TWM535142U

TWM535142U - 切割裝置

Info

Publication number: TWM535142U
Application number: TW105214143U
Authority: TW
Inventors: zheng-min Li
Original assignee: Micron Diamond Wire & Equipment Co Ltd
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2017-01-11

Description

切割裝置

本創作係一種切割裝置，尤指一種能提供被加工物之晶錠(或稱晶棒、晶塊等)切片其表面產生霧化、粗糙化，使(矽)基板提升聚光效果，並可提升切割線的切割力、切割速度及使用壽命之半導體或太陽能基板的切割裝置。

常見的基板係為廣泛的應用於半導體產業和太陽能產業上，並以該矽基板為例且其製造的程序中，使用複線式線鋸切割加工(Multi-wire Sawing)為重要的製程之一。因此，中華民國專利公開第201235174號揭露了一種「鑽石線之切割冷卻裝置」，其201235174號該案中第一圖和第二圖所示，該切割的鑽石線是連續地纏繞在複數滾筒上，並對晶錠(或稱晶棒、晶塊等)做連續性的切割，同時切割使用的鑽石線於製程中又可以正逆轉捲繞回收起來重覆使用，如此可以節省時間，又可一次同時作多片的鋸切，該晶錠可為單晶或多晶矽晶棒(太陽能電池材料)、砷化鎵晶棒或玻璃石英晶棒等。在切割處之切割同時，兩相對側各設有可以噴出冷卻液(或稱切削液)的噴嘴，讓冷卻液朝向進行切割的部位或鑽石線上噴灑。

此一技術方案中，請參閱第一圖所示，該冷卻液其目的是冷卻切割加工時所產生熱能外，也可以沖洗掉卡附於鑽石線與被加工物(晶錠) 上的切削碎屑。但僅利用該冷卻液的單純沖洗，在該切割製程經一段時間後仍然會於複數平行且水平排列之鑽石線1上具有之複數鑽石晶粒2上卡附過多的切削碎屑3而難以清洗，其清洗效果有限。因此切削碎屑3卡附於該等鑽石晶粒2上過多時而阻擋了該等鑽石晶粒2的切割銳角，而減少了銳角與被加工物之間的接觸面積，使得切割力及切割速度降低，並相對容易使得鑽石線使用壽命減少。

再者，請搭配參閱第二圖所示，如應用於太陽能電池矽基板製程中，雖可藉由該等鑽石線1與被加工物之間作複線式切割而形成複數晶錠切片4且平行排列(圖只顯示一片)，該晶錠切片4的兩側面41、42藉由該鑽石線1之該等鑽石晶粒2的切割雖然均可形成波浪之紋路(肉眼觀察並不明顯)，該紋路於太陽能電池矽基板的使用上雖可達到光線的吸收而降低光反射率，但僅以此方式切割將使得該兩側面41、42過於平滑而光反射率較高，較無法聚集光的能量，對於太陽能電池矽基板的光電轉換效率還是相當不足的。再者，該晶錠切片4之該兩側面41、42藉由複線式線鋸切割加工完成後形成，於該兩側面41、42上無法預形成不規則的孔洞、痕跡或細節之晶格形狀，對於太陽能電池(矽)基板的後續加工製程例如進行蝕刻製程時，會有蝕刻腐蝕加工其速度較緩慢之問題存在。是故，如何針對以上所論述之缺失加以改進，即為本案申請人所欲解決之技術困難點所在。

有鑑於習用之缺失，因此本創作之目的在於發展一種能提供被加工物之晶錠(或稱晶棒、晶塊等)切片其表面產生霧化、粗糙化，使(矽)基板提升聚光效果，並可提升切割線的切割力、切割速度及使用壽命之半導體或太陽能基板的切割裝置。

為了達成以上之目的，本創作提供一種切割裝置，其包含：複數滾筒；一切割線，係活動繞設固定於該等滾筒之上形成封閉；一集液槽，係設置於該等滾筒之間和該切割線下方；一升降裝置，係於之上設有一工件板，該工件板之上設有一切片座，該工件板和該切片座設置於該集液槽和該切割線上方；一第一清洗噴嘴，係設置於該集液槽一側和該切割線上方；一第二清洗噴嘴，係設置於該集液槽另一側和該切割線上方；藉由一第一震動裝置結合於該第一清洗噴嘴上和一第二震動裝置結合於該第二清洗噴嘴上或一第三震動裝置結合於該集液槽上或該第一震動裝置、第二震動裝置及第三震動裝置同時設置。

其中該切割線為鑽石線，且該第一震動裝置、第二震動裝置和第三震動裝置為超音波震盪器。

俾可使本創作其作複線式線鋸切割加工時，能提供被加工物之晶錠(或稱晶棒、晶塊等)切片其表面產生霧化、粗糙化，使(矽)基板提升聚光效果，並可提升切割線的切割力、切割速度及使用壽命，達成其功效。

〔習用〕

1‧‧‧鑽石線

2‧‧‧鑽石晶粒

3‧‧‧切削碎屑

4‧‧‧晶錠切片

41‧‧‧側面

42‧‧‧側面

〔本創作〕

5‧‧‧滾筒

6‧‧‧切割線

60‧‧‧鑽石晶粒

61‧‧‧殘渣碎屑

7‧‧‧集液槽

8‧‧‧升降裝置

81‧‧‧工件板

82‧‧‧切片座

100‧‧‧第一清洗噴嘴

101‧‧‧第一震動裝置

200‧‧‧第二清洗噴嘴

201‧‧‧第二震動裝置

300‧‧‧第三震動裝置

400‧‧‧晶錠

400A‧‧‧晶錠切片

400B‧‧‧側面

400C‧‧‧側面

500‧‧‧水滴

600‧‧‧水震盪波

第一圖係習用之複線式線鋸切割加工之鑽石線的切割使用放大示意圖。

第二圖係習用之晶錠切片兩側面之結構放大示意圖。

第三圖係本創作較佳實施例之切割裝置的結構示意圖。

第四圖係本創作較佳實施例之切片座結合晶錠(或稱晶棒、晶塊等)之示意圖。

第五圖係本創作較佳實施例之預進行晶錠(或稱晶棒、晶塊等)之複線式線鋸切割加工之動作示意圖。

第六圖係本創作較佳實施例之進行晶錠(或稱晶棒、晶塊等)之複線式線鋸切割加工中之動作示意圖。

第七圖係本創作較佳實施例之進行複線式線鋸切割加工中藉由使用第一震動裝置和第二震動裝置為超音波震盪器予以清洗切割線及提供切割線震盪的使用狀態放大示意圖。

第八圖係本創作較佳實施例之進行複線式線鋸切割加工中藉由使用第一震動裝置、第二震動裝置及第三震動裝置為超音波震盪器予以清洗切割線及提供切割線震盪的使用狀態放大示意圖。

第九圖係本創作較佳實施例之晶錠(或稱晶棒、晶塊等)作複線式線鋸切割加工後形成為複數晶錠切片之示意圖。

第十圖係本創作較佳實施例之第九圖的A-A剖面放大示意圖。

為了使貴審查委員能清楚了解本創作之內容，係以下列實施例搭配圖式及符號加以說明，敬請參閱之。

請參閱第三圖所示，本創作提供一種切割裝置，其包含：複數滾筒5、一切割線6、一集液槽7、一升降裝置8、一第一清洗噴嘴100、一第二清洗噴嘴200、一第一震動裝置101、一第二震動裝置201和一第三震動裝置300。

該切割線6可為鑽石線並以複線式切割加工之繞設方法活動繞設固定於該等滾筒5之上形成封閉，使得兩個該滾筒5之間之切割線6形成複數水平間隔排列，該等滾筒5係以馬達正逆轉帶動該切割線6於該滾筒5上移動，該切割線6被帶動時產生如刀具切割的效果。該集液槽7設置於該等滾筒5之間和該切割線6下方，該升降裝置8係於之上設有一工件板81，該工件板81之上設有一切片座82，該工件板81和該切片座82設置於該集液槽7和該切割線6上方，可藉由該升降裝置8的自動控制操作，於該切割線6及集液槽7的範圍內使得工件板81和切片座82作升降，該切片座82係由近似長方體形狀之碳、玻璃、塑膠、陶瓷等材質構成，其上方平坦且下方如圓柱形之彎曲凹形，因此該切片座82係可被該切割線6切割之材質。該第一清洗噴嘴100設置於該集液槽7一側和該切割線6上方，又該第二清洗噴嘴200設置於該集液槽7另一側和該切割線6上方。於本實施例中，該第一震動裝置101結合於該第一清洗噴嘴100上，該第二震動裝置201結合於該第二清洗噴嘴200上，且該第三震動裝置300結合於該集液槽7上，該第一震動裝置101、第二震動裝置201和第三震動裝置300為超音波震盪器，其超音波震盪器原則上係分別接觸安裝於該第一清洗噴嘴100、第二清洗噴嘴200及該集液槽7上即可發揮超音波震動效果。

請繼續參閱第四圖所示，其中半導體之晶錠400(或稱晶棒、晶塊等，可為圓柱體型但不以此為限制)，令晶錠400其外周緣和切片座82之下方的凹形彎曲面嵌合，同時可利用接著劑固定。並可利用接著劑將該切片座82之上方與該工件板81之下方黏接固定。在進行對晶錠400作複線式線鋸切割加工前，可先藉由該第一清洗噴嘴100及第二清洗噴嘴200預先注滿切割液(或稱冷卻液)於該集液槽7內部並使之滿出，或直接於集液槽7以人工方式裝填滿切割液，並可預先啟動該第一震動裝置101、第二震動裝置201 及第三震動裝置300。該等滾筒5及切割線6經由馬達(圖未顯示)的帶動而使該切割線6作正逆轉的水平切割。

因此，請繼續參閱第五圖所示，其中預進行晶錠400之複線式線鋸切割加工時，係利用升降裝置8垂直於該切割線6方向的下降，將晶錠400緩慢的接觸該切割線6，接觸時即開始進行晶錠400的複線式線鋸切割加工。並由第六圖所示，其晶錠400以複線式線鋸切割加工進行中時(未加工完成且晶錠400暫時容置於集液槽7內進行水中切割)，必定會產生殘渣碎屑及摩擦升溫，因此除了藉由該第一清洗噴嘴100及第二清洗噴嘴200輸送出切割液於該切割線6上(藉由切割線6的帶動亦可噴濺於加工中之晶錠400上各處)作降溫、洗淨及潤滑以外，搭配該第一震動裝置101及該第二震動裝置201的設置，可使得該第一清洗噴嘴100及第二清洗噴嘴200輸送出的切割液產生音波共振而提升清潔力道，並請參閱第七圖，更能提升該切割線6為鑽石線時之清潔力，而切割液的水滴500能輕易帶走該切割線6為鑽石線時之上所卡附於鑽石晶粒60上的殘渣碎屑61，及切割液打落噴濺在該切割線6上時，同時可使得該切割線6於切割過程中產生較大之略微幅度的不規則擺動、震動，亦可藉由讓切割線6產生不規則的擺動、震動，使得卡附於鑽石晶粒60上的殘渣碎屑61給予振動抖去(掉)，讓複數的該鑽石晶粒60重新產生銳角切割面，予以增加該切割線6的切割力、晶錠切割速度，殘渣碎屑61去除後並能提升切割線6的使用壽命。

請繼續參閱第六圖所示，其中該晶錠400進行複線式線鋸切割加工過程中(未加工完成)。該集液槽7與切割線6之間應近距離設置，且其集液槽7會不斷溢出切割液，又於該集液槽7的範圍內其切割液會在溢出的過程中略微淹沒該切割線6之周遭或等高。因此藉由該第三振動裝置300為超音波震盪器，使得該集液槽7所裝載的切割液作音波震盪，並搭配如第八圖所示，而於集液槽7內部產生水震盪波600傳遞至該切割線6上，使得切割線6產生不規則的擺動、震動，故藉由讓切割線6不規則的擺動、震動，於進行複線式線鋸切割加工過程中，同樣可使得卡附於鑽石晶粒60上的殘渣碎屑61給予振動抖去(掉)，讓複數的該鑽石晶粒60重新產生銳角切割面，予以增加該切割線6的切割力、晶錠切割速度，殘渣碎屑61去除後並能提升切割線6的使用壽命。於本實施例中，並可同時藉由搭配第一震動裝置101和第二震動裝置201的音波震動效果(經音波共振的水滴500噴濺於切割線6上)，來達到雙重且輔助提升切割線6的切割力、晶錠400切割速度及切割線6的使用壽命。

再者，以應用於太陽能電池矽基板的切割為例，請繼續參閱第六圖和第八圖所示，其中為了使得晶錠400於複線式線鋸切割加工過程中及切割加工完成後能符合較佳的太陽能(矽)基板的聚光特性，使得(矽)基板的光電轉換效率提升，讓光線能盡量聚集於(矽)基板上。因此本創作同樣藉由該第一震動裝置101和第二震動裝置201使得該切割線6於切割過程中產生較大之略微幅度的不規則擺動、震動或第三震動裝置300同樣使得切割線6產生不規則的擺動、震動或該第一震動裝置101、第二震動裝置201及第三震動裝置300同時設置時所產生的該切割線6之不規則的擺動、震動，由第六圖和第九圖所示，其晶錠400若於複線式線鋸切割加工完成後(該升降裝置8會反向拉升帶動工件板81、切片座82及晶錠400於該切割線6之上方)會形成複數晶錠切片400A且平行排列，並於加工完成後自該工件板81拆下，可將下一新的切片座82和半導體之晶錠400一起黏接在工件板81上，及第八圖和第十圖所示，該每一晶錠切片400A的兩側面400B、400C藉由前述音波的震盪使切割線6產生不規則的擺動、震動，將會使得該兩側面400B、400C形成更加霧化、粗糙化的表面(該兩側面400B、400C即為作複線式線鋸切割加工的切割線6於所作的切割所經過形成之面)。

因此，外加超音波震盪讓切割線6產生不規則的擺動及震動，而非純粹的作切割，讓該每一晶錠切片400A的該兩側面400B、400C形成更加霧化、粗糙化的表面(更多細微之切割線6所導致的不規則孔洞、痕跡、細節等而形成多點破壞，使用肉眼觀看像是霧化)，以提供晶錠切片400A適用於太陽能電池(矽)基板時，能讓(矽)基板增加太陽光照射的吸收能力，以降低該兩側面400B、400C的光反射率藉以提升光吸收的表面積，實為本創作之特點。又另一衍生特點為，使得晶錠切片400A之該兩側面400B、400C預先加工出晶格形狀(預成型)，對於後續於晶錠切片400A上所作之蝕刻製程，亦可加快其加工速度(以該兩側面400B、400C之不規則孔洞、痕跡、細節等晶格形狀順著腐蝕加工)。

綜上所述，請參閱第六圖、第八圖及第十圖所示，本創作藉由該第一震動裝置101結合於該第一清洗噴嘴100上和該第二震動裝置201結合於該第二清洗噴嘴200上或該第三震動裝置300結合於該集液槽7上或該第一震動裝置101、第二震動裝置201及第三震動裝置300同時設置，予以提供超音波震盪，以該第一清洗噴嘴100和第二清洗噴嘴200所輸出的切割液或/及集液槽7內部所裝載的切割液產生的音波間接震盪均傳導至切割線6上，藉由水的能量傳遞，讓有切割液(具有水分)與切割線6接觸的地方就具有音波震盪的效果，俾可使本創作其作複線式線鋸切割加工時其切割線6對晶錠400進行切割時，同時的產生去除殘渣碎屑61、進行切割及不規則擺動、震動的功能，能提供被加工物之晶錠切片400A其該兩側面400B、400C產生霧化、粗糙化(不會產生過於光滑的表面)，使(矽)基板提升聚光效果及其光電轉換效率，並可提升切割線6的切割力、切割速度及使用壽命，達成其功效。

以上所論述者，僅為本創作較佳實施例而已，並非用以限定本創作實施之範圍；故在不脫離本創作之精神與範疇內所作之等效形狀、構造或組合之變換，皆應涵蓋於本創作之申請專利範圍內。