Un método para escindir una barra de material quebradizo (22) que tiene una superficie (52) y un extremo (26),

que comprende:

formar una ranura inicial (100) en la superficie en un plano de escisión adyacente al extremo de la barra;

iniciar una grieta en la barra usando la ranura inicial;

impulsar la hoja (18) completamente a través de la barra para hacer avanzar repetitivamente la grieta a través de la barra y formar una rodaja escindida (84) de los materiales quebradizos de la barra; y

soportar la rodaja escindida mediante un soporte que sigue al movimiento de la hoja (24) para evita la fractura de las rodajas escindidas

Método para escindir materiales quebradizos.

Campo técnico

La presente invención se refiere generalmente a la escisión, y más particularmente, a un método para escindir materiales quebradizos en secciones delgadas.

Antecedentes

Las "obleas" delgadas planas de materiales semiconductores y similares son útiles para la fotovoltaica y otras electrónicas en estado sólido y como sustratos para diversos sistemas tales como el sistema microelectromecánico (MEMS). En la actualidad, se obtienen habitualmente serrando un lingote o bloque colado de material y puliendo después las rodajas resultantes. El proceso de serrado produce una gran cantidad de desechos y es caro. Los altos gastos limitan el mercado para ciertos productos, tales como sistemas fotovoltaicos. Las técnicas convencionales para pulverizar y pulir cristales para obtener secciones delgadas introducen defectos e impurezas en el cristal. No se ha demostrado que los métodos alternativos para crear secciones delgadas por procesos aditivos produzcan un material de alta calidad. Los métodos concebidos hasta la fecha para la escisión en secciones delgadas, es decir, adherir una extensión sobre el cristal, solamente sirven para secciones muy pequeñas y son incómodos y lentos a la hora de retirar el adhesivo. Una de las cuestiones fundamentales al escindir convencionalmente una sección muy delgada es el comportamiento muy diferente de las dos piezas durante la escisión. El cuerpo principal del cristal permanece bastante rígido, pero la sección delgada no puede resistir tanta fuerza, de manera que la hoja de escisión se tuerce lateralmente, rompiendo la sección delgada antes de que se pueda conseguir una escisión completa.

El documento US 3.901.423 describe un método para fraccionar materiales cristalinos para producir obleas delgadas que incluye aplicar una carga de tracción a una barra de silicio y forzar después una cuña en una muesca formada previamente en uno o ambos lados del material.

El documento US 4.955.357 describe un método para cortar una barra de silicio policristalino que comprende aplicar fuerzas de presión sobre un plano perpendicular al eje longitudinal de la barra hacia el eje de la barra en al menos dos posiciones en la periferia de la barra simétrica al eje de la barra mediante los bordes de la muesca. Los bordes de la muesca forman bordes cortantes y un medio motriz, por ejemplo, un cilindro hidráulico, proporciona la fuerza motriz. Cuando se aplica la fuerza motriz, la barra se parte instantáneamente y un trozo cortado cae en un vertedero.

El documento JP 11-284-278 describe un sistema en el que se forman diversas ranuras en una barra de diodo láser y se usa después una cortadora insertando un borde cortante en las ranuras, de manera que se retira una lasca.

Por consiguiente, hay demanda de métodos y aparatos mejorados para escindir materiales quebradizos.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para escindir una barra de material quebradizo de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

El aparato para el uso en el método de la invención incluye un soporte adaptado para sujetar la sección de la barra en una posición para escindirse, una hoja, un accionador acoplado a la hoja para impulsar la hoja al menos parcialmente a través de la barra para crear una parte escindida de la barra y un seguidor para entrar en contacto con el extremo de la barra durante la escisión.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista lateral en alzado que ilustra esquemáticamente un aparato para escindir material quebradizo.

La Figura 2 es una vista lateral ampliada en alzado que ilustra esquemáticamente una hoja del aparato de la Figura 1 en una primera posición.

La Figura 3 es una vista lateral en alzado que ilustra esquemáticamente una hoja de la parte del aparato de la Figura 2 en una segunda posición.

La Figura 4 es una vista lateral en alzado, similar a la Figura 2, de otra realización del aparato para escindir material quebradizo en una primera posición.

La Figura 5 es una vista lateral en alzado, similar a la Figura 3, de la parte del aparato de la Figura 4 en una segunda posición.

La Figura 6 es una vista lateral en alzado, similar a la Figura 2, de una realización adicional del aparato para escindir material quebradizo en una primera posición.

La Figura 7 es una vista lateral en alzado similar a la Figura 3, de la porción del aparato de la Figura 6 en una segunda posición.

La Figura 8 ilustra esquemáticamente el inicio de un proceso de escisión de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 9 ilustra esquemáticamente el inicio de un proceso de escisión de acuerdo con otro método de la presente invención.

La Figura 10 ilustra esquemáticamente el inicio de un proceso de escisión de acuerdo con un método adicional de la presente invención.

La Figura 11A ilustra esquemáticamente una hoja en una primera posición durante el inicio de un proceso de escisión en otro método más de la presente invención.

La Figura 11B ilustra esquemáticamente una hoja en una segunda posición en el proceso de escisión al que se hace referencia en la Figura 11A.

La Figura 12A es una vista lateral en alzado, similar a la Figura 2, de otra realización del aparato para escindir material quebradizo en una primera posición.

La Figura 12B es una vista lateral en alzado, similar a la Figura 3, de la parte del aparato de la Figura 12A en una segunda posición.

La Figura 13A ilustra esquemáticamente una ranura, una hoja y una placa de refuerzo para escindir un material quebradizo de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 13B ilustra esquemáticamente el inicio de un proceso de escisión de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 13C ilustra esquemáticamente la propagación de la grieta iniciada en la etapa ilustrada en la Figura 13B de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 13D ilustra esquemáticamente la propagación del proceso de escisión de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 14A ilustra esquemáticamente una hoja y una placa de refuerzo para escindir una barra de material quebradizo de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 14B ilustra esquemáticamente el inicio del proceso de escisión de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 14C ilustra esquemáticamente la propagación de la grieta iniciada en la etapa ilustrada en la Figura 14B de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 14D ilustra esquemáticamente la propagación del proceso de escisión de acuerdo con un método de la presente invención.

La Figura 15 es una vista ampliada en perspectiva que ilustra esquemáticamente una hoja de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

En lo sucesivo en este documento se describen diversas realizaciones de la presente invención con referencia a las figuras. Se debe observar que las figuras no están dibujadas a escala y elementos con estructuras o funciones similares se representan por los mismos números de referencia en todas las figuras. También se debe observar que se pretende que el texto y las figuras solamente faciliten la descripción de realizaciones específicas de la invención. No se pretende que sean una descripción exhaustiva de la invención o una limitación del alcance de la invención. Además, un aspecto descrito junto con una realización particular de la presente invención no necesariamente está limitado a la realización y se puede ejecutar en cualquier otra realización de la presente invención.

Un aparato 10, que se puede usar en una realización de la presente invención, por ejemplo, para escindir una sección de una barra de material quebradizo (véase la Figura 1). Los materiales quebradizos, como se usa en este documento, generalmente se refieren a materiales que pueden sostener solamente una pequeña cantidad de deformación antes de romperse o fraccionarse. El silicio y otros materiales comunes de semiconductor/sustrato (tales como arseniuro de galio y zafiro) habitualmente son duros y/o quebradizos. Pero, cuando están en una forma monocristalina, se pueden escindir láminas delgadas de estos materiales...

1. Un método para escindir una barra de material quebradizo (22) que tiene una superficie (52) y un extremo (26), que comprende:

formar una ranura inicial (100) en la superficie en un plano de escisión adyacente al extremo de la barra;

iniciar una grieta en la barra usando la ranura inicial;

impulsar la hoja (18) completamente a través de la barra para hacer avanzar repetitivamente la grieta a través de la barra y formar una rodaja escindida (84) de los materiales quebradizos de la barra; y

soportar la rodaja escindida mediante un soporte que sigue al movimiento de la hoja (24) para evita la fractura de las rodajas escindidas.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de impulsión incluye impulsar la hoja a través de la barra a una velocidad controlada.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el material quebradizo incluye un material cristalino.

4. El método de la reivindicación 1, en el que el material quebradizo se selecciona entre el grupo de materiales que consisten en silicio, arseniuro de galio, germanio, silicio-germanio y zafiro.

5. El método de la reivindicación 1, que comprende además guiar la hoja a lo largo de un soporte físico (48) antes de la etapa de inicio.

6. El método de la reivindicación 5, que comprende además alinear la hoja con la grieta antes de impulsar la hoja a lo largo de la grieta.

7. El método de la reivindicación 1, en el que la ranura inicial está provista de una superficie de escisión (101) separada del extremo de la barra de material quebradizo y perpendicular a la superficie de la barra.

8. El método de la reivindicación 1, en el que la ranura inicial es una ranura de ojo de cerradura (102).

9. El método de la reivindicación 1, que comprende además guiar la hoja a lo largo de un soporte físico (48), en el que al menos una parte del soporte físico (104) se extiende hacia el interior de la ranura (100) para proporcionar una superficie de guía sustancialmente perpendicular a la superficie de la barra.

10. El método de la reivindicación 9, en el que la superficie de guía está sustancialmente alineada en el mismo plano que la grieta.

11. El método de la reivindicación 1, en el que el soporte que sigue al movimiento de la hoja comprende un miembro seguidor (24) y la etapa de soporte incluye mover el miembro seguidor con respecto al extremo de la barra.

12. El método de la reivindicación 1, que comprende además aplicar un agente corrosivo en la ranura inicial para romper enlaces tensados del material quebradizo.

13. El método de la reivindicación 1, que comprende además formar una pluralidad de ranuras iniciales en la barra de material quebradizo y en el que la etapa de inicio incluye iniciar una grieta en al menos una de la pluralidad de ranuras iniciales.

14. El método de la reivindicación 1, en el que cada uno de la hoja y el soporte que sigue al movimiento de la hoja tiene una superficie curvada (44) (76) para engranarse con la rodaja escindida.

15. El método de la reivindicación 14, en el que la rodaja escindida de material quebradizo se flexiona durante la etapa de impulsión.

16. El método de la reivindicación 14, en el que las superficies curvadas (44) (76) tienen aproximadamente los mismos radios.

17. El método de la reivindicación 1, que comprende además aplicar un agente corrosivo en la grieta para romper los enlaces sometidos a tensión del material quebradizo.

18. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de soporte incluye soportar la rodaja escindida con una superficie curvada (76) a medida que la rodaja escindida se tuerce durante la escisión de la barra.

19. El método de la reivindicación 18, que comprende además rotar la superficie curvada mientras que la hoja se está impulsando a través de la barra.

20. El método de la reivindicación 18, en el que la hoja se desplaza en una dirección mientras que se está impulsando a través de la barra y en el que la superficie curvada rota alrededor de un eje de rotación (68) durante la etapa de rotación, comprendiendo además mover el eje de rotación en una dirección paralela a la dirección de desplazamiento de la hoja mientras que la hoja se está impulsando a través de la barra.

21. El método de la reivindicación 18, en el que la hoja se desplaza en una dirección mientras que se está impulsando a través de la barra, comprendiendo además mover la superficie curvada en una dirección paralela a la dirección de desplazamiento de la hoja mientras que la hoja se está impulsando a través de la barra.

22. El método de la reivindicación 1, en el que la hoja está conformada sustancialmente en V y, durante la etapa de inicio de grieta, se orienta para el uso en una posición recta para iniciar la grieta, después, la hoja se inclina hacia el extremo (26) de la barra, de tal manera que la superficie de la hoja (19) es paralela al extremo de la barra (26) antes de impulsar la hoja a través de la barra para hacer avanzar repetitivamente la grieta.

23. El método de la reivindicación 22, en el que el soporte que sigue al movimiento de la hoja tiene una superficie curvada (76), disponiéndose el soporte que sigue el movimiento de la hoja de tal manera que la superficie curvada rota alrededor de un eje de rotación (68), en el que el eje se mueve en una dirección paralela a la dirección de desplazamiento de la hoja mientras que la hoja se está impulsando a través de la barra.

24. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1, 18 ó 22, en el que el soporte que sigue al movimiento de la hoja interpone una tira flexible (86) entre la rodaja que se está escindiendo de la barra y el soporte curvado que sigue al movimiento de la hoja.

25. El método de la reivindicación 24, en el que la tira flexible incluye una tira flexible absorbente de impactos (96).

26. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1, 19 ó 22, en el que el soporte que sigue al movimiento de la hoja comprende una tira flexible (86) y un bloque deslizante (90) que tiene una capa de apoyo (91) entre la tira flexible y el bloque, en el que el bloque se mueve de forma paralela al movimiento de la hoja.