Suspensión de granos abrasivos.

Suspensión que comprende un conjunto de granos abrasivos y un ligante,

estando dicha suspensióncaracterizada porque:

- la fracción granulométrica D40-D60 de dicho conjunto de granos abrasivos comprende más del 15% y menosdel 80%, en porcentajes en volumen, de granos que presentan una circularidad inferior a 0,85, siendo lospercentiles D40 y D60 los percentiles de la curva de distribución granulométrica acumulada de los tamaños degranos que corresponden a los tamaños de granos que permiten separar las fracciones constituidas por el40% y el 60% en porcentajes en volumen, respectivamente, de los granos que presentan los tamaños másgrandes, y

- los granos abrasivos representan más del 25% y menos del 46% de la masa de dicha suspensión.

Suspensión de granos abrasivos.

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

Estado de la técnica Clásicamente, la fabricación de obleas de silicio, denominadas "wafers" en inglés, comprende una etapa de serrado 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 suspensión de granos abrasivos.

Unos procedimientos de serrado 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 necesaria para producir un vatio.

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

Estas restricciones de bajo grosor y de alta velocidad de serrado conducen sin embargo a unas tasas de desecho insatisfactorias. 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 unos inicios de fisuras, o se rompen durante el serrado.

Se han llevado a cabo, por lo tanto, unas investigaciones con el fin de mejorar las prestaciones de las suspensiones 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.

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 una suspensión, o "barbotina", destinada en particular al mecanizado de lingotes de silicio, que comprende un conjunto de granos abrasivos y un ligante, estando dicha suspensión caracterizada porque:

- la fracción granulométrica D40-D60 de dicho conjunto de granos abrasivos comprende más del 15%, más del 18%, más del 22%, preferentemente más del 25%, y menos del 80%, menos del 70%, o menos del 60%, preferentemente menos del 50%, preferentemente 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 que corresponden a los tamaños de granos que permiten separar las fracciones constituidas por el 40% y 60% en porcentajes en volumen, respectivamente, de los granos que presentan los mayores tamaños, y

- los granos abrasivos representan más del 25%, más del 30%, más del 35%, más del 37% y menos del 49, 5%, incluso menos del 46%, preferentemente menos del 45%, preferentemente menos del 43% de la masa de dicha suspensión.

Como se verá más en detalle en la continuación de la descripción, una suspensión según la invención es particularmente efectiva para serrar unos lingotes. Para poder explicarlo teóricamente, los inventores han descubierto que las suspensiones que contienen una proporción elevada de granos alargados entre los grandes granos son ventajosas y que, para estas suspensiones específicamente, existe un intervalo óptimo para el contenido en masa de granos. De manera sorprendente, han demostrado que es ventajoso este intervalo óptimo para el contenido en masa inferior a los preconizados habitualmente.

Los inventores han descubierto asimismo que, en un modo de realización preferido de la invención, una suspensión según la invención no genera ninguna marca sobre las obleas mecanizadas (debido a la fricción de la herramienta abrasiva) y permite una buena renovación de los granos sobre esta herramienta durante su recarga.

Cuando el tamaño medio D50 del conjunto de granos abrasivos es superior a 5 µm, incluso superior a 6 µm e inferior a 9 µm, incluso inferior a 8 µm, los granos abrasivos presentan preferentemente más del 30% y menos del 46% de la masa de dicha suspensión.

Cuando el tamaño medio D50 del conjunto de granos abrasivos es superior a 8 µm, incluso superior a 9 µm e inferior a 12 µm, incluso inferior a 10 µm, los granos abrasivos representan preferentemente más del 35% y menos del 47% de la masa de dicha suspensión.

Cuando el tamaño medio D50 del conjunto de granos abrasivos es superior a 12 µm e inferior a 20 µm, incluso inferior a 15 µm, los granos abrasivos representan preferentemente más del 31% y menos del 48% de la masa de dicha suspensión.

En un modo de realización, la relación del porcentaje en volumen S (D40-D60) de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85 en la fracción granulométrica D40-D60 de dicho conjunto de granos abrasivos dividido por el tamaño medio D50, o "relación R40-60", es superior a 1 e inferior a 5, preferentemente inferior a 3, incluso inferior a 2, 7, siendo la circularidad y los percentiles tales como se han definido anteriormente.

Esta relación puede ser superior a 1, 5, incluso superior a 1, 7.

En un modo de realización, el conjunto de granos abrasivos es tal que 10% < Δ3-10-20 < 60%, y/o 5% < Δ10-20-40 < 40%, y/o 20% < Δ20-40-60 < 50%, y/o 0% < Δ40-60-80 < 20%, y/o 5% < Δ60-80-97 < 40%,

siendo Δn-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 presenta una circularidad inferior a 0, 85 en la fracción granulométrica Di-Dj.

En un modo de realización,

Δ40-60-80 <7%;

preferentemente 20% < Δ20-40-60 < 50%, y 0% < Δ40-60-80 < 20%, incluso Δ40-60-80 < 7%.

En un modo de realización 5% < Δ10-20-40 < 40%, incluso Δ10-20-40 < 20%, y 0% < Δ40-60-80 < 20%, incluso Δ40-60-80 < 7%.

En un modo de realización preferido:

10% < Δ3-10-20 < 60%, y 5% < Δ10-20-40 < 40%, y 20% < Δ20-40-60 < 50%, y 0% < Δ40-60-80 < 20%, y 5% < Δ60-80-97 < 40%.

Δ3-10-20 puede ser superior al 20%, incluso superior al 25% Δ10-20-40 puede ser inferior al 35%, incluso inferior al 30%, o inferior al 25%. Δ20-40-60 puede ser superior al 15%, incluso superior al 25%, o superior al 35%. Δ40-60-80 puede ser inferior al 15%, inferior al 10% o inferior al 7%, incluso inferior al 5%. Δ60-80-97 puede ser superior al 10%, incluso superior al 15%, incluso superior al 20%.

Preferentemente, se satisfacen varias de estas condiciones.

De manera muy significativa, estas condiciones permiten limitar las variaciones de la proporción de granos alargados de una fracción granulométrica a la siguiente. Los inventores han descubierto que resulta de ello una mejora de las prestaciones durante el serrado de los lingotes.

Una suspensión según la invención puede presentar también en particular una o varias de las características opcionales siguientes:

- La fracción granulométrica D20-D40 puede comprender más del 15%, preferentemente más del 20%, incluso más del 25%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad (C) inferior a 0, 85.

- La fracción granulométrica D10-D20 puede comprender más del 15%, preferentemente más del 25% incluso más del 30%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad (C) inferior a 0, 85.

- La fracción granulométrica D3-D10 puede comprender más del 30%, preferentemente más del 40%, incluso más del 50%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad... [Seguir leyendo]

1. Suspensión que comprende un conjunto de granos abrasivos y un ligante, estando dicha suspensión caracterizada porque:

- la fracción granulométrica D40-D60 de dicho conjunto de granos abrasivos comprende más del 15% y menos del 80%, 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 que corresponden a los tamaños de granos que permiten separar las fracciones constituidas por el 40% y el 60% en porcentajes en volumen, respectivamente, de los granos que presentan los tamaños más grandes, y

- los granos abrasivos representan más del 25% y menos del 46% de la masa de dicha suspensión.

2. Suspensión según la reivindicación anterior, en la que la fracción granulométrica D40-D60 de dicho conjunto de granos abrasivos comprende menos del 40% de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85, en porcentaje en volumen.

3. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los granos abrasivos representan más del 37% y menos del 43% de la masa de dicha suspensión.

4. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la relación R40-60 del porcentaje en volumen de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85 en la fracción granulométrica D40-D60 dividida por el tamaño medio D50 es superior a 1 e inferior a 5.

5. Suspensión según la reivindicación anterior, en la que la relación R40-60 del porcentaje en volumen de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85 en la fracción granulométrica D40-D60 dividida por el tamaño medio D50 es superior a 1, 5 e inferior a 3.

6. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que:

25% < Δ20-40-80 < 50%, y/o 0% < Δ40-60-80 < 20%,

siendo "Δn-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.

7. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción granulométrica D20-D40 comprende más del 15%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85.

8. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción granulométrica D10-D20 comprende más del 15%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85.

9. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la fracción granulométrica D3-D10 comprende más del 30% y/o la fracción granulométrica D40-D60 comprende menos del 50%, en porcentaje en volumen, de granos que presentan una circularidad inferior a 0, 85.

10. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el tamaño medio D50' es superior a 3 µm y/o inferior a 30 µm.

11. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dichos granos abrasivos son de un material seleccionado de entre el grupo constituido por el carburo de silicio, el óxido de cerio, el diamante, el nitruro de boro, la alúmina, la circona, la sílice y combinaciones de uno o varios de estos materiales.

12. Suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que presenta una viscosidad comprendida entre 20 y 30 cPas, medida con el viscosímetro Brookfield "DV-II+ Pro", utilizando la aguja 63 y una velocidad de rotación de 200 rpm.

13. Hilo abrasivo destinado al serrado de bloques, en particular de bloques de silicio, que comprende unos granos abrasivos fijados sobre un soporte o aglomerados unos con los otros por medio de una suspensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

14. Procedimiento de serrado de un bloque a base de silicio por medio de un hilo abrasivo según la reivindicación anterior, adaptado de manera que se obtiene, al final de dicho serrado, una oblea de grosor inferior a 200 µm.

15. Procedimiento de mecanización de un lingote, que comprende las operaciones siguientes:

a. preparar una suspensión mezclando un polvo de granos abrasivos y un ligante; 5

b. mecanizar dicho lingote por medio de una herramienta abrasiva recargada pasando a través de dicha suspensión;

caracterizado porque, para la preparación de dicha suspensión, se ajusta el contenido en masa de granos abrasivos 10 en dicha suspensión en función de la superficie específica de dicho polvo, siendo la suspensión según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.