Polvo de granos abrasivos.

Polvo de granos abrasivos, destinados en particular al mecanizado de lingotes de silicio,

siendo dicho polvo tal que la fracción granulométrica D40-D60 comprende más del 15% y menos del 80%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad (S) inferior a 0, 85, siendo los percentiles D40 y D60 los percentiles de la curva de distribución granulométrica acumulada de los tamaños de granos del polvo, que corresponde a los tamaños de granos que permiten separar las fracciones del polvo constituidas por el 40% y por el 60% en porcentajes en volumen, respectivamente, de los granos del polvo que presentan los mayores tamaños.

Polvo de granos abrasivos.

Campo técnico La presente invención se refiere a un polvo de granos abrasivos, destinado en particular al mecanizado de lingotes de silicio, a una herramienta abrasiva, y en particular un hilo abrasivo, que comprende dichos granos, y a un procedimiento de aserrado de un lingote que utiliza dicho polvo o dicha herramienta abrasiva.

Estado de la técnica Clásicamente, la fabricación de obleas de silicio, denominadas "wafers" en inglés, comprende una etapa de aserrado en láminas de lingotes de silicio. Para ello, los lingotes de silicio son empujados contra un hilo abrasivo que gira en bucle recargándose cuando pasa a través de una barbotina que contiene unos granos abrasivos en suspensión.

Unos procedimientos de aserrado de lingotes de silicio y unas máquinas que se pueden utilizar para realizar estos procedimientos se describen en particular en los documentos US 2006/249134, US nº 5.937.844 o WO 2005/095076.

Las obleas de silicio pueden estar destinadas a aplicaciones electrónicas o a la fabricación de células fotovoltaicas. En particular en esta última aplicación, existe una necesidad para fabricar unas obleas de silicio de un grosor reducido, del orden de 200 μm, con el fin de limitar la cantidad de silicio necesario para producir un vatio.

Existe asimismo una necesidad de velocidades de aserrado elevadas, con el fin de aumentar la productividad.

Estas restricciones de bajo grosor y de alta velocidad de aserrado conducen sin embargo a unos índices de desecho insatisfactorios. En efecto, una proporción importante de las obleas fabricadas presenta unas variaciones de grosor según su longitud, unas deformaciones o defectos en su superficie. Algunas obleas presentan incluso unas fisuras incipientes, o se rompen durante el aserrado.

Se han llevado a cabo, por lo tanto, unas investigaciones con el fin de mejorar las prestaciones de las barbotinas utilizadas. En particular, el documento JP 10-180 608 preconiza la utilización de granos abrasivos en forma de plaquetas que presentan un grosor como máximo igual a la cuarta parte de su longitud y de su anchura.

El documento JP 2003-041240 preconiza una dispersión de los tamaños de granos ceñida alrededor del tamaño medio. El documento JP 2003-041240 precisa asimismo que la relación de aspecto media debería ser superior o igual a 0, 59. Los granos dados a conocer en el documento JP 2003-041240 permitirían reducir las variaciones de grosor a lo largo de las obleas fabricadas. El documento JP 2003-041240 no se interesa sin embargo por la forma de los granos dentro de un tramo granulométrico determinado.

Un objetivo de la invención es resolver por lo menos parcialmente uno o varios de los problemas mencionados anteriormente, y en particular mejorar la productividad de los procedimientos de fabricación de obleas de silicio.

Sumario de la invención La invención propone un polvo de granos abrasivos, destinado en particular al mecanizado de lingotes de silicio, siendo dicho polvo tal que la fracción granulométrica D40-D60 comprende más del 15% y menos del 80%, incluso menos del 70%, o menos del 50%, o menos del 40%, en porcentajes en volumen, de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85, siendo los percentiles D40 y D60 los percentiles de la curva de distribución granulométrica acumulada de los tamaños de granos del polvo correspondientes a los tamaños de granos que permiten separar las fracciones del polvo constituidas por el 40% y por el 60% en porcentajes en volumen, respectivamente, de los granos del polvo que presentan los mayores tamaños.

Como se verá con mayor detalle en la continuación de la descripción, las prestaciones del polvo según la invención para aserrar unos lingotes son particularmente notables.

Este resultado es inexplicable y sorprendente.

En primer lugar porque, durante una operación de aserrado, son los granos más gruesos los que atacan mayoritariamente el lingote a serrar. El experto en la materia habría sido por lo tanto incitado a favorecer el alargamiento de los granos para las fracciones granulométricas correspondientes a los tamaños de granos más grandes, sin imaginar que la presencia de una cantidad importante de granos alargados en unos tramos granulométricos intermedios podría haber mejorado las prestaciones del polvo.

Después, porque los inventores han descubierto que, al contrario de la enseñanza del documento JP 10-180 608, la cantidad de granos alargados en estas fracciones granulométricas intermedias debe ser limitada. Una mezcla de granos alargados y de granos redondeados permite ventajosamente un buen apilamiento y un perfil de distribución adaptado de los granos alargados, en particular en una aplicación con una herramienta abrasiva, en particular sobre un hilo de soporte. El desgaste de la herramienta abrasiva es además más homogéneo.

Las reivindicaciones subordinadas 2 a 13 se refieren a modos de realización preferidos del polvo según la invención.

La invención se refiere también a una herramienta que comprende unos granos abrasivos según la invención fijados sobre un soporte o aglomerados unos a los otros, en particular mediante un ligante. La herramienta es un hilo de soporte revestido de una barbotina según la invención, por ejemplo un hilo abrasivo destinado al aserrado de lingotes, y en particular de lingotes de silicio.

La invención se refiere asimismo a un procedimiento de aserrado de un lingote mediante una herramienta según la invención, y en particular mediante un hilo abrasivo según la invención. El lingote puede comprender más del 50%, más del 80%, más del 90%, más del 95%, más del 99%, más del 99, 9%, incluso el 100% de un constituyente seleccionado de entre un material semiconductor, en particular el silicio mono o policristalino, un arseniuro, en particular el arseniuro de galio (GaAs) , el fosfuro de indio (InP) , un óxido metálico, una ferrita. El procedimiento puede estar adaptado para obtener, al final del aserrado, una oblea de un grosor inferior a 200 μm, inferior a 150 μm, incluso inferior o igual a 100 μm.

Definiciones

- Por "grano" se entiende un producto sólido individualizado en un polvo o fijado sobre un soporte.

- Para mejor claridad, se denomina en la presente memoria "grano alargado" un grano que presenta una circularidad inferior a 0, 85, y "grano redondeado" un grano que presenta una circularidad superior o igual a 0, 85.

- Se denomina "tamaño" DP de un grano la media de su mayor dimensión dM y de su menor dimensión dm (dM + dm) /2.

- La "circularidad" de un grano se determina clásicamente de la manera siguiente: se ponen en suspensión en un fluido los granos con el fin de evitar cualquier floculación de los granos, es decir cualquier aglomeración. Los inventores han realizado por ejemplo una suspensión en la que un polvo de SiC está dispersado en agua con la ayuda de sosa NaOH.

Se toma una fotografía de la suspensión y se trata mediante un aparato de tipo SYSMEX FPIA 3000. Para evaluar la circularidad de un grano, se determina el perímetro Pd del disco D que presenta un área igual al área Ap del grano G en la fotografía (véase la figura 2) . Se determina por otro lado el perímetro Pp de este grano. La circularidad es igual a la relación de Pd/Pp. Cuanto más alargada es la forma del grano, más baja es la circularidad.

El manual de utilización del SYSMEX FPIA 3000 describe asimismo este procedimiento (véase "detailed specification sheets" en www.malvern.co.uk) .

-se denomina clásicamente "curva de distribución granulométrica acumulada de los tamaños de granos del polvo", a la curva de distribución granulométrica que da:

- en ordenadas, unos porcentajes tales que un porcentaje de p% representa la fracción del polvo que reúne los p%, en volumen, de los granos que presentan los tamaños mayores, y

- en abscisas, los tamaños de grano Dp, siendo Dp el tamaño más pequeño posible de los granos en la fracción del polvo representada por el porcentaje p% en abscisas.

Dicha curva granulométrica se puede realizar con la ayuda de un granulómetro láser. El dispositivo SYSMEX FPIA 3000 permite ventajosamente obtener dichas curvas. Se denomina clásicamente "percentil" o "centil" Dp al tamaño de grano (en abscisas en la curva mencionada anteriormente) que corresponde al porcentaje, en volumen, de p% en abscisas. Por ejemplo, el 10%, en volumen, de los granos del polvo tienen un tamaño superior o igual a D10, y el 90% de los granos, en volumen, tienen un tamaño estrictamente inferior de D10.

Se designa mediante "Dp-Dq" la fracción granulométrica que comprende el conjunto de los granos que presentan un tamaño... [Seguir leyendo]

1. Polvo de granos abrasivos, destinados en particular al mecanizado de lingotes de silicio, siendo dicho polvo tal que la fracción granulométrica D40-D60 comprende más del 15% y menos del 80%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad (S) inferior a 0, 85, siendo los percentiles D40 y D60 los percentiles de la curva de distribución granulométrica acumulada de los tamaños de granos del polvo, que corresponde a los tamaños de granos que permiten separar las fracciones del polvo constituidas por el 40% y por el 60% en porcentajes en volumen, respectivamente, de los granos del polvo que presentan los mayores tamaños.

2. Polvo según la reivindicación anterior, en el que la relación R40-60 del porcentaje en volumen S (D40-D60) de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85 en la fracción granulométrica D40-D60 dividida por el diámetro medio D50 es superior a 0, 85 e inferior a 3, 5.

3. Polvo según la reivindicación anterior, en el que la relación R40-60 del porcentaje en volumen S (D40-D60) de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85 en la fracción granulométrica D40-D60 dividida por el diámetro medio D50 es superior a 0, 85 e inferior a 2, 0.

4. Polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que

10% < L20-40-60 < 30%, o 15% < L40-60-80 < 60%.

siendo Ln-m-p la relación (S (Dn-Dm) -S (Dm-Dp) ) /S (Dm-Dp) en porcentaje,

siendo S (Di-Dj) el porcentaje en volumen de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85 en la fracción granulométrica Di-Dj.

5. Polvo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

10% < L20-40-60 < 30%, y 15% < L40-60-80 < 60%.

6. Polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción granulométrica D20-D40 comprende más del 15%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad (S) inferior a 0, 85.

7. Polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción granulométrica D20-D40 y/o la fracción granulométrica D40-D60 comprende más del 20%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad (S) inferior a 0, 85.

8. Polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción granulométrica D20-D40 y/o la fracción granulométrica D40-D60 comprende menos del 30%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85.

9. Polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tamaño medio D50 es inferior a 30 μm.

10. Polvo según la reivindicación anterior, en el que el tamaño medio D50 es inferior a 20 μm.

11.Polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el tamaño medio D50 es superior a 3 μm.

12. Polvo según la reivindicación anterior, en el que el tamaño medio D50 es superior a 5 μm.

13.Polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fracción granulométrica D40-D60 comprende menos del 50%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad (S) inferior a 0, 85.

14. Hilo abrasivo destinado al aserrado de bloques, en particular de bloques de silicio, que comprende un hilo de soporte, un polvo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y un ligante que fija, rígidamente o no, los granos de dicho polvo sobre dicho hilo de soporte.

15. Procedimiento de aserrado de un bloque a base de silicio por medio de un hilo abrasivo según la reivindicación anterior, adaptado con el fin de obtener, al final de dicho aserrado, una oblea de un grosor inferior a 200 μm.

16. Procedimiento según la reivindicación anterior, en el que la oblea presenta un grosor inferior o igual a 100 μm.