專利名稱：金剛石線鋸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及脆硬非金屬材料加工裝置，具體說是一種切割硅錠的金剛石線鋸
直O(jiān)
背景技術(shù)：
將單晶硅或者多晶硅的固體硅錠切割成硅片是太陽能光伏電池制造的關(guān)鍵工藝， 硅錠首先被切成方塊，然后被切成很薄的硅片。目前應(yīng)用最常見、最為成熟的切片設(shè)備為多線鋸，多線鋸的工作區(qū)設(shè)置一組平行導(dǎo)線輪，鋸絲相互平行纏繞在導(dǎo)線輪上形成一個以一定線速度運行的“口”字形切割線網(wǎng)(如圖1所示)，該切割線網(wǎng)的上、下水平線網(wǎng)面為硅錠切割面，硅錠被固定于切割臺上，切割臺垂直通過上、下水平切割網(wǎng)面，多線鋸邊切割邊向鋸絲供應(yīng)磨粒懸浮液的游離磨料，使硅錠被切割成硅片。采用線鋸機(jī)的切割方式，相比傳統(tǒng)帶鋸切割、內(nèi)圓鋸片切割，在技術(shù)上有了極大的進(jìn)步，但仍然存在著磨粒懸浮液對切割面上產(chǎn)生的表面裂紋及損傷層深度不易控制、磨粒和硅粉屑分離困難、作業(yè)環(huán)境惡劣、效率較低等問題。固結(jié)磨料金剛石微粒線鋸切割是試圖解決上述問題所提出的新的加工方法，從目前的研究成果來看，固結(jié)磨粒金剛石微粒線鋸具有硅粉屑易回收處理、作業(yè)環(huán)節(jié)好、切割表面損傷小、效率高、切片薄、偏厚均勻等優(yōu)勢。所述固結(jié)磨料金剛石微粒線鋸的固結(jié)方式主要有①樹脂結(jié)合劑(含金屬和非金屬芯線)固結(jié)，②機(jī)械擠壓(金屬芯線)固結(jié)，③釬焊(金屬芯線)固結(jié)，④電鍍電沉積金屬(金屬芯線)固結(jié)等，各固結(jié)磨料金剛石微粒線鋸具有不同的特點，但缺陷也明顯①、樹脂結(jié)合劑固結(jié)磨料金剛石微粒線鋸，加工表面質(zhì)量好，但效率不高，并且樹脂耐熱性差，固結(jié)強(qiáng)度較低，線鋸線徑易磨損，切縫變化大，硅片將可能因厚薄超差而增加后續(xù)加工成本。②、機(jī)械擠壓固結(jié)磨料金剛石微粒線鋸，加工效率高，但芯線受到擠壓破壞，強(qiáng)度下降而影響壽命，并且加工的表面粗糙度也難以保證。③釬焊(金屬芯線)固結(jié)磨料金剛石微粒線鋸，加工效率高，但釬焊過程中溫度高，破壞了芯線的強(qiáng)度和韌性，并且制造工藝復(fù)雜量產(chǎn)難度大。④電鍍電沉積金屬(金屬芯線)固結(jié)磨料金剛石微粒線鋸，線徑保持性好，加工質(zhì)量尚不能夠盡如人意，并且線鋸易斷造成切割成本較高。在國內(nèi)，上述四大類產(chǎn)品，部分在硅料切方得到應(yīng)用，但在硅料切片的應(yīng)用尚未得到普及，其主要原因是的金剛石多線鋸采用同一種線絲對硅錠進(jìn)行一次性切割加工，難以同時滿足硅片表面質(zhì)量、效率、壽命、性價比等指標(biāo)要求，另外配套的設(shè)備性能及加工工藝也不盡完善。
(三)實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供了一種在切割硅片過程中用不同特性的金剛石線鋸形成多次切割，滿足硅片表面質(zhì)量、效率、壽命、性價比等指標(biāo)要求的金剛石線鋸裝置。能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的的金剛石線鋸裝置，包括金剛石鋸絲，所不同的是沿切割進(jìn)給方向，在一個切割工作面中，前后至少布置兩條金剛石鋸絲，或在一個以上相平行的切割工作面中，前后至少布置兩組金剛石鋸絲，同組中的金剛石鋸絲相互平行形成一層切割網(wǎng)面； 后一條或后一組金剛石鋸絲的直徑大于或等于前一條或前一組金剛石鋸絲的直徑。所述切割網(wǎng)面是由一條或一條以上的長線金剛石鋸絲于一組導(dǎo)線輪上纏繞而形成。所述一組導(dǎo)線輪至少由兩個導(dǎo)輪構(gòu)成扁“方”形網(wǎng)面，或由三個導(dǎo)輪構(gòu)成“三角”形網(wǎng)面，也可以由更多導(dǎo)線輪構(gòu)成“多邊”形網(wǎng)面。按常規(guī)四個導(dǎo)線輪于四角設(shè)置而構(gòu)成“方”形線網(wǎng)，所述“方”形線網(wǎng)為二組或二組以上，各組“方”形線網(wǎng)通過組合構(gòu)成二層或二層以上切割網(wǎng)面。以二層或三層切割網(wǎng)面為例所述兩組“方”形線網(wǎng)嵌套成“回”形，或兩組“方”形線網(wǎng)按沿切割進(jìn)給方向前后排布。所述三組“方”形線網(wǎng)相互嵌套；或由另一組“方”形線網(wǎng)沿切割進(jìn)給方向排布于嵌套成“回”形的兩組線網(wǎng)位置之前、后。后一條或后一組金剛石鋸絲的線徑可等于但最好大于前一條或前一組金剛石鋸絲的線徑，后一條或后一組金剛石鋸絲上附著的金剛石磨粒尺寸可等于但最好小于前一條或前一組金剛石鋸絲上附著的金剛石磨粒尺寸。相鄰金剛石鋸絲或相鄰切割網(wǎng)面之間為平行關(guān)系，為更好消除金剛石鋸絲的前次切割在硅片表面形成的切痕，相鄰金剛石鋸絲或相鄰切割網(wǎng)面之間也可以形成一個夾角。在硅片強(qiáng)度足夠時，相鄰金剛石鋸絲或相鄰切割網(wǎng)面的運行方向可以為同向，但為保持切割的穩(wěn)定性，相鄰金剛石鋸絲或相鄰切割網(wǎng)面的運行方向最好相反。根據(jù)金剛石加工的基本原理，金剛石的粒徑對切割效率和表面粗糙度起到?jīng)Q定性的作用，采用較粗的金剛石可以提高切割效率，但是表面粗糙度較差；采用較細(xì)的金剛石可以獲得較好的表面粗糙度，但是切割效率卻受到很大影響，因此各金剛石鋸絲可以使用不同的參數(shù)獨立運行，實現(xiàn)不同的金剛石鋸絲對硅片的切割、精磨和拋光。因此采用本實用新型的技術(shù)方案，根據(jù)不同的切割、粗磨和精磨需求在不同的切割線網(wǎng)有選擇性的安排與工藝對應(yīng)的金剛石鋸絲，使其線徑和金剛石的粒徑大小與工藝相適應(yīng)，既提高切割效率，又滿足表面粗糙度要求，使之適應(yīng)硅片的切割朝著越來越大、越來越薄的方向發(fā)展。本實用新型的優(yōu)點本實用新型采用多組金剛石鋸絲切割網(wǎng)面依次切割硅片的方法，將硅片的切割、 精磨和拋光分工序由不同特性的金剛石鋸絲按不同的運行參數(shù)完成，由于切割、精磨和拋光的加工余量依次大幅度下降，加工過程中對硅片的剪切力依次大幅度下降，有利于薄片的生成，從而可以獲得更高的硅材料利用率，滿足切割線縫越來越窄、硅片切割朝更大更薄發(fā)展要求，解決了金剛石粒度無法兼顧切割效率和表面粗糙度等問題，使金剛石粒度的選擇更加廣泛。


[0025]圖1為傳統(tǒng)線鋸機(jī)中，一種金剛石鋸絲纏繞在一組(四個)導(dǎo)線輪上形成的一組 “ 口”形線網(wǎng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的正視圖。圖3為本實用新型第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實用新型第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實用新型第三種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實用新型第四種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實用新型第五種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖3、圖4、圖5中，三種不同金剛石鋸絲于同一硅縫中進(jìn)行切割、精磨和拋光加工的示意圖。圖號標(biāo)識1、固定硅棒的切割臺；2、金剛石鋸絲；3、導(dǎo)線輪。 具體實施方式
以三層切割網(wǎng)面和二層切割網(wǎng)面為例說明本實用新型金剛石線鋸裝置的技術(shù)方案。1、三層切割網(wǎng)面切割硅片的工藝由上下對齊的三種金剛石鋸絲2分別對同一硅縫進(jìn)行切割、精磨和拋光，每層切割網(wǎng)面由一種長線金剛石鋸絲2纏繞在一組導(dǎo)線輪3上形成的一組線網(wǎng)的網(wǎng)面形成，每組導(dǎo)線輪3按四角位置設(shè)置而形成“方”形線網(wǎng)，如圖1、圖2 所示，“方”形線網(wǎng)中對應(yīng)于固定硅棒的切割臺1的上網(wǎng)面和下網(wǎng)面為切割網(wǎng)面。A、三層切割網(wǎng)面的構(gòu)成由三種金剛石鋸絲2纏繞在三組導(dǎo)線輪3上形成的三組線網(wǎng)的網(wǎng)面形成，三組線網(wǎng)相互嵌套，如圖3、圖8所示，三層切割網(wǎng)面由下方三根金剛石鋸絲 2形成，固定硅棒的切割臺1置于三層切割網(wǎng)面下方，切割、精磨和拋光順序自外而內(nèi)。B、三層切割網(wǎng)面的構(gòu)成由三種金剛石鋸絲2纏繞在三組導(dǎo)線輪3上形成的三組線網(wǎng)的網(wǎng)面形成，二組線網(wǎng)相互嵌套成“回”形，“回”形線網(wǎng)上方為“方”形線網(wǎng)，如圖4、圖8 所示，三層切割面由“方”形線網(wǎng)的下方金剛石鋸絲2和“回”形線網(wǎng)上方二根金剛石鋸絲2 形成，固定硅棒的切割臺1置于三層切割網(wǎng)面下方，切割、精磨和拋光順序從“回”形線網(wǎng)自內(nèi)而外，再經(jīng)“方”形線網(wǎng)的下方金剛石鋸絲2。C、三層切割面的構(gòu)成由三種金剛石鋸絲2纏繞在三組導(dǎo)線輪3上形成的三組線網(wǎng)的網(wǎng)面形成，二組線網(wǎng)相互嵌套成“回”形，“回”形線網(wǎng)下方為“方”形線網(wǎng)，如圖5、圖8所示，三層切割面由“回”形線網(wǎng)下方二根金剛石鋸絲2與“方”形線網(wǎng)的上方金剛石鋸絲2形成，切割臺1置于三層切割網(wǎng)面下方，切割、精磨和拋光順序經(jīng)“方”形線網(wǎng)的上方金剛石鋸絲2后，再從“回”形線網(wǎng)自外而內(nèi)。上述A、B、C各項中，按切割順序，各層切割面金剛石鋸絲2的直徑逐漸增大，其中金剛石鋸絲2的線徑逐漸增粗，其上附著的金剛石磨粒尺寸逐漸減小。2、二層切割網(wǎng)面切割硅片的工藝由上下對齊的二種金剛石鋸絲2分別對同一硅縫進(jìn)行切割和磨削，每層切割網(wǎng)面由一種金剛石鋸絲2纏繞在一組導(dǎo)線輪3上形成的一組線網(wǎng)的網(wǎng)面形成，每組導(dǎo)線輪3按四角位置設(shè)置而形成“方”形線網(wǎng)，如圖1、圖2所示，對應(yīng)于固定硅棒的切割臺1的上網(wǎng)面和下網(wǎng)面為切割面。D、二層切割網(wǎng)面的構(gòu)成由二種金剛石鋸絲2纏繞在二組導(dǎo)線輪3上形成的二組線網(wǎng)的網(wǎng)面形成，二組線網(wǎng)相互嵌套成“回”形，如圖6所示，二層切割面由下方二根金剛石鋸絲2形成，固定硅棒的切割臺1置于二層切割網(wǎng)面下方，切割和磨削順序自外而內(nèi)。E、二層切割面的構(gòu)成由二種金剛石鋸絲2纏繞在二組導(dǎo)線輪3上形成的二組線網(wǎng)的網(wǎng)面形成，二組線網(wǎng)按上下位置排布成“呂”形，如圖7所示，二層切割面由上方“方”形線網(wǎng)的下方的金剛石鋸絲2和下方“方”形線網(wǎng)的上方金剛石鋸絲2形成，切割臺1置于二層切割網(wǎng)面下方，切割和磨削順序經(jīng)下方“方”形線網(wǎng)上方金剛石鋸絲2至上方“方”形線網(wǎng)的下方金剛石鋸絲2。上述D、E各項中，按切割順序，第一層切割網(wǎng)面金剛石鋸絲2的直徑逐漸增大，其中第二層金剛石鋸絲2的線徑大于第一層金剛石鋸絲2的線徑，第二層金剛石鋸絲2線徑上附著的金剛石磨粒尺寸小于第一層切割面金剛石鋸絲2線徑上附著的金剛石磨粒尺寸。上述A、B、C、D、E各項中，相鄰切割網(wǎng)面之間形成一定的夾角，相鄰切割網(wǎng)面的運行方向相反。上述實施例，僅為對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果作進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個例，本實用新型并非限定于此。凡在本實用新型公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.金剛石線鋸裝置，包括金剛石鋸絲O)，其特征在于沿切割進(jìn)給方向，在一個切割工作面中，前后至少布置兩條金剛石鋸絲O)，或在一個以上相平行的切割工作面中，前后至少布置兩組金剛石鋸絲O)，同組中的金剛石鋸絲(2)相互平行形成一層切割網(wǎng)面；后一條或后一組金剛石鋸絲O)的直徑大于或等于前一條或前一組金剛石鋸絲O)的直徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于所述切割網(wǎng)面由一條或一條以上長線金剛石鋸絲(2)于一組導(dǎo)線輪(3)上纏繞而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于所述一組導(dǎo)線輪至少由兩個導(dǎo)線輪⑶構(gòu)成扁“方”形網(wǎng)面，或由三個導(dǎo)線輪⑶構(gòu)成“三角”形網(wǎng)面，也可以由更多導(dǎo)線輪⑶構(gòu)成“多邊”形網(wǎng)面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于所述一組導(dǎo)線輪(3)于四角設(shè)置而構(gòu)成“方”形線網(wǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于所述“方”形線網(wǎng)為二組或二組以上，各組“方”形線網(wǎng)通過組合構(gòu)成二層或二層以上切割網(wǎng)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于所述兩組“方”形線網(wǎng)嵌套成 “回”形，或兩組“方”形線網(wǎng)按沿切割進(jìn)給方向前后排布。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于所述三組“方”形線網(wǎng)相互嵌套；或由另一組“方”形線網(wǎng)沿切割進(jìn)給方向排布于嵌套成“回”形的兩組線網(wǎng)位置之前、后。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一項所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于后一條或后一組金剛石鋸絲O)的線徑大于或等于前一條或前一組金剛石鋸絲O)的線徑，后一條或后一組金剛石鋸絲(2)上附著的金剛石磨粒尺寸小于或等于前一條或前一組金剛石鋸絲 (2)上附著的金剛石磨粒尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一項所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于相鄰金剛石鋸絲(2)或相鄰切割網(wǎng)面之間有一個夾角。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任意一項所述的金剛石線鋸裝置，其特征在于相鄰金剛石鋸絲(2)或相鄰切割網(wǎng)面的運行方向相同或相反。
專利摘要本實用新型公開了一種切割硅錠的金剛石線鋸裝置，由金剛石鋸絲相互平行纏繞在成組的導(dǎo)線輪上形成的線網(wǎng)的網(wǎng)面構(gòu)成多層切割網(wǎng)面，各層切割面上的金剛石鋸絲上下對齊，按切割順序，各層切割網(wǎng)面金剛石鋸絲的直徑逐漸增大，其中金剛石鋸絲的線徑逐漸增粗，而其上附著的金剛石磨粒尺寸逐漸減小。本實用新型采用多組金剛石鋸絲切割網(wǎng)面依次切割硅片的方法，將硅片的切割、精磨和拋光分工序由不同性質(zhì)的金剛石鋸絲按不同的運行參數(shù)完成，以獲得更高的硅材料利用率，滿足切割線縫越來越窄、硅片切割朝更薄發(fā)展要求。
文檔編號B28D5/04GK202029257SQ20112013641
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者宋京新 申請人:桂林創(chuàng)源金剛石有限公司