TW201304924A - 線切割裝置的主輪結構、其製作方法及線切割裝置 - Google Patents

Abstract

一種線切割裝置的主輪結構，包含：一主輪本體，其具有相對的一入線端及一出線端；多個成型於該主輪本體的環狀之溝槽；其中，該些溝槽在鄰近該出線端具有第一態樣之溝槽型態，該些溝槽在鄰近該入線端具有第二態樣之溝槽型態，所述的第一態樣之溝槽型態係實質地為正V形溝槽型態，其可用於補償在出線端之因線損而形成之線徑較小的線材。

Description

線切割裝置的主輪結構、其製作方法及線切割裝置

本發明係有關於一種主輪結構、其製作方法及線切割裝置，尤指一種線切割裝置的主輪結構、其製作方法及線切割裝置。

太陽能電池目前主要分為結晶矽太陽能電池及非晶矽太陽能電池，其中結晶矽太陽能電池之矽晶片係由矽晶碇切片而來。矽晶碇切片製做矽晶圓的常見方法係利用線切割裝置進行自由磨粒的切削作業，例如線切割裝置通常包括可旋轉的兩個導輪及裝配在導輪之平行導槽上的線材，使形成多段的平行線鋸；而在切削作業時將內含切削粉(如碳化矽等)之切削液澆注於平行線鋸上，此時利用馬達等牽動平行線鋸使切削粉與矽晶錠接觸磨擦而產生切割，以將矽晶碇切成均勻薄片。

但為了提高矽晶碇切片的切削速率，前述導輪的長度日益提升，而導致溝槽因CNC加工的問題而出現不一致的態樣。例如，如圖1所示，CNC車床刀具由入線端111處開始進行溝槽加工，當加工至出線端112處時，會因車刀磨損導致出線端112之溝槽出現偏心(如圖1B所示)、毛邊、突起、不對稱等問題，而有別於圖1A所示之正V形之溝槽型態。因此，當應用於切削作業時，在出線端112處之線材會因線損而形成較小的線徑，而較小線徑之線材容易因出線端112之較差的溝槽而產生諸多問題，例如，線材的晃動程度加遽，使所切割之晶片產生波浪狀，甚至出現因線材之跳溝所導致之厚度不一致的晶片切片；亦可能造成切削作業之線材搭線、斷線的問題，均使得晶片切片的良率下降。

為了解決上述問題，有業者利用線損的比例將溝槽的寬度由入線端111向出線端112進行縮小，例如CN 101879759等專利案，其利用測量出鋼線每增加1個單位的磨損量時，相應的導輪之溝槽的間距依次縮小0.5至1個單位。但是此作法相當繁複，操作者必須花費相當多的時間量測線材的線損，且不同的溝槽寬度亦造成加工上的難度。換言之，目前的改善方法均會造成成本的增加，且未必能有效達到提高切片品質與良率。

本發明之目的之一，在於提供一種線切割裝置的主輪結構及其製作方法，本發明所製作之線切割裝置的主輪結構可有效補償在出線端之因線損而形成小線徑之鋼線，例如避免因較差的溝槽使鋼線晃動程度變大的問題，進而提高晶圓切片的良率。

本發明實施例係提供一種線切割裝置的主輪結構，包含：一主輪本體，其具有相對的一入線端及一出線端；多個成型於該主輪本體的環狀之溝槽；其中，該些溝槽在鄰近該出線端具有第一態樣之溝槽型態，該些溝槽在鄰近該入線端具有第二態樣之溝槽型態，所述的第一態樣之溝槽型態係實質地為正V形溝槽型態。

本發明實施例係提供一種線切割裝置的主輪結構之製作方法，係包括以下步驟：步驟一：提供一主輪結構，其具有一主輪本體，該主輪本體上具有相對的一入線端及一出線端；以及步驟二：利用一切割方法在該主輪本體上成型多個環狀之溝槽，其中該些溝槽在鄰近該出線端具有第一態樣之溝槽型態，該些溝槽在鄰近該入線端具有第二態樣之溝槽型態，所述的第一態樣之溝槽型態係實質地為正V形溝槽型態。

本發明實施例係提供一種線切割裝置，包括：至少兩相對設置之導輪，該兩導輪均具有相對的一入線端、一出線端及一成型於該導輪的環狀之溝槽，其中，該兩導輪的至少其中之一的該些溝槽在鄰近該出線端具有第一態樣之溝槽型態，該些溝槽在鄰近該入線端具有第二態樣之溝槽型態，所述的第一態樣之溝槽型態係實質地為正V形溝槽型態；至少一線材，沿著該些溝槽纏繞於該兩導輪之間，以形成多條平行切線。

本發明具有以下有益的效果：本發明係提出一種簡單、不增加開溝複雜度的主輪結構之製作方法，利用該方法所製作之主輪結構可以提升切片總良率，並延長主輪結構之使用壽命，進而達到節省成本的目的。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明提出一種線切割裝置的主輪結構及其製作方法，本發明所提出之主輪結構在出線端具有較佳的溝槽態樣，所述之較佳的溝槽可補償在切片過程中因線損所導致之切削線材線徑變小、切削液品質降低的問題，使整體切片作業具有較高的切片良率。

本發明所提出的線切割裝置的主輪結構之製作方法包括以下步驟，請參考圖2至圖2B：

步驟一：提供一主輪本體11，其具有相對的一入線端111及一出線端112。在本具體實施例中，主輪本體11係由金屬軸心及批覆於該金屬軸心上之高分子層(圖未示)，如聚氨脂塑料層所組成。

步驟二：利用一切割方法在該主輪本體11上成型環狀之溝槽12，該些溝槽12在鄰近出線端112具有第一態樣之溝槽型態12B，該些溝槽12在鄰近該入線端111具有第二態樣之溝槽型態12A，所述的第一態樣之溝槽型態12B係實質地為對稱溝槽型態，例如U形溝槽型態或正V形溝槽等等，其中U形溝槽型態的底面可以是平面狀(即類似於倒ㄇ形)或圓弧狀等等，而本實施例之正V形溝槽的底面是平面狀，但正V形溝槽的底面亦可以是平面狀或圓弧狀等等；換言之，主輪本體11上在鄰近出線端112處具有較佳的溝槽態樣。在本具體實施例中，係利用機械加工方法，如CNC加工由該出線端112朝該入線端111進行切割、切削等加工，以在該主輪本體11之高分子層上成型環狀(或稱螺旋狀)之該些溝槽12，藉由自出線端112往入線端111之方向進行切割，即可使出線端112處具有較佳的溝槽態樣。更具體地說，當CNC加工開始時，由於加工用的切割刀具處於初始的狀態，故由出線端112處所開始之加工可製作出較佳的溝槽型態12B，而隨著加工的持續進行，切割刀具可能出現被磨耗、磨損的現象，使得後續所製作的溝槽出現較差的溝槽型態12A。

值得說明的是，在本具體實施例中，第一態樣之溝槽型態12B係實質地為正V形溝槽型態，換言之，本發明定義正V形之溝槽型態為較佳的溝槽，如圖2A所示，正V形溝槽型態之夾角α係介於約30至75度之間，相鄰溝槽之間距W係約為0.250 mm(毫米)至0.370 mm，而溝深T係約為160 um(微米)至300 um。

另外，如圖2A所示，在本實施例中，第二態樣之溝槽型態12A為一種偏心的V形溝槽，但不以此為限，例如圖5所示之具有毛邊、突起、不對稱等現象者均可被認定為較差的溝槽型態12A，更廣義地說，在本發明中只要是非正V形、非對稱的溝槽均可被認定為較差的第二態樣之溝槽型態12A。

據此，根據上述步驟之後，本發明即可製作出一種線切割裝置的主輪結構，主輪結構具有入線端111及出線端112，且主輪結構上成型有環狀之溝槽12；再者，位於入線端111及出線端112之溝槽12在型態上會出現差異，該差異係由前述之機械加工的過程所導致的，更具體的說，溝槽12在鄰近該出線端112具有第一態樣之溝槽型態12B，而溝槽12在鄰近該入線端111具有第二態樣之溝槽型態12A，所述的第一態樣之溝槽型態12B係為一種較佳的溝槽態樣，例如一種正V形之溝槽型態。

本發明更提出一種線切割裝置，其主要由導輪(即前述之主輪結構)與線材21所構成。請參考圖3、圖3A、圖3B；本具體實施例之線切割裝置，例如一晶片切割機，其包括兩導輪以及線材21，該兩導輪可安裝於一固定基座上且彼此相對設置，而線材21纏繞於兩導輪之間。如圖所示，該兩導輪可為互相平行設置，而每一導輪上具有多個環形之溝槽12。較佳地，溝槽12可為等間距排列，而線材21係沿著環形之溝槽12纏繞於兩導輪之間，以形成多條平行切割線。在本實施例中，線材21的數量可為一條，其沿著環形之溝槽12往返纏繞於兩導輪之間，以形成上述多條平行切割線；而在另一變化實施例中，所述的平行切割線亦可由多條線材21所纏繞構成。另外，本發明亦不限定該兩導輪的結構是否完全相同，例如該兩導輪之一可為本發明所提出之主輪結構，而另一則為傳統的主輪；又或者該兩導輪均為本發明所提出之主輪結構。

值得說明的是，該兩導輪之入線端均有入線標記(圖未示)，該入線標記的目的在於使操作員在安裝該兩導輪時必須將入線端對應地安裝於固定基座上的入線位置，換言之，該兩導輪的安裝方向是不可被任意更動的。

再一方面，本發明之線切割裝置更進一步包括至少一切削液供應模組(圖未示)，其係對應於該兩導輪，以將混有磨粒之漿料(slurry)供給至待切割位置，並藉由線材21進行切割作業，而在本具體實施例中，該漿料可由耐磨粒子，如碳化矽(SiC)顆粒等與溶劑如含有PG/DEG/PAG/PEG等等之乙二醇(glycol)所組成。

當本發明之線切割裝置開始進行切割作業時，例如將一矽晶碇切割為適當厚度之矽晶圓，雖然鄰近該入線端111處的溝槽型態12A係為偏心、具有毛邊等略有瑕疵之溝槽12，但由於切割作業處於啟始狀態，線材21與漿料S(如圖4A所示)均具有相當良好的切割能力，例如線材21(未標示於圖中)之直徑D仍未被大量磨耗而縮小(本具體實施例之直徑D可介於約100 um至140 um)，漿料S中的碳化矽顆粒之濃度亦相當足夠進行切割作業；換言之，雖然在切割作業初期，主輪結構上的溝槽12是屬於較差的第二態樣之溝槽型態12A，但搭配狀況較佳的線材21與漿料S仍可順利地進行晶圓切割。而隨著切割作業的進行，當線材21已被長時間使用，造成直徑D′被大量磨耗而縮小(如圖4A、4B所示，其中直徑D′小於直徑D)，且漿料S′中的碳化矽顆粒濃度亦被大量消耗而造成切削能力下降，然而，本發明之出線端112之第一態樣之溝槽型態12B即可用於補償前述線材21與漿料S′的消耗問題，例如較佳的溝槽型態12B可將線材21穩定地固定於溝槽12，即可避免線材跳溝的問題，另外，也可以解決因溝槽深度不同所造成之細線化而導致之晶片線痕、不均及碎邊等不良切割問題。

請參考下表一，其顯示本發明之線切割裝置與傳統之線切割裝置進行晶圓切片時的良率比較。其中，本發明之線切割裝置可有效降低總良率、總破片、不均、線痕、碎邊等缺陷發生之比例，進而將切片總良率提升約1.18%，亦可降低切削作業之線材搭線、斷線的情況。

再者，由於傳統的開溝方式會造成較差的線材21與漿料S′搭配較差的第二態樣之溝槽型態12A，故使操作員必須在一定操作時間下就進行主輪結構的更換，以降低較差的線材21與漿料S′可能造成的切片缺陷，例如線材21跳溝所導致晶片厚度過厚或線材21在較差的第二態樣之溝槽型態12A中跳動所導致晶片上出現波浪狀切割紋路等等。經過具體的實測數據，應用本發明之方法可將主輪結構的更換頻率由200小時延長至380小時，換言之，本發明可延長主輪結構的使用壽命約90%。另一方面，由於本發明可延長主輪結構的使用壽命，故主輪結構進行重製，例如包膠、開溝、運送等的成本即可有效被控制。

以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效技術變化，均包含於本發明之範圍內。

11．．．主輪本體

111．．．入線端

112．．．出線端

12．．．溝槽

12A．．．第二態樣之溝槽型態

12B．．．第一態樣之溝槽型態

21．．．線材

α．．．夾角

W．．．間距

T．．．溝深

S、S′．．．漿料

D、D′．．．直徑

圖1係顯示傳統的主輪結構之示意圖。

圖1A係顯示傳統的主輪結構在入線端之溝槽的示意圖。

圖1B係顯示傳統的主輪結構在出線端之溝槽的示意圖。

圖2係顯示本發明的主輪結構之示意圖。

圖2A係顯示本發明的主輪結構在入線端之溝槽的示意圖。

圖2B係顯示本發明的主輪結構在出線端之溝槽的示意圖。

圖3係顯示本發明之線切割裝置的示意圖。

圖4A係顯示本發明在入線端之溝槽與線材、漿料的示意圖。

圖4B係顯示本發明在出線端之溝槽與線材、漿料的示意圖。

圖5係顯示各種不同之較差的溝槽態樣的示意圖。

112．．．出線端

12．．．溝槽

12B．．．第一態樣之溝槽型態

α．．．夾角

W．．．間距

T．．．溝深

Claims (16)

1. 一種線切割裝置的主輪結構，包含：一主輪本體，其具有相對的一入線端及一出線端；多個成型於該主輪本體的環狀之溝槽；其中，該些溝槽在鄰近該出線端具有第一態樣之溝槽型態，該些溝槽在鄰近該入線端具有第二態樣之溝槽型態，所述的第一態樣之溝槽型態係實質地為對稱溝槽型態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之線切割裝置的主輪結構，其中所述之對稱溝槽型態係為一種正V形溝槽型態，其具有介於30至75度之間的夾角。
3. 如申請專利範圍第2項所述之線切割裝置的主輪結構，其中所述之正V形溝槽型態的相鄰溝槽之間距係為0.250 mm至0.370 mm。
4. 如申請專利範圍第2項所述之線切割裝置的主輪結構，其中所述之正V形溝槽型態的溝槽之溝深係為160 um至300 um。
5. 如申請專利範圍第1項所述之線切割裝置的主輪結構，其中所述之對稱溝槽型態係為一種U形溝槽型態，該U形溝槽型態的底面係為平面狀或圓弧狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述之線切割裝置的主輪結構，其中該主輪本體係由金屬軸心及批覆於該金屬軸心上之高分子層所組成，該些溝槽係切割成型於該高分子層上。
7. 如申請專利範圍第1項所述之線切割裝置的主輪結構，其中該些溝槽係為等間距排列。
8. 一種線切割裝置的主輪結構之製作方法，係包括以下步驟：提供一主輪結構，其具有一主輪本體，該主輪本體上具有相對的一入線端及一出線端；以及利用一切割方法在該主輪本體上成型多個環狀之溝槽，其中該些溝槽在鄰近該出線端具有第一態樣之溝槽型態，該些溝槽在鄰近該入線端具有第二態樣之溝槽型態，所述的第一態樣之溝槽型態係實質地為對稱溝槽型態。
9. 如申請專利範圍第8項所述之線切割裝置的主輪結構之製作方法，其中在利用一切割方法之步驟中係利用機械加工方法由該出線端朝該入線端進行加工，以在該主輪本體上成型環狀之該些溝槽。
10. 如申請專利範圍第8項所述之線切割裝置的主輪結構之製作方法，其中所述之對稱溝槽型態係為一種正V形溝槽型態，其具有介於30至75度之間的夾角，所述之正V形溝槽型態的相鄰溝槽之間距係為0.250 mm至0.370 mm，所述之正V形溝槽型態的溝槽之溝深係為160 um至300 um。
11. 一種線切割裝置，包括：至少兩相對設置之導輪，該兩導輪均具有相對的一入線端、一出線端及一成型於該導輪的環狀之溝槽，其中，該兩導輪的至少其中之一的該些溝槽在鄰近該出線端具有第一態樣之溝槽型態，該些溝槽在鄰近該入線端具有第二態樣之溝槽型態，所述的第一態樣之溝槽型態係實質地為對稱溝槽型態；至少一線材，沿著該些溝槽纏繞於該兩導輪之間，以形成多條平行切線。
12. 如申請專利範圍第11項所述之線切割裝置，更進一步包括至少一切削液供應模組，其係對應於該兩導輪。
13. 如申請專利範圍第11項所述之線切割裝置，更進一步包括至少一設置於該入線端的入線標記。
14. 如申請專利範圍第11項所述之線切割裝置，其中所述之對稱溝槽型態係為一種正V形溝槽型態，其具有介於30至75度之間的夾角，所述之正V形溝槽型態的相鄰溝槽之間距係為0.250 mm至0.370 mm，所述之正V形溝槽型態的溝槽之溝深係為160 um至300 um。
15. 如申請專利範圍第11項所述之線切割裝置，其中所述之對稱溝槽型態係為一種U形溝槽型態，該U形溝槽型態的底面係為平面狀或圓弧狀。
16. 如申請專利範圍第11項所述之線切割裝置，其中該些溝槽係為等間距排列。