[發(fā)明專利]一種電磨削多線切割進(jìn)電方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210593309.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103056730A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周翟和;鮑官培;汪煒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B1/00
• 分類號(hào): B24B1/00;B28D5/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀(jì)昌;曹翠珍

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體硅片切割加工領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及機(jī)械磨削和電解復(fù)合加工領(lǐng)域，屬于特種加工的范疇，輔助電解反應(yīng)的進(jìn)電采用新型非接觸式進(jìn)電方法。該方法及裝置涉及到特種加工、自動(dòng)控制、電工電子等學(xué)科的交叉領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，是一種交叉學(xué)科的發(fā)明專利。

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背景技術(shù)

隨著大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)以及太陽(yáng)能電池等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體材料在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。硅片是半導(dǎo)體和光伏產(chǎn)業(yè)鏈中的主要生產(chǎn)原料，硅片的加工制造成本在整個(gè)生產(chǎn)鏈中占據(jù)了非常大的一部分。硅片加工技術(shù)也不斷改進(jìn)，從最初的內(nèi)圓切割、外圓切割發(fā)展到現(xiàn)在主流的多線切割。

多線切割技術(shù)是在20世紀(jì)90年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的。這種切割方式是把一根細(xì)長(zhǎng)的鋼線纏繞在排線輪上，鋼線兩頭分別由放線機(jī)構(gòu)與收線機(jī)構(gòu)拉緊。在收放線機(jī)構(gòu)與排線輪之間裝有若干張力控制輪，用以控制鋼絲的剛度。排線輪高速正反向有節(jié)奏地旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鋼線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將砂漿帶入加工區(qū)域進(jìn)行研磨切割。砂漿是由切削液（如聚乙二醇）和碳化硅微粉按照一定的比例混合而成的具有一定黏度的流體。多線切割能一次同時(shí)切割上千片硅片，切割效率相對(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)外圓切割要高的多，所以在大直徑硅片加工領(lǐng)域和太陽(yáng)能硅片領(lǐng)域它已取代傳統(tǒng)的內(nèi)外圓切割成為這一領(lǐng)域的主力軍。然而，由于多線切割技術(shù)是依靠鋼線帶動(dòng)磨粒來(lái)切割硅片，屬于機(jī)械磨削，使得硅片的表面損傷層較大，要進(jìn)一步降低硅片的厚度或切割大尺寸的硅片技術(shù)難度較大。

硅片的磨削電解復(fù)合多線切割加工方法是一種新型的硅片復(fù)合加工方法，該方法利用機(jī)械磨削和電解復(fù)合加工的方法來(lái)切割硅片，其中，電解作用有利于機(jī)械切削力的減小，切割產(chǎn)物兼具磨料作用，可以降低斷絲幾率，提高硅片切割效率；機(jī)械磨削作用有利于電化學(xué)鈍化（或腐蝕）的持續(xù)進(jìn)行，硅片機(jī)械損傷層更薄，表面完整性好，減少了后續(xù)減薄量，提高了材料利用率。

專利CN101797713B公開(kāi)了一種電磨削復(fù)合多線切割方法，但是需要采用專用的進(jìn)電方法來(lái)實(shí)現(xiàn)硅錠的進(jìn)電，該方法需要在硅錠和玻璃之間增加一金屬電極，利用粘結(jié)劑將硅錠和玻璃粘結(jié)在一起，并要保證硅錠與金屬電極良好的導(dǎo)電性，最后金屬電極通過(guò)電纜引出到電源正極；金屬切割線通過(guò)主線輥由進(jìn)電塊引出連接到電源負(fù)極。該工藝方法操作復(fù)雜，需要專用金屬電極來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)電，且需要額外增加一臺(tái)電解電源，致使整個(gè)工藝方法復(fù)雜，需要一臺(tái)外接的電解電源，致使整個(gè)工藝方法繁瑣。故本發(fā)明旨在發(fā)明一種新型的進(jìn)電方法來(lái)解決電磨削復(fù)合多線切割的進(jìn)電。

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發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)易可行的電磨削(腐蝕)-多線切割加工方法，減小切割過(guò)程中需要的機(jī)械力，降低加工難度。技術(shù)方案是采用一種非接觸式進(jìn)電方法來(lái)實(shí)現(xiàn)硅錠的進(jìn)電，完成電解反應(yīng)。具體如下：

一種電磨削多線切割進(jìn)電方法，包括下列步驟：在多線切割機(jī)床上通過(guò)切割線對(duì)加工工件進(jìn)行磨削加工，在加工過(guò)程中，向切割區(qū)域噴射切削液，其特征在于：在磨削區(qū)域上施加電磁場(chǎng)，所述電磁場(chǎng)的磁力線方向與切割線的軸向運(yùn)動(dòng)方向相交；所述的切割線的材質(zhì)是金屬。

本發(fā)明的技術(shù)方案原理是：導(dǎo)體在切割磁力線時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若電路閉合形成回路，則有電流流過(guò)該導(dǎo)體。如果在運(yùn)動(dòng)的切割線周圍施加一個(gè)電磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)可以讓切割線在其截面的直徑方向上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的正負(fù)兩端即為切割線截面直徑的兩端。加工工件一般是半導(dǎo)體材料，摻雜硅、本征硅或碳化硅、鍺等，因?yàn)榍懈罹€和加工工件之間接觸間隙極小，而多線切割所用的切削液電導(dǎo)率很低，切割線和加工工件之間的接觸電阻小于切削液的電阻，切割線上所產(chǎn)生的電壓不會(huì)通過(guò)切削液形成回路，所以切割線直徑兩端與加工工件可以形成一個(gè)閉合回路。切割線一方面由于切割磁力線產(chǎn)生電壓形成電源，另一方面又與加工工件一起構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)的陰極和陽(yáng)極。切削液由于具有弱的導(dǎo)電性，故能形成微弱的電化學(xué)反應(yīng)，在加工工件上會(huì)發(fā)生陽(yáng)極鈍化。因此，切割線、加工工件以及切削液共同構(gòu)成了電化學(xué)反應(yīng)所需的電源、陰極、陽(yáng)極以及電解液，產(chǎn)生了微弱的電化學(xué)反應(yīng)，在加工工件的電化學(xué)反應(yīng)陽(yáng)極附近區(qū)域會(huì)形成鈍化膜。陽(yáng)極鈍化產(chǎn)物相比于半導(dǎo)體工件來(lái)說(shuō)，更易被磨削去除，因此，加工工件材料不斷被快速移動(dòng)的金屬切割線夾帶的磨料刮除；新鮮表面露出后，繼續(xù)發(fā)生電解作用，材料去除過(guò)程不斷重復(fù)。鈍化膜使得切割線進(jìn)行磨削時(shí)，磨削加工更易進(jìn)行，殘余應(yīng)力更小。電化學(xué)反應(yīng)所需的電壓可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)磁場(chǎng)強(qiáng)度和切割線的運(yùn)動(dòng)速度得到。上述所述的施加的磁場(chǎng)可以通過(guò)永磁鐵或者電磁鐵實(shí)現(xiàn)。