TWM545684U - 切割裝置 - Google Patents

Description

切割裝置

本新型創作是有關於一種切割裝置。

近年來，線切割製程被廣泛地應用在各種塊體材料的切割上，尤其是適用於太陽能電池以及半導體元件的矽晶圓、發光二極體（LED）的藍寶石基板等硬脆材料的加工處理。

在傳統的線切割製程中，會在切割區域（亦即切割線與工件的接觸區域）噴灑切割漿料，以達到潤滑、冷卻與均勻切削的功用。然而，所述切割漿料在多次回收使用之後，先前切割製程的細屑粒子，如工件切損物、破損磨粒，以及切割線的金屬溶出物等容易淤塞在晶圓的縫隙之間或是沾黏在晶圓表面，使得切割後的晶圓清洗困難，進而導致回收的切割漿料無法繼續使用。

本新型創作提供一種切割裝置，其可減少切割線的金屬溶入漿料中，並可防止帶負電的細屑粒子沾黏在晶圓表面，降低晶圓汙染率，進而提升回收的切割漿料品質與使用期限。

本新型創作提供一種切割裝置，包括夾具、工件、切割線、極板、直流電源供應器以及漿料供應器。夾具用以支撐工件。切割線配置於工件的下方，並用以切割工件。極板配置於切割裝置的容置空間內，且不與工件接觸。直流電源供應器分別電性連接至切割線與極板。漿料供應器配置於工件的兩側，並提供漿料，使得漿料接觸切割線、極板以及工件。

在本新型創作的一實施例中，上述切割線為陰極（cathode），極板為陽極（anode）。

在本新型創作的一實施例中，上述極板的材料為不溶性陽極材料。上述不溶性陽極材料包括鉑、鉑/鈦、石墨、鈦或其合金。

在本新型創作的一實施例中，上述直流電源供應器所提供的電流為0.01 mA/cm ²至0.01 A/cm ²，或上述直流電源供應器所提供的電壓為1.2 V至30 V，以電解該漿料中的水。

在本新型創作的一實施例中，上述極板包括兩個片狀結構，其分別配置在夾具的相對兩側。

在本新型創作的一實施例中，上述極板包括一個板狀結構，其配置在切割線下方。

在本新型創作的一實施例中，上述極板包括一個框狀結構。工件配置在框狀結構的開口中。

在本新型創作的一實施例中，上述框狀結構包括固定式或浮動式。

在本新型創作的一實施例中，上述框狀結構為浮動式。當利用上述切割線對工件進行切割時，框狀結構與切割線的距離保持一定。

在本新型創作的一實施例中，上述工件的材料為硬脆材料。硬脆材料包括矽晶棒、矽晶碇、藍寶石晶棒、藍寶石晶碇或其組合。

基於上述，本新型創作將直流電供應器分別電性連接至切割線與極板。被陰極保護的切割線金屬不易溶出或氧化，使漿料中金屬離子降低，其可提升回收的漿料品質。另外，被陰極保護的切割線與工件（例如矽晶棒）接觸，使得工件切縫處帶負電並與切割後的工件切損粒子、破損磨粒等於溶液中易帶負電的粒子互斥，進而防止帶負電細屑粒子沾黏在工件表面。此外，本新型創作之直流電供應器所提供的直流電壓若增加至超過1.2 V，還可電解漿料中的水，有助於降低漿料中的水含量，且在工件之間可產生微量氫氣，其有助於排除工件縫隙之間的殘留物，提升工件清洗效果。

為讓本新型創作的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

參照本實施例之圖式以更全面地闡述本新型創作。然而，本新型創作亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之標號表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。

圖1A是依照本新型創作的第一實施例的一種切割裝置的上視示意圖。圖1B是圖1A的剖面示意圖。

請參照圖1A、圖1B，第一實施例的切割裝置10包括工件102、夾具104、切割輥112、切割線114、極板106、直流電源供應器120以及漿料供應器108。詳細地說，夾具104用以支撐工件102。在一些實施例中，所述工件的材料可以是硬脆材料，所述硬脆材料可包括矽晶棒、矽晶碇、藍寶石晶棒、藍寶石晶碇或其組合。雖然圖1A中所繪示的工件102是正方體，但本新型創作不限於此。在其他實施例中，工件102亦可以是圓柱體或其他立體形狀。

在本實施例中，極板106配置在切割裝置10的容置空間內。詳細地說，極板106包括兩個片狀結構，其分別配置在夾具104的相對兩側（如圖1A的上側與下側），且與夾具104接觸，但不與工件102接觸。在一實施例中，極板106的材料為不溶性陽極材料，其不參與後續電火花線切割製程（Wire Electrical Discharge Machining，WEDM）中的反應。所述不溶性陽極材料包括鉑、鉑/鈦、石墨、鈦（例如鈦基板）等不溶性陽極材料或其合金。雖然圖1A所繪示的極板106的數量為兩個片狀結構，但本新型創作不限於此。在其他實施例中，極板106的數量可依需求來調整。只要極板106配置在夾具104的四周且不與工件102接觸，即為本新型創作所保護的範疇。

切割輥112配置於工件102的兩側。切割線114以固定的間距呈螺旋狀地纏繞於切割輥112的周面上，而形成線列。在未進行電火花線切割製程之前，由切割線114排列而成的線列配置在工件102的下方，所述線列並未與工件102接觸。在一實施例中，切割線114可例如是鋼琴線、不銹鋼線、鐵線、鎳線、鎳合金線、鎢線、鎢合金線、銅線、銅合金線或其組合。在本實施例中，切割線114為鐵線，其表面包覆金屬銅與鋅。

在進行電火花線切割製程期間，可上下移動夾具104使得工件102的底面與切割線114接觸。在此情況下，直流電源供應器120分別電性連接至切割線114與極板106，使得切割線114為陰極（或帶負電），而極板106為陽極（或帶正電）。在一定的電壓下，可使得與切割線114接觸的工件102的表面產生高能放電現象，該能量形成電火花可加速工件切割速率。另一方面，配置在工件102兩側的漿料供應器108（例如是噴嘴）可提供漿料110，以噴灑在工件102與切割線114的接觸區域中，進而達到潤滑、冷卻與均勻切削的功用。

在直流電源供應器120開啟的情況下，與漿料110接觸的切割線114、極板106可形成一迴路。在一實施例中，直流電源供應器120所提供的電流為0.01 mA/cm ²至0.01 A/cm ²，直流電源供應器120所提供的電壓至少大於1.2 V。在替代實施例中，直流電源供應器120所提供的電壓可以是1.2 V至30 V。所述電壓足以電解漿料110中的水，以降低漿料110中的水含量。另外，電解水所產生的微量氫氣有助於排除進行切割時的工件102之間的縫隙的殘留物，藉此提升經切割的工件102的清洗效果。此外，在電解水的過程中，靠近陰極處（即進行切割時的工件102之間的縫隙）的漿料110偏鹼性，其可降低漿料110中累積的矽切損物凝膠化的情況，更進一步地減少進行切割時的工件102之間的縫隙的殘留物。

值得一提的是，當切割線114被陰極保護時，切割線114的金屬不易溶在漿料110中（具體來說，其可降低切割線114的金屬溶出量），藉此提升回收的漿料品質。而且被陰極保護的切割線114也不易在切割製程中斷線，其可減少製程成本。另外，被陰極保護的切割線114與工件102接觸，可使得工件114切縫處帶負電並與切割後的工件切損粒子、破損磨粒等於溶液中易帶負電的粒子互斥，進而防止所述帶負電細屑粒子沾黏在經切割的工件102表面。

在一實施例中，漿料110包括磨粒、二醇類以及水。所述磨粒的含量為35 wt%至60 wt%。所述磨粒為選自膠體氧化矽、燻製氧化矽、碳化矽、奈米氧化鋁或上述任二者以上的組合。所述二醇類的含量為40 wt%至60 wt%。所述二醇類包括聚乙二醇、二乙二醇、丙二醇或其組成。所述水的含量為4 wt%至10 wt%。

圖2A是依照本新型創作的第二實施例的一種切割裝置的上視示意圖。圖2B是圖2A的立體示意圖。

請參照圖2A與圖2B，第二實施例的切割裝置20與第一實施例的切割裝置10基本上相似。上述兩者不同之處在於：第二實施例的極板206為一個板狀結構，其配置在切割線114或工件102的下方，且極板206未與工件102接觸。除了第一實施例的切割裝置10的優點之外，第二實施例的極板206的頂面與切割線114所排列而成的線列呈水平對稱，其可使得切割時的工件102的每一個間隙的電場均勻。也就是說，在進行電火花線切割製程期間，每一條切割線114與工件102的接觸區域的電場是一致的。因此，每一條切割線114的受保護、進行電解反應或產生電火花切割的能量也會趨近一致。

圖3A是依照本新型創作的第三實施例的一種切割裝置的上視示意圖。圖3B是圖3A的立體示意圖。

請參照圖3A與圖3B，第三實施例的切割裝置30與第二實施例的切割裝置20基本上相似。上述兩者不同之處在於：第二實施例的極板306為一個框狀結構。工件102配置在極板306的一開口305中，且工件102未與極板306接觸。在一實施例中，極板（或框狀結構）306可以是固定式或浮動式。所謂固定式是指極板306配置在一固定位置。在此情況下，上下移動夾具104使得工件102的底面與切割線114接觸並對工件102進行切割時，極板306與切割線114之間的縱向距離保持一定。在替代實施例中，所謂浮動式則是指極板306並非配置在一固定位置，而是會上下移動。舉例來說，當上下移動切割線114使得工件102的底面與切割線114接觸並對工件102進行切割時，極板306與切割線114之間的縱向距離保持一定。也就是說，浮動式的極板306會隨著切割線114一起進行縱向移動。因此，除了第二實施例的切割裝置20的優點之外，第三實施例的切割裝置30可使得工件102中的每一個間隙，甚至是每一個位置上的電場均勻。

綜上所述，本新型創作將直流電供應器分別電性連接至切割線與極板。被陰極保護的切割線的金屬不易溶在漿料中，其可提升回收的漿料品質。另外，被陰極保護的切割線與工件（例如矽晶棒）接觸，使得工件切縫處帶負電並與切割後的工件切損粒子、破損磨粒等於溶液中易帶負電的粒子互斥，進而防止帶負電細屑粒子沾黏在工件表面。此外，本新型創作之直流電供應器所提供的直流電壓超過1.2 V，還可電解漿料中的水，有助於降低漿料中的水含量，並且在工件之間可產生微量氫氣，其有助於排除工件縫隙之間的殘留物，提升工件清洗效果。

雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10、20、30‧‧‧切割裝置
102‧‧‧工件
104‧‧‧夾具
106、206、306‧‧‧極板
108‧‧‧漿料供應器
110‧‧‧漿料
112‧‧‧切割輥
114‧‧‧切割線
120‧‧‧直流電源供應器
305‧‧‧開口

圖1A是依照本新型創作的第一實施例的一種切割裝置的上視示意圖。 圖1B是圖1A的剖面示意圖。 圖2A是依照本新型創作的第二實施例的一種切割裝置的上視示意圖。 圖2B是圖2A的立體示意圖。 圖3A是依照本新型創作的第三實施例的一種切割裝置的上視示意圖。 圖3B是圖3A的立體示意圖。

10‧‧‧切割裝置

102‧‧‧工件

104‧‧‧夾具

106‧‧‧極板

108‧‧‧漿料供應器

110‧‧‧漿料

112‧‧‧切割輥

114‧‧‧切割線

120‧‧‧直流電源供應器

Claims (10)

1. 一種切割裝置，包括： 一夾具，用以支撐一工件； 一切割線，配置於該工件的下方，並用以切割該工件； 一極板，配置於該切割裝置的一容置空間內，且不與該工件接觸； 一直流電源供應器，分別電性連接至該切割線與該極板；以及 一漿料供應器，配置於該工件的兩側，並提供一漿料，使得該漿料接觸該切割線、該極板以及該工件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的切割裝置，其中該切割線為陰極，該極板為陽極。
3. 如申請專利範圍第1項所述的切割裝置，其中該極板的材料為一不溶性陽極材料，其包括鉑、鉑/鈦、石墨、鈦或其合金。
4. 如申請專利範圍第1項所述的切割裝置，其中該直流電源供應器所提供的電流為0.01 mA/cm ²至0.01 A/cm ²，該直流電源供應器所提供的電壓為1.2 V至30 V，以電解該漿料中的水。
5. 如申請專利範圍第1項所述的切割裝置，其中該極板包括兩個片狀結構，其分別配置在該夾具的相對兩側。
6. 如申請專利範圍第1項所述的切割裝置，其中該極板包括一個板狀結構，其配置在該切割線下方。
7. 如申請專利範圍第1項所述的切割裝置，其中該極板包括一個框狀結構，該工件配置在該框狀結構的一開口中。
8. 如申請專利範圍第7項所述的切割裝置，其中該框狀結構包括固定式或浮動式。
9. 如申請專利範圍第7項所述的切割裝置，其中該框狀結構為浮動式，當利用該切割線對該工件進行切割時，該框狀結構與該切割線的距離保持一定。
10. 如申請專利範圍第1項所述的切割裝置，其中該工件的材料為一硬脆材料，該硬脆材料包括矽晶棒、矽晶碇、藍寶石晶棒、藍寶石晶碇或其組合。