CN102950660B - 线切割装置的主轮结构、其制作方法及线切割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种线切割装置的主轮结构、其制作方法及线切割装置，主要是采用由出线端向入线端进行切割加工成型出若干环形的沟槽的方法，利用该方法所制作的主轮结构，其靠近出线端的环形的沟槽具有对称型态，可以是正V型或U型，可以有效补偿在出线端的因线损而形成小线径的线材，进而提高晶圆切片的良率，并延长主轮结构的使用寿命，进而达到节省成本的目的，本发明所提供的线切割装置是具有本发明主轮结构的线切割装置，具有本发明主轮结构所具有的优点及功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种主轮结构、其制作方法及具有该主轮结构的装置，尤指一种线切割装置的主轮结构、其制作方法及线切割装置。
背景技术
太阳能电池目前主要分为结晶硅太阳能电池及非晶硅太阳能电池，其中结晶硅太阳能电池的硅芯片是由硅晶碇切片而来。硅晶碇切片制做硅晶圆的常见方法是利用线切割装置进行自由磨粒的切削作业，例如线切割装置通常包括可旋转的两个导轮及装配在导轮的平行导槽上的线材，使形成多段的并行线锯；而在切削作业时将内含切削粉(如碳化硅等)的切削液浇注于并行线锯上，此时利用马达等牵动并行线锯使切削粉与硅晶锭接触磨擦而产生切割，以将硅晶碇切成均匀薄片。
但为了提高硅晶碇切片的切削速率，前述导轮的长度日益提升，而导致沟槽因CNC(数控机床)加工的问题而出现不一致态样。如，如图1所示，CNC车床刀具由入线端111处开始进行沟槽加工，当加工至出线端112处时，会因车刀磨损导致出线端112的沟槽出现偏心(如图3所示)、毛边、突起、不对称等问题，而有别于图2所示之正V形的沟槽型态。因此，当应用于切削作业时，在出线端112处的线材会因线损而形成较小的线径，而较小线径的线材容易因出线端112的较差的沟槽而产生诸多问题，例如，线材的晃动程度加剧，使所切割的芯片产生波浪状，甚至出现因线材的跳沟所导致的厚度不一致的芯片切片；也可能造成切削作业的线材搭线、断线的问题，均使得芯片切片的良率下降。
为了解决上述问题，有业者利用线损的比例将沟槽的宽度由入线端111向出线端112进行缩小，例如CN101879759等专利案，其利用测量出钢线每增加1个单位的磨损量时，相应的导轮的沟槽的间距依次缩小0.5至1个单位。但是此作法相当繁复，操作者必须花费相当多的时间量测线材的线损，且不同的沟槽宽度也造成加工上的难度。换言之，目前的改善方法均会造成成本的增加，且未必能有效提高切片质量与良率。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种线切割装置的主轮结构、其制作方法及线切割装置，本发明方法制得的主轮结构能够有效补偿在出线端的因线损而形成小线径的线材，进而提高晶圆切片的良率。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种线切割装置的主轮结构，所述主轮具有主轮本体，所述主轮本体具有相对的一个入线端和一个出线端，所述主轮本体上位于所述入线端和所述出线端之间的部位开设有若干平行的环形的沟槽，若干环形的沟槽之中靠近所述出线端的环形的沟槽为第一沟槽，若干环形的沟槽之中靠近所述入线端的环形的沟槽为第二沟槽，所述第一沟槽为具有对称型态的沟槽。
较佳地，所述具有对称型态的第一沟槽为正V型沟槽，每个所述正V型的第一沟槽具有槽底面和相对的两槽壁，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一，每个所述第一沟槽的相对的两槽壁的夹角α为30°至75°，每个所述第一沟槽的沟深T为160um至300um，相邻两第一沟槽的间距W为0.250mm至0.370mm。
较佳地，所述具有对称型态的第一沟槽为U型沟槽，每个所述U型的第一沟槽具有槽底面，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一。
较佳地，所有环形的沟槽为等间距排布。
一种线切割装置的主轮结构的制作方法，所述主轮具有主轮本体，所述主轮本体具有相对的一个入线端和一个出线端，在所述主轮本体上用切割的方式从所述出线端开始向所述入线端加工成型出若干环形的沟槽，若干环形的沟槽之中靠近所述出线端的环形的沟槽为第一沟槽，若干环形的沟槽之中靠近所述入线端的环形的沟槽为第二沟槽，所述第一沟槽为具有对称型态的沟槽。
其中，所述切割的方式为机械切割加工。
较佳地，该制作方法切割出的第一沟槽具有下述构造：所述具有对称型态的第一沟槽为正V型沟槽，每个所述正V型的第一沟槽具有槽底面和相对的两槽壁，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一，每个所述第一沟槽的相对的两槽壁的夹角α为30°至75°，每个所述第一沟槽的沟深T为160um至300um，相邻两第一沟槽的间距W为0.250mm至0.370mm。
一种线切割装置，包括至少两个相对设置的导轮，每个所述导轮皆具有相对的一个入线端和一个出线端，所述导轮上位于所述入线端和所述出线端之间的部位开设有若干平行的环形的沟槽，每个所述导轮上的若干环形的沟槽之中靠近所述出线端的环形的沟槽为第一沟槽，每个所述导轮上的若干环形的沟槽之中靠近所述入线端的环形的沟槽为第二沟槽，至少有一个导轮上的所述第一沟槽为具有对称型态的沟槽，设有至少一根线材，所述线材沿所述环形的沟槽缠绕于两个导轮之间形成若干条平行切线。
还设有给导轮供应切削液的切削液供应模块。
较佳地，所述入线端设有入线标记。
较佳地，所述线切割装置的导轮上，所述具有对称型态的第一沟槽为正V型沟槽，每个所述正V型的第一沟槽具有槽底面和相对的两槽壁，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一，每个所述第一沟槽的相对的两槽壁的夹角α为30°至75°，每个所述第一沟槽的沟深T为160um至300um，相邻两第一沟槽的间距W为0.250mm至0.370mm。
较佳地，所述线切割装置的导轮上，所述具有对称型态的第一沟槽为U型沟槽，每个所述U型的第一沟槽具有槽底面，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一。
较佳地，所述线切割装置的导轮上，所有环形的沟槽为等间距排布。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种方法简单、不增加开沟复杂度的主轮结构的制作方法，主要是采用由出线端向入线端进行切割加工成型出若干环形的沟槽的方法，利用该方法所制作的主轮结构，其靠近出线端的环形的沟槽具有对称型态，可以是正V型或U型，可以有效补偿在出线端的因线损而形成小线径的线材，进而提高晶圆切片的良率，并延长主轮结构的使用寿命，进而达到节省成本的目的，本发明所提供的线切割装置是具有本发明主轮结构的线切割装置，具有本发明主轮结构所具有的优点及功效。
附图说明
图1是传统的主轮结构的示意图；
图2是传统的主轮结构在入线端的沟槽(即图1中A部的沟槽)的示意图；
图3是传统的主轮结构在出线端的沟槽(即图1中B部的沟槽)的示意图；
图4是本发明的主轮结构的示意图；
图5是本发明的主轮结构在入线端的沟槽(即图4中C部的沟槽，也是本发明所述的第二沟槽)的示意图；
图6是本发明的主轮结构在出线端的沟槽(即图4中D部的沟槽，也是本发明所述的第一沟槽)的示意图；
图7是本发明的线切割装置的示意图；
图8是本发明在入线端的沟槽(即第二沟槽)与线材、浆料的示意图；
图9是本发明在出线端的沟槽(即第一沟槽)与线材、浆料的示意图；
图10是各种不同的较差的沟槽态样的示意图。
具体实施方式
实施例：本发明提出一种线切割装置的主轮结构及其制作方法，本发明所提出的主轮结构在出线端具有较佳的沟槽态样，所述的较佳的沟槽可补偿在切片过程中因线损所导致的切削线材线径变小、切削液质量降低的问题，使整体切片作业具有较高的切片良率。
本发明所提出的线切割装置的主轮结构的制作方法包括以下步骤，请参考图2至图6：
步骤一：提供一主轮本体11，其具有相对的一个入线端111及一个出线端112。在本具体实施例中，主轮本体11由金属轴心及披覆于该金属轴心上的高分子层(图未示)所组成，高分子层可以如聚氨脂塑料层。
步骤二：利用一种切割方法在该主轮本体11上成型环形的沟槽12，该些沟槽12在邻近出线端112具有对称型态，是较佳的沟槽态样，称为第一沟槽12B，该些沟槽12在邻近该入线端111具有不对称型态，是较差的沟槽态样，称为第二沟槽12A，所述的第一沟槽12B实质地为对称沟槽型态，例如U形沟槽型态或正V形沟槽等等，其中U形沟槽型态的底面可以是平面状(即类似于倒ㄇ形)或圆弧状等等，而本实施例的正V形沟槽的底面是平面状，但正V形沟槽的底面也可以是圆弧状等等；换言之，主轮本体11上在邻近出线端112处具有较佳的沟槽态样。在本具体实施例中，是利用机械加工方法，如CNC加工，由该出线端112朝该入线端111进行切割、切削等加工，以在该主轮本体11的高分子层上成型环状(或称螺旋状)的该些沟槽12，通过自出线端112往入线端111的方向进行切割，即可使出线端11
2处具有较佳的沟槽态样。更具体地说，当CNC加工开始时，由于加工用的切割刀具处于初始的状态，故由出线端112处所开始的加工可制作出较佳的沟槽型态，即第一沟槽12B，而随着加工的持续进行，切割刀具可能出现被磨耗、磨损的现象，使得后续所制作的沟槽出现较差的沟槽型态，即第二沟槽12A。
值得说明的是，在本具体实施例中，第一沟槽12B是实质地为正V形沟槽型态，换言之，本发明定义正V形的沟槽型态为较佳的沟槽，如图6所示，正V形沟槽型态的夹角α介于约30至75度之间，相邻沟槽的间距W约为0.250mm至0.370mm，而沟深T约为160um至300um。
另外，如图5所示，在本实施例中，第二沟槽12A为一种偏心的V形沟槽，但不以此为限，例如图10所示的具有毛边、突起、不对称等现象者均可被认定为较差的沟槽型态，即第二沟槽12A，更广义地说，在本发明中只要是非对称的沟槽均可被认定为较差的沟槽型态。
据此，根据上述步骤之后，本发明即可制作出一种线切割装置的主轮结构，主轮结构具有入线端111及出线端112，且主轮结构上成型有环形的沟槽12；再者靠近入线端111及出线端112的沟槽12在型态上会出现差异，该差异是由前述的切割加工过程所导致的，更具体的说，沟槽12在邻近该出线端112具有较佳的沟槽型态，为第一沟槽12B，而沟槽12在邻近该入线端111具有较差的沟槽型态，为第二沟槽12A，所述的第一沟槽12B为一种较佳的沟槽态样，例如一种正V形的沟槽型态。
本发明更提出一种线切割装置，其主要由导轮(即前述的主轮结构)与线材21所构成。请参考图7、图8和图9；本具体实施例的线切割装置，例如一芯片切割机，其包括两导轮以及线材21，该两导轮可安装于一固定基座上且彼此相对设置，而线材21缠绕于两导轮之间。如7图所示，该两导轮可为互相平行设置，而每一导轮上具有多个环形的沟槽12。较佳地，沟槽12可为等间距排列，而线材21沿着环形的沟槽12缠绕于两导轮之间，以形成多条平行切割线。在本实施例中，线材21的数量可为一条，其沿着环形的沟槽12往返缠绕于两导轮之间，以形成上述多条平行切割线；而在另一变化实施例中，所述的平行切割线也可由多条线材21所缠绕构成。另外，本发明也不限定该两导轮的结构是否完全相同，例如该两导轮之一可为本发明所提出的主轮结构，而另一则为传统的主轮；又或者该两导轮均为本发明所提出的主轮结构。
值得说明的是，该两导轮的入线端均有入线标记(图未示)，该入线标记的目的在于使操作员在安装该两导轮时必须将入线端对应地安装于固定基座上的入线位置，换言之，该两导轮的安装方向是不可被任意更动的。
再一方面，本发明的线切割装置更进一步包括至少一切削液供应模块(图未示)，其对应于该两导轮，以将混有磨粒的浆料(slurry)供给至待切割位置，并通过线材21进行切割作业，而在本具体实施例中，该浆料可由耐磨粒子，如碳化硅(SiC)颗粒等与溶剂如含有PG/DEG/PAG/PEG(丙二醇/二甘醇/聚醚/聚乙二醇)等等的乙二醇(glycol)所组成。
当本发明的线切割装置开始进行切割作业时，例如将一硅晶碇切割为适当厚度的硅晶圆，虽然邻近该入线端111处的第二沟槽12A是为偏心、具有毛边等略有瑕疵的较差型态沟槽12，但由于切割作业处于启始状态，线材21与浆料S(如图8所示)均具有相当良好的切割能力，例如线材21(未标示于图中)的直径D仍未被大量磨耗而缩小(本具体实施例的直径D可介于约100um至140um)，浆料S中的碳化硅颗粒的浓度也相当足够进行切割作业；换言之，虽然在切割作业初期，主轮结构上的沟槽12是属于较差型态的第二沟槽12A，但搭配状况较佳的线材21与浆料S仍可顺利地进行晶圆切割。而随着切割作业的进行，当线材21已被长时间使用，造成直径D′被大量磨耗而缩小(如图8和9所示，其中直径D小于直径D)，且浆料S′中的碳化硅颗粒浓度也被大量消耗而造成切削能力下降，然而，本发明的出线端112的具有较佳型态的第一沟槽12B即可用于补偿前述线材21与浆料S′的消耗问题，例如具有较佳沟槽型态的第一沟槽12B可将线材21稳定地固定于沟槽12，即可避免线材跳沟的问题，另外，也可以解决因沟槽深度不同所造成的细线化而导致的芯片线痕、不均及碎边等不良切割问题。
请参考下表一，其显示本发明的线切割装置与传统的线切割装置进行晶圆切片时的良率比较。其中，本发明的线切割装置可有效降低总良率、总破片、不均、线痕、碎边等缺陷发生的比例，进而将切片总良率提升约1.18％，也可降低切削作业的线材搭线、断线的情况。
表一
| 总良率 | 总破片 | 不均 | 线痕 | 碎边 | |
| 差异(％) | 1.18 | 0.46 | 0.07 | 0.43 | 0.22 |
再者，由于传统的开沟方式会造成较差的线材21与浆料S′搭配较差的沟槽型态的第二沟槽12A，故使操作员必须在一定操作时间下就进行主轮结构的更换，以降低较差的线材21与浆料S′可能造成的切片缺陷，例如线材21跳沟所导致芯片厚度过厚或线材21在较差沟槽型态的第二沟槽12A中跳动所导致芯片上出现波浪状切割纹路等等。经过具体的实测数据，应用本发明的方法和结构可将主轮结构的更换频率由200小时延长至380小时，换言之，本发明可延长主轮结构的使用寿命约90％。另一方面，由于本发明可延长主轮结构的使用寿命，故主轮结构进行重制，例如包胶、开沟、运送等的成本即可有效被控制。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，非因此局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图示内容所为的等效技术变化，均包含于本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种线切割装置的主轮结构的制作方法，其特征在于：所述主轮具有主轮本体，所述主轮本体具有相对的一个入线端和一个出线端，在所述主轮本体上用切割的方式从所述出线端开始向所述入线端加工成型出若干环形的沟槽，若干环形的沟槽之中靠近所述出线端的环形的沟槽为第一沟槽，若干环形的沟槽之中靠近所述入线端的环形的沟槽为第二沟槽，所述第一沟槽为具有对称型态的沟槽。
2.根据权利要求1所述的线切割装置的主轮结构的制作方法，其特征在于：所述切割的方式为机械切割加工。
3.根据权利要求1或2所述的线切割装置的主轮结构的制作方法，其特征在于：所述具有对称型态的第一沟槽为正V型沟槽，每个所述正V型的第一沟槽具有槽底面和相对的两槽壁，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一，每个所述第一沟槽的相对的两槽壁的夹角为30°至75°，每个所述第一沟槽的沟深为160um至300um，相邻两第一沟槽的间距为0.250mm至0.370mm。
4.一种线切割装置，包括至少两个相对设置的导轮，每个所述导轮皆具有相对的一个入线端和一个出线端，所述导轮上位于所述入线端和所述出线端之间的部位开设有若干平行的环形的沟槽，其特征在于：每个所述导轮上的若干环形的沟槽之中靠近所述出线端的环形的沟槽为第一沟槽，每个所述导轮上的若干环形的沟槽之中靠近所述入线端的环形的沟槽为第二沟槽，至少有一个导轮上的所述第一沟槽为具有对称型态的沟槽，设有至少一根线材，所述线材沿所述环形的沟槽缠绕于两个导轮之间形成若干条平行切线。
5.根据权利要求4所述的线切割装置，其特征在于：设有给导轮供应切削液的切削液供应模块。
6.根据权利要求4所述的线切割装置，其特征在于：所述入线端设有入线标记。
7.根据权利要求4所述的线切割装置，其特征在于：所述具有对称型态的第一沟槽为正V型沟槽，每个所述正V型的第一沟槽具有槽底面和相对的两槽壁，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一，每个所述第一沟槽的相对的两槽壁的夹角为30°至75°，每个所述第一沟槽的沟深为160um至300um，相邻两第一沟槽的间距为0.250mm至0.370mm。
8.根据权利要求4所述的线切割装置，其特征在于：所述具有对称型态的第一沟槽为U型沟槽，每个所述U型的第一沟槽具有槽底面，所述第一沟槽的槽底面为平面状和圆弧状两者之一。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的线切割装置，其特征在于：所有环形的沟槽为等间距排布。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |