[发明专利]一种电磨削多线切割进电方法及装置

说明书

 

技术领域

本发明属于半导体硅片切割加工领域，更具体地说，本发明涉及机械磨削和电解复合加工领域，属于特种加工的范畴，辅助电解反应的进电采用新型非接触式进电方法。该方法及装置涉及到特种加工、自动控制、电工电子等学科的交叉领域专业知识，是一种交叉学科的发明专利。

 

背景技术

随着大规模集成电路、计算机以及太阳能电池等相关产业的不断发展，半导体材料在现代工业中的应用越来越广泛。硅片是半导体和光伏产业链中的主要生产原料，硅片的加工制造成本在整个生产链中占据了非常大的一部分。硅片加工技术也不断改进，从最初的内圆切割、外圆切割发展到现在主流的多线切割。

多线切割技术是在20世纪90年代开始发展起来的。这种切割方式是把一根细长的钢线缠绕在排线轮上，钢线两头分别由放线机构与收线机构拉紧。在收放线机构与排线轮之间装有若干张力控制轮，用以控制钢丝的刚度。排线轮高速正反向有节奏地旋转实现钢线往复运动，同时将砂浆带入加工区域进行研磨切割。砂浆是由切削液（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体。多线切割能一次同时切割上千片硅片，切割效率相对传统的内外圆切割要高的多，所以在大直径硅片加工领域和太阳能硅片领域它已取代传统的内外圆切割成为这一领域的主力军。然而，由于多线切割技术是依靠钢线带动磨粒来切割硅片，属于机械磨削，使得硅片的表面损伤层较大，要进一步降低硅片的厚度或切割大尺寸的硅片技术难度较大。

硅片的磨削电解复合多线切割加工方法是一种新型的硅片复合加工方法，该方法利用机械磨削和电解复合加工的方法来切割硅片，其中，电解作用有利于机械切削力的减小，切割产物兼具磨料作用，可以降低断丝几率，提高硅片切割效率；机械磨削作用有利于电化学钝化（或腐蚀）的持续进行，硅片机械损伤层更薄，表面完整性好，减少了后续减薄量，提高了材料利用率。

专利CN101797713B公开了一种电磨削复合多线切割方法，但是需要采用专用的进电方法来实现硅锭的进电，该方法需要在硅锭和玻璃之间增加一金属电极，利用粘结剂将硅锭和玻璃粘结在一起，并要保证硅锭与金属电极良好的导电性，最后金属电极通过电缆引出到电源正极；金属切割线通过主线辊由进电块引出连接到电源负极。该工艺方法操作复杂，需要专用金属电极来实现进电，且需要额外增加一台电解电源，致使整个工艺方法复杂，需要一台外接的电解电源，致使整个工艺方法繁琐。故本发明旨在发明一种新型的进电方法来解决电磨削复合多线切割的进电。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种简易可行的电磨削(腐蚀)-多线切割加工方法，减小切割过程中需要的机械力，降低加工难度。技术方案是采用一种非接触式进电方法来实现硅锭的进电，完成电解反应。具体如下：

一种电磨削多线切割进电方法，包括下列步骤：在多线切割机床上通过切割线对加工工件进行磨削加工，在加工过程中，向切割区域喷射切削液，其特征在于：在磨削区域上施加电磁场，所述电磁场的磁力线方向与切割线的轴向运动方向相交；所述的切割线的材质是金属。

本发明的技术方案原理是：导体在切割磁力线时会产生感应电动势，若电路闭合形成回路，则有电流流过该导体。如果在运动的切割线周围施加一个电磁场，该磁场可以让切割线在其截面的直径方向上产生感应电动势，感应电动势的正负两端即为切割线截面直径的两端。加工工件一般是半导体材料，掺杂硅、本征硅或碳化硅、锗等，因为切割线和加工工件之间接触间隙极小，而多线切割所用的切削液电导率很低，切割线和加工工件之间的接触电阻小于切削液的电阻，切割线上所产生的电压不会通过切削液形成回路，所以切割线直径两端与加工工件可以形成一个闭合回路。切割线一方面由于切割磁力线产生电压形成电源，另一方面又与加工工件一起构成电化学反应的阴极和阳极。切削液由于具有弱的导电性，故能形成微弱的电化学反应，在加工工件上会发生阳极钝化。因此，切割线、加工工件以及切削液共同构成了电化学反应所需的电源、阴极、阳极以及电解液，产生了微弱的电化学反应，在加工工件的电化学反应阳极附近区域会形成钝化膜。阳极钝化产物相比于半导体工件来说，更易被磨削去除，因此，加工工件材料不断被快速移动的金属切割线夹带的磨料刮除；新鲜表面露出后，继续发生电解作用，材料去除过程不断重复。钝化膜使得切割线进行磨削时，磨削加工更易进行，残余应力更小。电化学反应所需的电压可以通过合理设计磁场强度和切割线的运动速度得到。上述所述的施加的磁场可以通过永磁铁或者电磁铁实现。