efectuar idas y retornos con el hilo sin desplazar la tabla que soporta el conjunto, con el riesgo de que el hilo cizalle las finas láminas creadas en el soporte por el hilo en la entrada de la capa y que, por lo tanto, las obleas caigan en la máquina.

Además, la composición de los soportes de corte, que puede ser variada, puede contribuir a aumentar de manera significativa la contaminación de los polvos obtenidos, especialmente de los polvos de silicio, que luego se recuperan para reciclar.

Exposición de la invención

En consecuencia, existe una necesidad para proponer una solución optimizada de soporte de corte por hilo. Una tal al necesidad se hace experimentar especialmente en el contexto del corte por hilo con abrasivos unidos, especialmente por hilo diamantado, de materiales semiconductores, tales como el silicio para la obtención de sustratos en «obleas» («wafers» en inglés), especialmente con el fin de permitir mejorar o garantizar un buen estado de superficie de las obleas en su rodaja, permitir detectar el momento donde se reabsorbe la flecha del hilo o incluso indicar el momento donde finaliza el corte, de permitir evitar la caída de obleas en la entrada de la capa cuando la recuperación de la flecha dura demasiado tiempo, o incluso de permitir limitar la contaminación de los polvos de silicio resultantes del corte con el fin de reciclar.

La invención tiene por objetivo remediar al menos de manera parcial las necesidades mencionadas más arriba y los inconvenientes relativos a las realizaciones de la técnica anterior.

La invención se define por el conjunto de las características de la reivindicación 1.

De manera ventajosa, el soporte del sistema según la invención no es, por lo tanto, necesariamente más fácil de cortar que el material en el cual está realizada la pieza por cortar, a diferencia de las soluciones de la técnica anterior que utilizan un soporte realizado en un material más fácil de cortar que el de la pieza.

Por el término «hilo» se designan tres variantes de realización del corte por hilo, es decir: ya sea una capa de varios hilos, designada por la expresión «capa de hilos», que comprende varios hilos distintos, todos sustancialmente paralelos entre sí, formando cada hilo un arrollamiento alrededor de órganos rotativos; o ya sea un único hilo que forma un bucle único; o un único hilo enrollado varias veces para formar una pluralidad de enrollamientos alrededor de órganos rotativos, definiendo así una capa de hebras del hilo, todas sustancialmente paralelas entre sí, siendo esta capa de hebras del hilo designada por la expresión «capa de hilo», estando hilo en singular. Por lo tanto, la elección depende del tipo de dispositivo de corte por hilo.

Gracias a la invención, puede ser posible mejorar de manera significativa los estados de superficie de las obleas en su rodaja, es decir, una reducción del fenómeno de «chiping». También es posible aumentar la productividad del dispositivo de corte asociado con el soporte. Además, como se explica más adelante, puede ser posible permitir detectar el momento donde se reabsorbe la flecha del hilo o indicar el momento donde finaliza el corte. Además, puede ser posible limitar la contaminación de los polvos de silicio resultantes del corte con el hilo diamantado con el fin de reciclarlos. Además, como también se detalla más adelante, puede ser posible realizar una mejor limpieza de las obleas y/o facilitar el desprendimiento de las obleas del soporte, gracias a los soportes en los cuales están presentes los canales que permiten el paso de un líquido de limpieza.

El soporte de un sistema de corte por hilo según la invención también puede incluir una o más de las siguientes características tomadas de manera aislada o siguiendo cualquiera de las combinaciones técnicas posibles.

Muy particularmente, el soporte puede ser realizado a través de un ensamblaje de dos materiales diferentes, que comprenden el primer material y un segundo material, estando el primer material distribuido de manera no homogénea con respecto al segundo material.

De manera ventajosa, además del primer material, el soporte del sistema puede incluir un material, especialmente un segundo material, elegido entre: una resina epoxi, un material cerámico, el grafito, entre otros. En el caso de una resina epoxi, se puede seleccionar con el fin de permitir un corte fácil con el hilo de diamante y una contaminación mínima del polvo de silicio obtenido después del corte. El soporte también puede incluir un material, especialmente un segundo material, a base de: epóxidos, poliuretanos, poliésteres, poliestirenos, polietilenos, polipropilenos, poliamidas, polivinilos, entre otros. Este o estos materiales pueden o no ser modificados, por ejemplo, por inserción de un grupo orgánico.

Según la invención, la dicha al menos una pieza por cortar incluye un material semiconductor, especialmente el silicio.

Según la invención, el soporte también incluye un material semiconductor, especialmente el silicio, especialmente al menos una parte de silicio y/o a base de silicio, por ejemplo, un material compuesto que contenga silicio.

En particular, el soporte del sistema puede ser obtenido a través del corte de una placa de silicio a partir de un lingote de silicio, cuya geometría, es decir, el ancho y la longitud, depende del dispositivo de corte utilizado. Por lo tanto, esta placa puede ser pegada a una placa de acero que permite el mantenimiento del conjunto en el dispositivo de corte por hilo.

El soporte del sistema también se puede obtener por moldeo, siendo el silicio líquido colado en una lingotera que permite obtener el soporte de corte con la geometría deseada.

El soporte del sistema también se puede obtener por sinterización, siendo el polvo de silicio sinterizado en caliente en una lingotera que permite obtener el soporte de corte con la geometría deseada.

Además, el soporte del sistema puede incluir un ensamblaje de una placa realizada en el primer material, especialmente en el silicio, y de una placa realizada en el segundo material, estando las placas ensambladas, especialmente pegadas, entre sí.

En particular, el soporte del sistema puede estar formado por ensamblaje, especialmente pegado, de una placa de un soporte existente con una placa de silicio, de modo que el hilo atraviese, al final del corte, prácticamente solo el silicio.

Además, según la invención, el soporte del sistema está realizado de un segundo material cargado de polvo del primer material, siendo la densidad del primer material en el segundo material variable, estando especialmente realizado de epoxi cargado con polvo de silicio con una densidad variable del silicio en el epoxi, estando el epoxi cargado, especialmente, de silicio por inyección.

Además, el soporte del sistema puede incluir canales longitudinales de paso de un líquido de limpieza. Asimismo, el soporte puede incluir canales longitudinales, especialmente ranuras, de fijación mecánica a una placa, especialmente una placa de acero, en particular de un conjunto destinado para ser integrado a un dispositivo de corte por hilo. Tales canales se describen, por ejemplo, en la solicitud de patente americana US 2011/0100348 A1 en el contexto de soportes de corte de cerámica para una tecnología de corte con abrasivos libres. Por el contrario, de manera preferencial, la invención utiliza este tipo de canales para un soporte de corte de epoxi y para la tecnología de corte por hilo con abrasivos unidos, en particular el corte por hilo diamantado.

Además, el soporte del sistema puede incluir una o más partes que forman indicadores, realizados en un material diferente del primer material y de espesor igual al espesor del soporte, que permitan asegurar que el hilo de corte ya no está al nivel de la pieza por cortar cuando está presente al nivel de una parte que forma el indicador.

Además, el soporte del sistema puede presentar, a través de observación en vista frontal, una primera parte realizada en el primer material, destinada para estar en frente de la pieza por cortar, y una segunda parte realizada en un segundo material diferente del primer material, siendo el espesor de la primera parte disminuido desde los bordes laterales del soporte hacia la zona central del soporte, destinada para estar en frente de la pieza por cortar, y de manera opuesta para el espesor de la segunda parte.

Además, el sistema del soporte puede presentar, a través de observación en vista longitudinal, una primera parte realizada en el primer material, destinada para estar en frente de la pieza por cortar, y una segunda parte realizada en un segundo material diferente del primer material, siendo el espesor de la primera parte creciente desde un primer borde longitudinal del soporte hacia un segundo borde longitudinal del soporte, y de manera opuesta para el espesor de la segunda parte.

El soporte del sistema puede incluir un primer material, especialmente el silicio, y un segundo material, especialmente una resina epoxi, estando el segundo material especialmente cargado de polvos del primer material. La proporción del primer material con respecto al segundo material puede estar comprendida entre el 25 y el 200 % en masa, y de preferencia del orden del 100 % en masa.

Además, la invención también tiene por objetivo, según otro de sus aspectos, un conjunto, caracterizado porque incluye un soporte, tal como el definido anteriormente y una placa, especialmente una placa de acero, estando el soporte pegado a la dicha placa.

Además, la invención tiene por objetivo, según uno de sus aspectos, un sistema, caracterizado porque incluye un soporte, tal como el definido anteriormente y al menos una pieza por cortar realizada en un primer material semiconductor, especialmente el silicio.

Además, la invención aún tiene por objetivo, según otro de sus aspectos, un procedimiento de corte por hilo con abrasivos unidos de al menos una pieza por cortar, caracterizado porque se implementa por medio de un sistema, tal como el definido anteriormente, y porque incluye la etapa que consiste en hacer pasar el hilo de corte en un material del soporte cuya dificultad de corte es idéntica a la del corte de la dicha al menos una pieza por cortar.

La invención también tiene por objetivo, según otro de sus aspectos, un procedimiento de fabricación de un soporte de un sistema, tal como el definido anteriormente para el corte por hilo con abrasivos unidos de al menos una pieza por cortar realizada en un primer material, caracterizado porque incluye la etapa de realización del soporte por ensamblaje de diferentes materiales que comprenden al menos el primer material distribuido de manera no homogénea con los otros materiales del soporte.

El procedimiento puede incluir la etapa de utilización de silicio reciclado, procedente de polvos de silicio recuperados después de un corte por hilo con abrasivos unidos, para la fabricación del soporte.

El procedimiento aún puede incluir la etapa de utilización de una placa de silicio procedente del corte de un lingote de silicio, de moldeo y/o de sinterización, para la fabricación del soporte.

Breve descripción de los dibujos

La invención podrá comprenderse mejor con la lectura de la descripción detallada que sigue, ejemplos de implementación no limitativos de la misma, así como en el examen de las figuras, esquemáticas y parciales, del dibujo adjunto, en el cual:

- Las Figuras 1A, 1B y 1C ilustran respectivamente en perspectiva tres etapas convencionales de briquetado, de recorte y de corte de un material de silicio para la fabricación de sustratos de silicio con el fin de realizar células fotovoltaicas,

- La Figura 2 ilustra, según una vista frontal parcial, el fenómeno de arrancamiento de material provocado por el hilo de corte en la unión entre la pieza por cortar y el soporte de corte,

- La Figura 3 ilustra, según una vista longitudinal parcial, el recorrido de la capa de hilo en la pieza por cortar fijada al soporte de corte,

- La Figura 4 representa, según una vista frontal parcial, un ejemplo de soporte de corte de acuerdo con la invención, - La Figura 5 representa, según una vista longitudinal parcial, otro ejemplo de soporte de corte de acuerdo con la invención, con presencia de la pieza por cortar,

- La Figura 6 representa una variante de realización del soporte de corte de la Figura 5,

- La Figura 7 representa una variante de realización del soporte de corte de la Figura 4,

- La Figura 8 representa, según una vista frontal parcial, un ejemplo de conjunto que comprende un soporte de corte de acuerdo con la invención, ensamblado con una placa de acero para su posicionamiento en un dispositivo de corte por hilo, y

- Las Figuras 9A y 9B son imágenes de microscopía electrónica de barrido (MEB) que representan respectivamente el polvo de silicio puro y el polvo de silicio resultante del corte.

En el conjunto de estas figuras, se pueden designar referencias idénticas de los elementos idénticos o similares. Además, las diferentes partes representadas en las figuras no están necesariamente según una escala uniforme, para hacer las figuras más legibles.

Exposición detallada de modos de realización particulares

Las Figuras 1A a 3 ya han sido descritas anteriormente en la parte relativa al estado de la técnica anterior.

Las Figuras 4 a 8 descritas más adelante pretenden ilustrar los ejemplos de realización de acuerdo con la invención de soportes 1 de corte por hilo con abrasivos unidos.

De manera preferencial y en aplicación de todos los ejemplos descritos más adelante, el término «hilo» designa, en este caso, una capa de hilo.

Además, los granos de abrasivo fijados en el hilo son de manera preferencial granos de diamante, de modo que los soportes de un sistema según la invención pueden considerarse como soportes 1 de corte por hilo diamantado.

Además, la pieza 30 de cortar incluye un material semiconductor frágil, tal como el silicio cristalino, y el corte de esta pieza 30 se efectúa con el fin de fabricar módulos fotovoltaicos.

Por supuesto, todas las elecciones mencionadas más arriba no limitan de ninguna manera la invención, tal como se define por las reivindicaciones.

Durante el corte de los ladrillos de silicio en obleas, se pierde actualmente una gran parte del silicio. Incluso con un procedimiento de corte según la técnica anterior, previendo especialmente un espesor de aproximadamente 180 pm para las obleas y un diámetro del hilo de aproximadamente 80 pm, se estima que aproximadamente el 36 % del silicio se pierde durante el corte, es decir que las virutas de silicio se mezclan con el líquido de corte, constituido principalmente de agua y de aditivos químicos.

Con la tecnología de corte con abrasivos libres, los estudios sobre el reciclaje del silicio muestran que este reciclaje no es interesante, ni de manera económica, ni ambientalmente. En efecto, el coste del reciclaje es demasiado elevado, los rendimientos son demasiado bajos, y esto obliga a la utilización de productos químicos peligrosos.

Por el contrario, con la tecnología de corte por hilo con abrasivos unidos, el reciclaje puede resultar interesante desde varios puntos de vista. En particular, los inventores han señalado que era posible recuperar un polvo de silicio de buena calidad. También han constatado que, por ejemplo, para un soporte de corte realizado de epoxi cargado con partículas de alúmina, que por lo tanto contienen los elementos químicos de aluminio (Al), sodio (Na) y fósforo (P), el cruce del soporte por el hilo diamantado, constituido de un núcleo de acero que contiene hierro (Fe) y de un revestimiento de níquel (Ni) que contiene partículas de diamante, al final del corte genera una importante contaminación del polvo de silicio con los elementos Al, Na y P. Esta constatación podría ser establecida haciendo una comparación de la composición química del polvo recogido al detener el sistema de filtración, especialmente la centrifugación, permitiendo recoger el polvo antes de que el hilo corte el soporte de epoxi o dejando la centrifugación hasta el final del corte, en otras palabras, permitiendo al soporte de epoxi ser cortado.

Sin embargo, para evitar la contaminación del polvo de silicio con Al, Na y P, la detención de la centrifugación o cualquier otro sistema de filtración para recoger el polvo en línea justo antes de que el hilo corte el soporte no es una solución muy práctica en un entorno industrial. En efecto, numerosas máquinas funcionan en general al mismo tiempo, que puedan utilizar un sistema centralizado de alimentación de líquido de corte, y la gestión de la detención de la filtración en varios equipos y evitar la contaminación del de líquido de corte «limpio» por un líquido de corte «contaminado» sería por lo tanto muy difícil de realizar, incluso prácticamente imposible de hacer.

Además, ahora se describirán, con referencia a las Figuras 4 a 8, los soportes 1 de los sistemas de acuerdo con la invención que permiten responder, al menos en parte, a las necesidades expuestas anteriormente.

En primer lugar, con referencia a la Figura 4, se representa, según una vista frontal parcial, un primer ejemplo de soporte 1 de corte de un sistema de acuerdo con la invención.

El soporte 1 está realizado por el ensamblaje de una primera parte P1 en un primer material con una segunda parte P2 en un segundo material, estando el primer material en una configuración no homogénea con respecto al segundo material.

De manera preferencial, el primer material es el silicio, en cuanto a la pieza 30 por cortar. El segundo material puede ser un material utilizado de manera convencional para un soporte de corte, o bien un material cuyo corte sea más fácil que para el silicio, por ejemplo, una resina epoxi, el grafito, un material cerámico, entre otros. También puede tratarse de un material a base de epóxidos, poliuretanos, poliésteres, poliestirenos, polietilenos, polipropilenos, poliamidas, polivinilos, entre otros, que pueden o no ser modificados, por ejemplo, por inserción de un grupo orgánico.

De manera ventajosa, el silicio que constituye el primer material puede proceder de un reciclado de polvo de silicio resultante de un anterior corte por hilo diamantado.

En este ejemplo de realización de la Figura 4, el soporte 1 presenta, a través de observación en vista frontal, una primera parte P1, destinada para estar en frente de la pieza 30 por cortar, cuyo espesor Ep1 es decreciente desde cada borde lateral Ls del soporte 1 hacia la zona central ZC del soporte 1, destinada para estar en frente de la pieza 30 por cortar. El espesor Ep2 de la segunda parte P2 es por su parte creciente desde cada borde lateral Ls del soporte 1 hacia la zona central ZC del soporte 1. De esta manera, la interfaz entre los materiales primero y segundo forma una «V» invertida. Por tanto, la dificultad de corte del soporte 1 se adapta longitudinalmente, siendo este último más difícil de cortar en sus extremos laterales Ls que al nivel de su parte central ZC.

A continuación, la Tabla 1 ilustra ejemplos de espesores mínimo, máximo o preferencial con base en el material elegido para la primera parte P1 y la segunda parte P2:

^{Tabla 1}

En el ejemplo de la Figura 5, el soporte 1 incluye una primera parte P1' en un primer material, que puede ser similar a la del ejemplo de la Figura 4, y una segunda parte P2' en un segundo material, que puede ser similar a la del ejemplo de la Figura 4.

En este ejemplo, el soporte 1 presenta, a través de observación en vista longitudinal, una primera parte P1' cuyo espesor Epr es creciente desde un primer borde longitudinal Is1 del soporte 1 hacia un segundo borde longitudinal Is2 del soporte 1, mientras que el espesor Ep2' de la segunda parte P2' es por su parte decreciente desde este mismo primer borde longitudinal Is1 del soporte 1 hacia este mismo segundo borde longitudinal Is2 del soporte 1.

Por tanto, la dificultad de corte del soporte 1 es en primer lugar la más baja al comienzo del corte, luego aumenta hasta que es máxima al final del corte.

Retomando respectivamente para P1', P2', Epr Ep2' los ejemplos dados anteriormente en la tabla 1 para P1, P2, Ep1 Ep2, a continuación, la Tabla 2 ilustra ejemplos de espesores mínimo, máximo o preferencial obtenidos:

Tabla 2

El ejemplo de realización de la Figura 6 es una variante de la de la Figura 5. En este ejemplo, el soporte 1 incluye partes que forman indicadores 3, realizadas en un material diferente al primer material. Este material puede ser el mismo que el segundo material, como es en este caso, o incluso ser diferente de los materiales primero y segundo. De manera ventajosa, el material de los indicadores 3 presenta una dificultad de corte más baja que la del primer material, por lo tanto, el silicio.

El espesor Et de los indicadores 3 es ventajosamente igual al espesor Es del soporte 1. Como resultado, al nivel de un indicador 3, el hilo de corte puede salir más fácilmente de la pieza 30 por cortar. En otras palabras, los indicadores 3 permiten asegurar que el hilo de corte ya no esté al nivel de la pieza 30 por cortar cuando esté presente al nivel de un indicador 3. Los indicadores 3 pueden o no estar regularmente distribuidos de manera longitudinal sobre el soporte 1. Están, como en este ejemplo, de manera preferencial situados al nivel de los extremos longitudinales del soporte 1 y eventualmente al nivel de su parte central.

Retomando los valores tomados para P1, P2, Ep1, Ep2, P1', P2', Epr y Ep2' en las anteriores tablas 1 y 2, el espesor Et puede tener un espesor mínimo de 0 mm, un espesor máximo de 19 mm, y un espesor preferencial de 19 mm.

Además, el ejemplo de realización de la Figura 7 es una variante de la de la Figura 4. En este ejemplo, el soporte 1 incluye canales 5 longitudinales de paso de un líquido de limpieza, que están, por ejemplo, distribuidos de manera regular en el soporte 1, que pueden solaparse sobre las partes primera P1 y segunda P2.

Además, el soporte 1 también incluye unas ranuras 6 de fijación mecánica a una placa 50 de acero, correspondiente a la placa que lleva el soporte 1 en el dispositivo de corte por hilo.

De manera ventajosa, estas ranuras 6 de fijación permiten un fácil ensamblaje mecánico del soporte 1 a la placa 50, y los canales 5 longitudinales de paso de un líquido de limpieza permiten una limpieza eficaz de las obleas de silicio.

La Figura 8 representa, según una vista frontal, un ejemplo de conjunto 40 que comprende una placa 50 de acero, un soporte 1 de acuerdo con la invención y un bloque de silicio 30 por cortar.

El soporte 1 es por ejemplo un soporte de epoxi cargado de polvo de silicio por inyección.

En comparación con un soporte de epoxi cargado de alúmina, el soporte 1 realizado de epoxi cargado de silicio presenta varias ventajas. Especialmente, puede permitir recuperar un polvo de silicio menos contaminado que cuando se utiliza un soporte convencional, sin tener que detener el sistema de filtración, por ejemplo, la centrifugación, antes del final del corte, permitiendo a la vez una mejor limpieza de las obleas y evitando el fenómeno de arrancamiento de material (o «chiping»). En efecto, el soporte 1, tal como se representa en la Figura 8, permite, una vez finalizado el corte, hacer pasar boquillas de aspersión de líquido de limpieza por el interior de los canales 5 longitudinales de paso, lo que permite hacer pasar el líquido entre cada oblea y, por lo tanto, permite obtener un mejor estado de superficie, y una mejor limpieza. Este soporte 1 también permite evitar el pegado y el desprendimiento del soporte de la placa 50 de acero debido a un ensamblaje mecánico por medio de las ranuras 6 de fijación.

Además, las Figuras 9A y 9B son imágenes de microscopía electrónica de barrido (MEB) que representan respectivamente el polvo de silicio puro y el polvo de silicio resultante del corte.

A través de la comparación de estas imágenes, se constata que las morfologías del silicio puro y del silicio resultante del corte son diferentes.

Además, existe una diferencia estructural/morfológica entre el polvo de silicio puro, que presenta una morfología esférica, y el polvo de silicio recuperado después de un corte por hilo, que presenta una morfología de tipo virutas.

Por supuesto, la invención no se limita a los ejemplos de realización que se acaban de describir. Los expertos en la técnica pueden realizar diversas modificaciones en el contexto de la invención, tal como se define por las reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Sistema que comprende:

- un soporte (1) para el corte por hilo (10) con abrasivos unidos de al menos una pieza (30) de cortar, estando el soporte (1) realizado por un ensamblaje de diferentes materiales,

- al menos una pieza (30) de cortar, estando la pieza (30) de cortar realizada de un primer material semiconductor, el ensamblaje de diferentes materiales del soporte comprende al menos el primer material de la pieza, y el primer material del soporte (1) se distribuye de manera no homogénea con los otros materiales del soporte (1), estando el soporte (1) realizado de un segundo material cargado de polvo del primer material, siendo la densidad del primer material en el segundo material variable.

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el soporte (1) está realizado por un ensamblaje de dos materiales diferentes, que comprende el primer material y el segundo material, estando el primer material distribuido de manera no homogénea con respecto al segundo material.

3. Sistema según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el soporte (1) incluye el silicio, especialmente al menos una parte de silicio y/o a base de silicio, por ejemplo, un material compuesto que contiene el silicio.

4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte (1) incluye un ensamblaje de una placa realizada en el primer material, especialmente de silicio, y de una placa realizada en el segundo material, estando las placas ensambladas, especialmente pegadas, entre sí.

5. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte (1) está realizado de epoxi cargado de polvo de silicio con una densidad variable del silicio en el epoxi, estando el epoxi especialmente cargado de silicio por inyección.

6. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte (1) incluye unos canales (5) longitudinales de paso de un líquido de limpieza.

7. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte (1) incluye unos canales (6) longitudinales, especialmente ranuras, de fijación mecánica a una placa (50), especialmente una placa de acero.

8. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte (1) incluye una o más partes que forman indicadores (3), realizados de un material diferente al primer material y de espesor (Et) igual al espesor (Es) del soporte (1), permitiendo asegurar que el hilo de corte ya no esté al nivel de la pieza (30) de cortar cuando está presente al nivel de una parte que forma un indicador (3).

9. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte (1) presenta, por observación en vista frontal, una primera parte (P1) realizada en el primer material, destinada para estar en frente de la pieza (30) de cortar, y una segunda parte (P2) realizada en el segundo material diferente del primer material, siendo el espesor (Ep-i) de la primera parte (P1) decreciente desde los bordes laterales (Ls) del soporte (1) hacia la zona central (ZC) del soporte (1), destinada para estar en frente de la pieza (30) de cortar, y de manera opuesta para el espesor (Ep2) de la segunda parte (P2).

10. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte (1) presenta, por observación en vista longitudinal, una primera parte (P1') realizada en el primer material, destinada para estar en frente de la pieza (30) de cortar, y una segunda parte (P2') realizada en el segundo material diferente del primer material, siendo el espesor (Epr) de la primera parte (P1') creciente desde un primer borde longitudinal (U-i) del soporte (1) hacia un segundo borde longitudinal (U2) del soporte (1), y de manera opuesta para el espesor (Ep2) de la segunda parte (P2').

11. Procedimiento de corte por hilo (10) con abrasivos unidos de al menos una pieza (30) de cortar, caracterizado porque se implementa por medio de un soporte (1) de corte por hilo (10) de un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y porque incluye la etapa que consiste en hacer pasar el hilo (10) de corte en un material del soporte (1) cuya dificultad de corte es idéntica a la del corte de la dicha al menos una pieza (30) de cortar.

12. Procedimiento de fabricación de un soporte (1) de un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 para el corte por hilo (10) con abrasivos unidos de al menos una pieza (30) de cortar realizada en el primer material, caracterizado porque incluye la etapa de realización del soporte (1) por ensamblaje de diferentes materiales que comprenden al menos el primer material distribuido de manera no homogénea con los otros materiales del soporte (1).

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque incluye la etapa de utilización de silicio reciclado, procedente de polvos de silicio recuperados después de un corte por hilo con abrasivos unidos, para la fabricación del soporte (1), y/o la etapa de utilización de una placa de silicio procedente del corte de un lingote de silicio, de moldeado y/o de sinterización, para la fabricación del soporte (1).