專利名稱：設有非切割面的金剛線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及硬脆性材料的切割，具體涉及硬脆性材料切割用工具。
背景技術(shù)：
硅材料被廣泛應用于半導體和太陽能領(lǐng)域，硅材料切片是半導體制造和晶硅太陽能電池生產(chǎn)中的重要步驟。傳統(tǒng)的砂漿切割技術(shù)存在效率低，加工成品切割損傷嚴重等問題。相比而言，金剛線切割技術(shù)可以大大的提高生產(chǎn)效率，同時避免使用高能耗的碳化硅和聚乙二醇切割液，有利于建立環(huán)境友好型的硅片生產(chǎn)加工條件和降低成本，因而成為切片技術(shù)新的發(fā)展方向。由于硅材料在常溫下具有硬脆性的特點，而且硅片厚度通常較小(小于200微米)，所以硅片很容易破碎。尤其是在后續(xù)的電池加工工藝中硅片要被夾持和傳送，夾持裝置在硅片上產(chǎn)生的應力會導致硅片內(nèi)裂紋的擴展從而引發(fā)整個硅片的破裂。因此，減少硅片內(nèi)的損傷和裂紋可以有效提聞太陽能電池的廣率。硅片內(nèi)的損傷和裂紋主要是在切片過程產(chǎn)生的。盡管切割后硅片要經(jīng)過蝕刻以消除表面的損傷層，但殘留的裂紋仍然是導致硅片破損的直接原因。有研究表明，硅片邊緣的裂紋數(shù)量和密度都大于其他區(qū)域。鑒于線切割過程對硅片機械強度的重要影響，優(yōu)化設計金剛線結(jié)構(gòu)和切削條件就顯得極為重要。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種設有非切割面的金剛線，以優(yōu)化金剛線的結(jié)構(gòu)。本實用新型所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)設有非切割面的金剛線，包括一鋼線，其特征在于，所述鋼線的一側(cè)不固定金剛石磨粒，構(gòu)成非切割面；另一側(cè)固定有金剛石磨粒，構(gòu)成一與被切割物接觸并切割的切割面。在脆硬性材料切割的過程中，金剛線只有在靠近切削區(qū)域的一側(cè)才有可能與被切割物接觸并切割，因此，在金剛線與被切割物非接觸的非切割面上可以不設置金剛石磨粒。由于金剛線的重要成本來自于價格昂貴的金剛石磨粒，此設計可以在保證切削正常進行的同時降低金剛線制作成本。所述鋼線直徑為100-150微米。這樣，有利于控制鋼線上的金剛石磨粒的大小和形狀。在用于晶體硅切割時，由于切削腔的寬度決定了切削過程中硅料的損耗情況，所以為了減少硅料的損耗，所述鋼線直徑為100-120微米。本實用新型可以用于晶體硅切片、硅棒開方、藍寶石切片、碳化硅切割等。所述金剛石磨?？梢哉辰釉谒鲣摼€上，所述金剛石磨粒也可以鑲嵌在所述鋼線上，所述金剛石磨粒還可以鍍在所述鋼線上。自所述切割面中心向兩側(cè)方向，所述金剛石磨粒的尺寸逐漸變小，尖銳度逐漸減小。金剛石的大小和尺寸影響其切削能力，同時也決定了造成硅基底損傷的能力。金剛石磨粒尺寸為10-35微米。位于中心的金剛石磨粒尺寸為25-35微米，具有鋒利的切削刃。位于最外側(cè)的金剛石磨粒尺寸為9-11微米，優(yōu)選10微米，且無鋒利的棱角。所述鋼線均分為兩部分，固定有金剛石磨粒的切割面的表面積等于非切割面的表面積。

圖1為切割過程中切削腔部分的橫截面示意圖；圖2為本實用新型的切割系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下 面結(jié)合具體圖示進一步闡述本實用新型。參見圖1和圖2，設有非切割面的金剛線1，包括一鋼線11，鋼線11的一側(cè)固定有金剛石磨粒12，構(gòu)成一與被切割物接觸并切割的切割面；另一側(cè)不固定金剛石磨粒12，構(gòu)成非切割面。鋼線11通過電鍍、樹脂粘接和/或鑲嵌的方式使金剛石磨粒12固定于鋼線11的一側(cè)。在脆硬性材料切割的過程中，金剛線只有在靠近切削區(qū)域的一側(cè)才有可能與被切割物接觸并切割，圖中，金剛線只有在靠近切削區(qū)域的一側(cè)才有可能與晶硅基底3接觸并切割，因此，在金剛線與被切割物非接觸的非切割面上可以不設置金剛石磨粒12。由于金剛線的重要成本來自于價格昂貴的金剛石磨粒12，此設計可以在保證切削正常進行的同時降低金剛線制作成本。本實用新型可以用于晶體硅切片、硅棒開方、藍寶石切片、碳化硅切割等。在用于晶體硅切割時，由于切削腔的寬度決定了切削過程中硅料的損耗情況，所以為了減少硅料的損耗，鋼線11直徑為100-120微米。若切削其他材料或在其他切削過程，例如硅棒開方和藍寶石切片，鋼線11直徑可相應增加，從而使對金剛石磨粒12的大小和形狀在鋼線11上的分布可以更容易的控制。金剛石磨粒12的形狀也對切削能力有直接影響。銳利的磨粒，即具有尖角(小的輪廓半徑)和/或小的輪廓夾角的磨粒，會更容易造成硅材料脆性斷裂并產(chǎn)生微裂紋。自切割面中心向兩側(cè)方向，金剛石磨粒12的尺寸逐漸變小，尖銳度逐漸減小。圖1，鋼線11均分為兩部分，固定有金剛石磨粒12的切割面的表面積等于非切割面的表面積。在金剛線與晶硅基底3接觸的切割面，金剛石磨粒12的布局采用以下策略。假設α是以金剛線圓心為角頂點，金剛線表面區(qū)域與金剛線進給方向的夾角，在α由0°到90°向兩側(cè)增加的過程中，金剛線表面金剛石磨粒12的尺寸大小逐漸變小，形狀由尖銳逐漸變得圓滑。在切削行為集中的α接近0°的區(qū)域，采用銳利的磨粒以加速切削硅基底材料。有研究表明，圓潤的磨?？梢詼p少脆性斷裂的產(chǎn)生，從而使硅材料通過塑性變形(類似于金屬材料的朔性變形)被移除，因而減少了損傷和裂紋的產(chǎn)生。在α接近90°的區(qū)域使用圓潤的磨粒，可以有效減少硅片成品表面裂紋。[0026]金剛石磨粒12的大小和尺寸影響其切削能力，同時也決定了造成硅基底損傷的能力。金剛石磨粒12尺寸為10-35微米。位于中心的金剛石磨粒12尺寸為25-35微米，具有鋒利的切削刃。位于最外側(cè)的金剛石磨粒12尺寸為9-11微米，優(yōu)選10微米，且無鋒利的棱角。圖1中，在α =90°的區(qū)域，被切削的硅基底將成為成品硅片的表面。因此，在α接近90°的區(qū)域使用尺寸小的磨粒，可以有效減小成品硅片的損傷。同時，在α=90°附近區(qū)域的金剛石磨粒12大小也決定了整個切削腔的寬度，亦是切片過程中硅料的損耗。小尺寸磨粒的使用可以有效減少娃料的損耗。金剛石磨粒12的大小和形狀需要進行嚴格的區(qū)分。在硅切片過程中，在α接近90°的區(qū)域，磨粒大小可以在25-35微米之間，需要具有 鋒利的切削刃；而在α接近90°的區(qū)域，磨粒大小應在10微米左右，且無鋒利的棱角。將整個需要鑲嵌金剛石磨粒12的鋼線11表面分成若干個區(qū)域(3個或者5個)，按著前述的要求分區(qū)準備金剛石磨粒12并鑲嵌。參照圖2，采用設有非切割面的金剛線的切割系統(tǒng)，包括一金剛線切割系統(tǒng)主體，金剛線切割系統(tǒng)主體包括一導線輪組、供線軸22、卷線軸21、切削液供給裝置，切削液供給裝置設有切削液供口 25，金剛線繞在導線輪組上，金剛線采用設有非切割面的金剛線I ;設有非切割面的金剛線，包括一鋼線11，鋼線11的一側(cè)固定有金剛石磨粒12，構(gòu)成一與被切割物接觸并切割的切割面；另一側(cè)不固定金剛石磨粒12，構(gòu)成非切割面；金剛線的切割面朝向?qū)Ь€輪組外，非切割面與導線輪組接觸。金剛線切割系統(tǒng)主體是一晶體硅切片用金剛線切割系統(tǒng)主體，晶體硅切片用金剛線切割系統(tǒng)主體還包括一用于控制娃棒的進給方向的娃棒進給系統(tǒng)，娃棒進給系統(tǒng)的娃棒24進給方向由兩個，一個是自上而下，另一個是自下而上，兩個進給方向可同時進給。導線輪組包括四個導線輪23，金剛線環(huán)繞在四個導線輪23外側(cè)。在使用過程中，為減少硅材料脆性斷裂，增加其被塑性加工的能力，在對位于硅棒兩端的5-10毫米進行切割時，切割進給速度低于正常速度，切削液粘度高于正常粘度，并在切削液中沖加有弱氫鍵的潤滑液。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.設有非切割面的金剛線，包括一鋼線，其特征在于，所述鋼線的一側(cè)不固定金剛石磨粒，構(gòu)成非切割面；另一側(cè)固定有金剛石磨粒，構(gòu)成一與被切割物接觸并切割的切割面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，所述鋼線直徑為 100-150 微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，所述鋼線直徑為 100-120 微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，自所述切割面中心向兩側(cè)方向，所述金剛石磨粒的尺寸逐漸變小，尖銳度逐漸減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，金剛石磨粒尺寸為 10-35微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，位于中心的金剛石磨粒尺寸為25-35微米，位于最外側(cè)的金剛石磨粒尺寸為9-11微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，位于最外側(cè)的金剛石磨粒尺寸為10微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一項所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，所述鋼線均分為兩部分，固定有金剛石磨粒的切割面的表面積等于非切割面的表面積。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，所述金剛石磨粒粘接在所述鋼線上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設有非切割面的金剛線，其特征在于，所述金剛石磨粒鑲嵌在所述鋼線上。
專利摘要本實用新型涉及硬脆性材料的切割，具體涉及硬脆性材料切割用工具。一種設有非切割面的金剛線，包括一鋼線，其特征在于，所述鋼線的一側(cè)固定有金剛石磨粒，構(gòu)成一與被切割物接觸并切割的切割面；另一側(cè)不固定金剛石磨粒，構(gòu)成非切割面。在脆硬性材料切割的過程中，金剛線只有在靠近切削區(qū)域的一側(cè)才有可能與被切割物接觸并切割，因此，在金剛線與被切割物非接觸的非切割面上可以不設置金剛石磨粒。由于金剛線的重要成本來自于價格昂貴的金剛石磨粒，此設計可以在保證切削正常進行的同時降低金剛線制作成本。
文檔編號B28D5/04GK202826102SQ20122045126
公開日2013年3月27日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者吳豪 申請人:吳豪