專利名稱：線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)及線切割裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種主輪結(jié)構(gòu)及具有該主輪結(jié)構(gòu)的裝置，尤指一種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)及該線切割裝置。
背景技術(shù)：
太陽能電池目前主要分為結(jié)晶硅太陽能電池及非晶硅太陽能電池，其中結(jié)晶硅太陽能電池的硅芯片是由硅晶錠切片而來。硅晶錠切片制作硅晶圓的常見方法是利用線切割裝置進(jìn)行自由磨粒的切削作業(yè)，例如線切割裝置通常包括可旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)導(dǎo)輪及裝配在導(dǎo)輪的平行導(dǎo)槽上的線材，使形成多段的并行線鋸；而在切削作業(yè)時(shí)將內(nèi)含切削粉(如碳化硅等)的切削液澆注于并行線鋸上，此時(shí)利用馬達(dá)等牽動(dòng)并行線鋸使切削粉與硅晶錠接觸磨擦而產(chǎn)生切割，以將硅晶錠切成均勻薄片。但為了提高硅晶錠切片的切削速率，前述導(dǎo)輪的長度日益提升，而導(dǎo)致溝槽因 CNC(數(shù)控機(jī)床)加工的問題而出現(xiàn)不一致態(tài)樣。如，如圖1所示，CNC車床刀具由入線端 111處開始進(jìn)行溝槽加工，當(dāng)加工至出線端112處時(shí)，會(huì)因車刀磨損導(dǎo)致出線端112的溝槽出現(xiàn)偏心(如圖3所示)、毛邊、突起、不對稱等問題，而有別于圖2所示之正V形的溝槽型態(tài)。因此，當(dāng)應(yīng)用于切削作業(yè)時(shí)，在出線端112處的線材會(huì)因線損而形成較小的線徑，而較小線徑的線材容易因出線端112的較差的溝槽而產(chǎn)生諸多問題，例如，線材的晃動(dòng)程度加劇，使所切割的芯片產(chǎn)生波浪狀，甚至出現(xiàn)因線材的跳溝所導(dǎo)致的厚度不一致的芯片切片； 也可能造成切削作業(yè)的線材搭線、斷線的問題，均使得芯片切片的良率下降。為了解決上述問題，有業(yè)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(jìn)行縮小，例如CN101879759等專利案，其利用測量出鋼線每增加1個(gè)單位的磨損量時(shí)， 相應(yīng)的導(dǎo)輪的溝槽的間距依次縮小0. 5至1個(gè)單位。但是此作法相當(dāng)繁復(fù)，操作者必須花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間量測線材的線損，且不同的溝槽寬度也造成加工上的難度。換言之，目前的改善方法均會(huì)造成成本的增加，且未必能有效提高切片質(zhì)量與良率。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型提供了一種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)、其制作方法及線切割裝置，本實(shí)用新型方法制得的主輪結(jié)構(gòu)能夠有效補(bǔ)償在出線端的因線損而形成小線徑的線材，進(jìn)而提高晶圓切片的良率。本實(shí)用新型為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)，所述主輪具有主輪本體，所述主輪本體具有相對的一個(gè)入線端和一個(gè)出線端，所述主輪本體上位于所述入線端和所述出線端之間的部位開設(shè)有若干平行的環(huán)形的溝槽，若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述出線端的環(huán)形的溝槽為第一溝槽，若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述入線端的環(huán)形的溝槽為第二溝槽，所述第一溝槽為具有對稱型態(tài)的溝槽。較佳地，所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為正V型溝槽，每個(gè)所述正V型的第一溝槽
3具有槽底面和相對的兩槽壁，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一，每個(gè)所述第一溝槽的相對的兩槽壁的夾角α為30°至75°，每個(gè)所述第一溝槽的溝深T為160um 至300um，相鄰兩第一溝槽的間距W為0. 250mm至0. 370mm。較佳地，所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為U型溝槽，每個(gè)所述U型的第一溝槽具有槽底面，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一。較佳地，所有環(huán)形的溝槽為等間距排布。一種線切割裝置，包括至少兩個(gè)相對設(shè)置的導(dǎo)輪，每個(gè)所述導(dǎo)輪皆具有相對的一個(gè)入線端和一個(gè)出線端，所述導(dǎo)輪上位于所述入線端和所述出線端之間的部位開設(shè)有若干平行的環(huán)形的溝槽，每個(gè)所述導(dǎo)輪上的若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述出線端的環(huán)形的溝槽為第一溝槽，每個(gè)所述導(dǎo)輪上的若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述入線端的環(huán)形的溝槽為第二溝槽，至少有一個(gè)導(dǎo)輪上的所述第一溝槽為具有對稱型態(tài)的溝槽，設(shè)有至少一根線材，所述線材沿所述環(huán)形的溝槽纏繞于兩個(gè)導(dǎo)輪之間形成若干條平行切線。還設(shè)有給導(dǎo)輪供應(yīng)切削液的切削液供應(yīng)模塊。較佳地，所述入線端設(shè)有入線標(biāo)記。較佳地，所述線切割裝置的導(dǎo)輪上，所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為正V型溝槽，每個(gè)所述正V型的第一溝槽具有槽底面和相對的兩槽壁，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一，每個(gè)所述第一溝槽的相對的兩槽壁的夾角α為30°至75°，每個(gè)所述第一溝槽的溝深T為160um至300um，相鄰兩第一溝槽的間距W為0. 250mm至0. 370mm。較佳地，所述線切割裝置的導(dǎo)輪上，所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為U型溝槽，每個(gè)所述U型的第一溝槽具有槽底面，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一。較佳地，所述線切割裝置的導(dǎo)輪上，所有環(huán)形的溝槽為等間距排布。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型提供了一種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)，其靠近出線端的環(huán)形的溝槽具有對稱型態(tài)，可以是正V型或U型，可以有效補(bǔ)償在出線端的因線損而形成小線徑的線材，進(jìn)而提高晶圓切片的良率，并延長主輪結(jié)構(gòu)的使用壽命，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省成本的目的，本實(shí)用新型所提供的線切割裝置是具有本實(shí)用新型主輪結(jié)構(gòu)的線切割裝置，具有本實(shí)用新型主輪結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn)及功效。

圖1是傳統(tǒng)的主輪結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是傳統(tǒng)的主輪結(jié)構(gòu)在入線端的溝槽(即圖1中A部的溝槽)的示意圖；圖3是傳統(tǒng)的主輪結(jié)構(gòu)在出線端的溝槽(即圖1中B部的溝槽)的示意圖；圖4是本實(shí)用新型的主輪結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是本實(shí)用新型的主輪結(jié)構(gòu)在入線端的溝槽(即圖4中C部的溝槽，也是本實(shí)用新型所述的第二溝槽)的示意圖；圖6是本實(shí)用新型的主輪結(jié)構(gòu)在出線端的溝槽(即圖4中D部的溝槽，也是本實(shí)用新型所述的第一溝槽)的示意圖；圖7是本實(shí)用新型的線切割裝置的示意圖；圖8是本實(shí)用新型在入線端的溝槽(即第二溝槽)與線材、漿料的示意圖；圖9是本實(shí)用新型在出線端的溝槽(即第一溝槽)與線材、漿料的示意圖；[0027]圖10是各種不同的較差的溝槽態(tài)樣的示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例本實(shí)施例提出一種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)及其制作方法，本實(shí)用新型所提出的主輪結(jié)構(gòu)在出線端具有較佳的溝槽態(tài)樣，所述的較佳的溝槽可補(bǔ)償在切片過程中因線損所導(dǎo)致的切削線材線徑變小、切削液質(zhì)量降低的問題，使整體切片作業(yè)具有較高的切片良率。本實(shí)用新型所提出的線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)的制作方法包括以下步驟，請參考圖 2至圖6 步驟一提供一主輪本體11，其具有相對的一個(gè)入線端111及一個(gè)出線端112。在本具體實(shí)施例中，主輪本體11由金屬軸心及披覆于該金屬軸心上的高分子層(圖未示)所組成，高分子層可以如聚氨脂塑料層。步驟二 利用一種切割方法在該主輪本體11上成型環(huán)形的溝槽12，該些溝槽12 在鄰近出線端112具有對稱型態(tài)，是較佳的溝槽態(tài)樣，稱為第一溝槽12B，該些溝槽12在鄰近該入線端111具有不對稱型態(tài)，是較差的溝槽態(tài)樣，稱為第二溝槽12A，所述的第一溝槽 12B實(shí)質(zhì)地為對稱溝槽型態(tài)，例如U形溝槽型態(tài)或正V形溝槽等等，其中U形溝槽型態(tài)的底面可以是平面狀(即類似于倒π形)或圓弧狀等等，而本實(shí)施例的正V形溝槽的底面是平面狀，但正V形溝槽的底面也可以是圓弧狀等等；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(tài)樣。在本具體實(shí)施例中，是利用機(jī)械加工方法，如CNC加工，由該出線端112朝該入線端111進(jìn)行切割、切削等加工，以在該主輪本體11的高分子層上成型環(huán)狀 (或稱螺旋狀)的該些溝槽12，通過自出線端112往入線端111的方向進(jìn)行切割，即可使出線端112處具有較佳的溝槽態(tài)樣。更具體地說，當(dāng)CNC加工開始時(shí)，由于加工用的切割刀具處于初始的狀態(tài)，故由出線端112處所開始的加工可制作出較佳的溝槽型態(tài)，即第一溝槽 12Β，而隨著加工的持續(xù)進(jìn)行，切割刀具可能出現(xiàn)被磨耗、磨損的現(xiàn)象，使得后續(xù)所制作的溝槽出現(xiàn)較差的溝槽型態(tài)，即第二溝槽12Α。值得說明的是，在本具體實(shí)施例中，第一溝槽12Β是實(shí)質(zhì)地為正V形溝槽型態(tài)，換言之，本實(shí)用新型定義正V形的溝槽型態(tài)為較佳的溝槽，如圖6所示，正V形溝槽型態(tài)的夾角α介于約30至75度之間，相鄰溝槽的間距W約為0.250mm至0.370mm，而溝深T約為 160um 至 300um。另外，如圖5所示，在本實(shí)施例中，第二溝槽12A為一種偏心的V形溝槽，但不以此為限，例如圖10所示的具有毛邊、突起、不對稱等現(xiàn)象者均可被認(rèn)定為較差的溝槽型態(tài)，即第二溝槽12A，更廣義地說，在本實(shí)用新型中只要是非對稱的溝槽均可被認(rèn)定為較差的溝槽型態(tài)。據(jù)此，根據(jù)上述步驟之后，本實(shí)用新型即可制作出一種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)，主輪結(jié)構(gòu)具有入線端111及出線端112，且主輪結(jié)構(gòu)上成型有環(huán)形的溝槽12 ；再者靠近入線端 111及出線端112的溝槽12在型態(tài)上會(huì)出現(xiàn)差異，該差異是由前述的切割加工過程所導(dǎo)致的，更具體的說，溝槽12在鄰近該出線端112具有較佳的溝槽型態(tài)，為第一溝槽12B,而溝槽12在鄰近該入線端111具有較差的溝槽型態(tài)，為第二溝槽12A，所述的第一溝槽12B為一種較佳的溝槽態(tài)樣，例如一種正V形的溝槽型態(tài)。[0036]本實(shí)用新型更提出一種線切割裝置，其主要由導(dǎo)輪(即前述的主輪結(jié)構(gòu))與線材 21所構(gòu)成。請參考圖7、圖8和圖9 ；本具體實(shí)施例的線切割裝置，例如一芯片切割機(jī)，其包括兩導(dǎo)輪以及線材21，該兩導(dǎo)輪可安裝于一固定基座上且彼此相對設(shè)置，而線材21纏繞于兩導(dǎo)輪之間。如7圖所示，該兩導(dǎo)輪可為互相平行設(shè)置，而每一導(dǎo)輪上具有多個(gè)環(huán)形的溝槽 12。較佳地，溝槽12可為等間距排列，而線材21沿著環(huán)形的溝槽12纏繞于兩導(dǎo)輪之間，以形成多條平行切割線。在本實(shí)施例中，線材21的數(shù)量可為一條，其沿著環(huán)形的溝槽12往返纏繞于兩導(dǎo)輪之間，以形成上述多條平行切割線；而在另一變化實(shí)施例中，所述的平行切割線也可由多條線材21所纏繞構(gòu)成。另外，本實(shí)用新型也不限定該兩導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)是否完全相同，例如該兩導(dǎo)輪之一可為本實(shí)用新型所提出的主輪結(jié)構(gòu)，而另一則為傳統(tǒng)的主輪；又或者該兩導(dǎo)輪均為本實(shí)用新型所提出的主輪結(jié)構(gòu)。值得說明的是，該兩導(dǎo)輪的入線端均有入線標(biāo)記(圖未示)，該入線標(biāo)記的目的在于使操作員在安裝該兩導(dǎo)輪時(shí)必須將入線端對應(yīng)地安裝于固定基座上的入線位置，換言之，該兩導(dǎo)輪的安裝方向是不可被任意更動(dòng)的。再一方面，本實(shí)用新型的線切割裝置更進(jìn)一步包括至少一切削液供應(yīng)模塊(圖未示)，其對應(yīng)于該兩導(dǎo)輪，以將混有磨粒的漿料(slurry)供給至待切割位置，并通過線材21 進(jìn)行切割作業(yè)，而在本具體實(shí)施例中，該漿料可由耐磨粒子，如碳化硅(SiC)顆粒等與溶劑如含有PG/DEG/PAG/PEG(丙二醇/ 二甘醇/聚醚/聚乙二醇)等等的乙二醇(glycol)所組成。當(dāng)本實(shí)用新型的線切割裝置開始進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)，例如將一硅晶錠切割為適當(dāng)厚度的硅晶圓，雖然鄰近該入線端111處的第二溝槽12A是為偏心、具有毛邊等略有瑕疵的較差型態(tài)溝槽12，但由于切割作業(yè)處于啟始狀態(tài)，線材21與漿料S (如圖8所示)均具有相當(dāng)良好的切割能力，例如線材21(未標(biāo)示于圖中)的直徑D仍未被大量磨耗而縮小(本具體實(shí)施例的直徑D可介于約IOOum至140um)，漿料S中的碳化硅顆粒的濃度也相當(dāng)足夠進(jìn)行切割作業(yè)；換言之，雖然在切割作業(yè)初期，主輪結(jié)構(gòu)上的溝槽12是屬于較差型態(tài)的第二溝槽12A，但搭配狀況較佳的線材21與漿料S仍可順利地進(jìn)行晶圓切割。而隨著切割作業(yè)的進(jìn)行，當(dāng)線材21已被長時(shí)間使用，造成直徑D'被大量磨耗而縮小(如圖8和9所示，其中直徑D小于直徑D)，且漿料S‘中的碳化硅顆粒濃度也被大量消耗而造成切削能力下降，然而，本實(shí)用新型的出線端112的具有較佳型態(tài)的第一溝槽12B即可用于補(bǔ)償前述線材21與漿料S'的消耗問題，例如具有較佳溝槽型態(tài)的第一溝槽12B可將線材21穩(wěn)定地固定于溝槽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的細(xì)線化而導(dǎo)致的芯片線痕、不均及碎邊等不良切割問題。請參考下表一，其顯示本實(shí)用新型的線切割裝置與傳統(tǒng)的線切割裝置進(jìn)行晶圓切片時(shí)的良率比較。其中，本實(shí)用新型的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(fā)生的比例，進(jìn)而將切片總良率提升約1. 18%，也可降低切削作業(yè)的線材搭線、 斷線的情況。表一
總良率總破片不均線痕碎邊差異(％)1. 180. 460. 070. 430. 22 再者，由于傳統(tǒng)的開溝方式會(huì)造成較差的線材21與漿料S'搭配較差的溝槽型態(tài)的第二溝槽12A，故使操作員必須在一定操作時(shí)間下就進(jìn)行主輪結(jié)構(gòu)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(dǎo)致芯片厚度過厚或線材21 在較差溝槽型態(tài)的第二溝槽12A中跳動(dòng)所導(dǎo)致芯片上出現(xiàn)波浪狀切割紋路等等。經(jīng)過具體的實(shí)測數(shù)據(jù)，應(yīng)用本實(shí)用新型的方法和結(jié)構(gòu)可將主輪結(jié)構(gòu)的更換頻率由200小時(shí)延長至 380小時(shí)，換言之，本實(shí)用新型可延長主輪結(jié)構(gòu)的使用壽命約90%。另一方面，由于本實(shí)用新型可延長主輪結(jié)構(gòu)的使用壽命，故主輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行重制，例如包膠、開溝、運(yùn)送等的成本即可有效被控制。 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳可行實(shí)施例，非因此局限本實(shí)用新型的專利范圍，故舉凡運(yùn)用本實(shí)用新型說明書及圖示內(nèi)容所為的等效技術(shù)變化，均包含于本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)，所述主輪具有主輪本體，所述主輪本體具有相對的一個(gè)入線端和一個(gè)出線端，所述主輪本體上位于所述入線端和所述出線端之間的部位開設(shè)有若干平行的環(huán)形的溝槽，其特征在于若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述出線端的環(huán)形的溝槽為第一溝槽，若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述入線端的環(huán)形的溝槽為第二溝槽，所述第一溝槽為具有對稱型態(tài)的溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)，其特征在于所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為正V型溝槽，每個(gè)所述正V型的第一溝槽具有槽底面和相對的兩槽壁，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一，每個(gè)所述第一溝槽的相對的兩槽壁的夾角為30°至75°，每個(gè)所述第一溝槽的溝深為160um至300um，相鄰兩第一溝槽的間距為 0. 250mm 至 0. 370mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)，其特征在于所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為U型溝槽，每個(gè)所述U型的第一溝槽具有槽底面，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)，其特征在于所有環(huán)形的溝槽為等間距排布。
5.一種線切割裝置，包括至少兩個(gè)相對設(shè)置的導(dǎo)輪，每個(gè)所述導(dǎo)輪皆具有相對的一個(gè)入線端和一個(gè)出線端，所述導(dǎo)輪上位于所述入線端和所述出線端之間的部位開設(shè)有若干平行的環(huán)形的溝槽，其特征在于每個(gè)所述導(dǎo)輪上的若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述出線端的環(huán)形的溝槽為第一溝槽，每個(gè)所述導(dǎo)輪上的若干環(huán)形的溝槽之中靠近所述入線端的環(huán)形的溝槽為第二溝槽，至少有一個(gè)導(dǎo)輪上的所述第一溝槽為具有對稱型態(tài)的溝槽，設(shè)有至少一根線材，所述線材沿所述環(huán)形的溝槽纏繞于兩個(gè)導(dǎo)輪之間形成若干條平行切線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線切割裝置，其特征在于設(shè)有給導(dǎo)輪供應(yīng)切削液的切削液供應(yīng)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線切割裝置，其特征在于所述入線端設(shè)有入線標(biāo)記。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線切割裝置，其特征在于所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為正V型溝槽，每個(gè)所述正V型的第一溝槽具有槽底面和相對的兩槽壁，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一，每個(gè)所述第一溝槽的相對的兩槽壁的夾角為30°至 75°，每個(gè)所述第一溝槽的溝深為160um至300um，相鄰兩第一溝槽的間距為0. 250mm至 0. 370mmo
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的線切割裝置，其特征在于所述具有對稱型態(tài)的第一溝槽為 U型溝槽，每個(gè)所述U型的第一溝槽具有槽底面，所述第一溝槽的槽底面為平面狀和圓弧狀兩者之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9之一所述的線切割裝置，其特征在于所有環(huán)形的溝槽為等間距排布。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種線切割裝置的主輪結(jié)構(gòu)及線切割裝置，本實(shí)用新型的主輪結(jié)構(gòu)靠近出線端的環(huán)形的溝槽具有對稱型態(tài)，可以是正V型或U型，可以有效補(bǔ)償在出線端的因線損而形成小線徑的線材，進(jìn)而提高晶圓切片的良率，并延長主輪結(jié)構(gòu)的使用壽命，進(jìn)而達(dá)到節(jié)省成本的目的，本實(shí)用新型所提供的線切割裝置是具有本實(shí)用新型主輪結(jié)構(gòu)的線切割裝置，具有本實(shí)用新型主輪結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn)及功效。
文檔編號B28D7/00GK202208068SQ20112031424
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月26日
發(fā)明者劉建億, 陳鈺麟 申請人:昆山中辰矽晶有限公司