SUPPORT POUR LA DÉCOUPE PAR FIL À ABRASIFS LIÉS COMPORTANT UN ASSEMBLAGE DE MATÉRIAUX DIFFÉRENTS, SYSTÈME COMPORTANT UN TEL SUPPORT ET UNE PIÈCE ET PROCÉDÉS DE DÉCOUPE PAR FIL

Abstract

 L'objet principal de l'invention est un support (1) à la découpe par fil à abrasifs liés d'au moins une pièce à découper réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce que le support (1) est réalisé par un assemblage de matériaux différents comprenant au moins le premier matériau, le premier matériau du support (1) étant réparti de manière inhomogène avec les autres matériaux du support (1).

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention se rapporte au domaine général de la découpe ou sciage par fil à abrasifs liés, notamment par fil diamanté, c'est-à-dire comprenant des grains d'abrasif, notamment des diamants, fixés sur la surface du ou des fils. Elle concerne particulièrement le domaine des supports à la découpe par fil à abrasifs liés.

[0002] L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines de l'industrie, et par exemple dans l'industrie des composants électroniques, des ferrites, des quartz et/ou des silices, par exemple lors de l'obtention en tranches fines de substrats (appelés « galettes » ou plus généralement « wafers » en anglais) de matériaux tels que les matériaux semi-conducteurs, par exemple le silicium cristallin utilisé notamment pour la fabrication de cellules photovoltaïques, la découpe du saphir, de la pierre ou du carbure de silicium, voire d'autres matériaux durs et fragiles.

[0003] L'invention propose ainsi un support à la découpe par fil à abrasifs liés comportant un assemblage de matériaux différents, un ensemble comportant un tel support, un système comportant un tel support et au moins une pièce à découper, ainsi qu'un procédé de découpe par fil et un procédé de fabrication d'un tel support associés.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

[0004] Les dispositifs de découpe par fil (ou scies à fil) comportent classiquement un ou plusieurs fils de découpe, présent(s) sous forme libre ou sous forme d'enroulement(s). Le plus souvent, ils comportent un fil formant une pluralité d'enroulements autour d'organes rotatifs définissant ainsi une nappe de brins du fil, ces brins étant sensiblement parallèles entre eux, la nappe de brins du fil étant encore plus simplement désignée par la suite par l'expression « nappe de fil », fil étant au singulier. Cette nappe de fil est alors susceptible de se déplacer selon un mouvement continu ou alternatif en appui contre une pièce à découper en plusieurs tranches définissant ainsi une zone de découpe. La zone de découpe peut être constituée d'un ensemble de poulies ou cylindres placés parallèlement. Ces cylindres appelés « guide-fils » peuvent être gravés avec une pluralité de gorges définissant l'intervalle entre les brins du fil, autrement dit l'épaisseur des tranches à découper, une fois l'épaisseur du trait de scie retirée. La pièce à découper peut être fixée sur une table support qui se déplace perpendiculairement à la nappe de fil. La vitesse de déplacement définie la vitesse de coupe. Le renouvellement du fil, ainsi que le contrôle de la tension, peuvent se faire dans une partie définissant une zone de gestion du fil, située en dehors de la zone de découpe proprement dite.

[0005] La découpe de la pièce est rendue possible par les phénomènes d'abrasion provoqués entre le fil et la pièce à découper, éventuellement assistés par l'action d'un élément tiers. Ainsi, comme expliqué plus en détails par la suite, l'agent qui régit la découpe par fil peut par exemple être constitué par un abrasif fixé sur le fil (ou lié au fil), ou un abrasif libre amené par barbotage. Dans ce dernier cas, le fil n'agit que comme transporteur.

[0006] De plus, lors de la découpe par fil, un lubrifiant sous forme fluidique est généralement utilisé tel que par exemple de l'eau, de l'eau mélangée à un additif, du polyéthylène glycol (PEG), voire un gel, entre autres.

[0007] Bien que cela ne soit aucunement limitatif, l'invention est tout particulièrement concernée par la découpe du silicium cristallin pour des applications dans le domaine du photovoltaïque et des semi-conducteurs. Dans ce contexte, des dispositifs de découpe par fil peuvent être utilisés dans toutes les étapes de découpe du silicium mises en oeuvre pour passer du stade de simples lingots au stade de la formation de substrats (ou « wafers » en anglais), destinés à la fabrication des cellules photovoltaïques. Ainsi, plus précisément, ces étapes comprennent successivement :

i) l'étape de briquetage (encore appelée « squaring » en anglais) qui correspond à la découpe des lingots en briques de section normalisée ;

ii) l'étape d'éboutage (encore appelée « cropping » en anglais) qui consiste à ôter les parties supérieure et inférieure de chaque brique qui contiennent des précipités d'impuretés dues à la cristallisation, et qui sont indésirables pour les étapes de fabrication ultérieures ;

iii) l'étape de découpe (ou encore « wafering » ou « slicing » en anglais) qui permet enfin de former les substrats ou « galettes », à partir des briques tronquées sur leurs parties supérieure et inférieure, présentant une épaisseur variant de 100 à 300 µm.

[0008] On a ainsi illustré en perspective, respectivement en référence aux figures 1A, 1B et 1C, les trois opérations i) de briquetage, ii) d'éboutage et iii) de découpe décrites ci-dessus de la fabrication de substrats en silicium pour la réalisation de cellules photovoltaïques.

[0009] Ainsi, comme illustré sur la figure 1A, chaque lingot 30 de silicium est tout d'abord découpé de façon matricielle au cours de l'étape i) de briquetage par les brins 10 du fil de découpe pour l'obtention d'une pluralité de briques 31.

[0010] Puis, au cours de l'étape ii) d'éboutage illustrée sur la figure 1B, chaque brique 31 est découpée sur ses parties inférieure et supérieure pour éliminer les impuretés issues de la cristallisation.

[0011] Enfin, comme illustré sur la figure 1C, l'étape iii) de découpe permet l'obtention d'une pluralité de tranches de substrats 32 à partir de chaque brique 31.

[0012] Il est par ailleurs à noter que les deux premières étapes i) de briquetage et ii) d'éboutage peuvent, le cas échéant, être effectuées sans découpe filaire, et alors généralement à l'aide d'une lame diamantée.

[0013] Par ailleurs, en fonction du mode d'abrasion mis en jeu, la découpe filaire peut être divisée en deux catégories principales décrites ci-après.

[0014] Un premier type de découpe filaire est en effet constitué par la découpe à abrasifs libres. Dans ce premier type de découpe filaire, des grains d'abrasif, généralement du carbure de silicium, sont incorporés à une solution spécifique, contenant par exemple du polyéthylène glycol (PEG), formant un liquide de coupe (connu sous l'appellation « slurry » en anglais). Ce liquide de coupe est alors déversé entre deux solides glissant l'un contre l'autre, en l'occurrence le fil de découpe, typiquement en acier, sur la pièce à découper. Les grains d'abrasif sont mis en mouvement grâce au glissement des deux corps l'un contre l'autre, et abrasent ainsi la matière par de multiples micro-indentations provoquées par le roulement des particules abrasives sur la pièce à découper. Ce premier type de découpe filaire correspond donc à un cas d'abrasion dit « à trois corps », constitués par le fil, les grains abrasifs et la pièce à découper.

[0015] Un deuxième type de découpe filaire est par ailleurs constitué par la découpe à abrasifs liés. Dans ce deuxième type de découpe filaire, des grains d'abrasif, généralement des diamants (d'où l'appellation courant de « découpe par fil diamanté »), sont fixés sur la surface du fil et viennent alors rayer le matériau de la pièce à découper. Ce deuxième type de découpe filaire correspond donc à un cas d'abrasion dit « à deux corps », constitués par le fil abrasif et la pièce à découper.

[0016] Ce deuxième type de découpe filaire, désigné dans toute la description par l'expression « découpe par fil à abrasifs liés » ou encore « découpe par fil diamanté » lorsque les grains d'abrasif utilisés sont des diamants, est la technique habituellement privilégiée pour la découpe du silicium monocristallin. Elle se retrouve de plus en plus dans le marché de la découpe pour des applications du type photovoltaïque.

[0017] En effet, la découpe par fil à abrasifs liés présente de nombreux avantages en termes de performance de découpe en comparaison avec la technique de découpe à abrasifs libres décrite précédemment, à savoir notamment : une vitesse de coupe plus élevée, notamment deux à trois fois plus élevée que pour la technique de découpe à abrasifs libres, une simplification des dispositifs de découpe par fil, la possibilité d'intégration de modules de recyclage des résidus de découpe.

[0018] Comme indiqué par la suite, la présente invention est avantageusement concernée uniquement par cette technique de découpe par fil à abrasifs liés.

[0019] Par ailleurs, pour la découpe à abrasifs libres, la pièce à découper, par exemple une brique de silicium, est habituellement collée sur un support à la découpe sous forme de plaque de verre. Le fil termine alors la découpe en traversant environ 50 % de l'épaisseur de la plaque de verre de manière à ce que le fil soit entièrement sorti de la pièce à découper. Cette plaque de verre est généralement elle-même collée à une plaque en acier permettant le maintien de l'ensemble dans le dispositif de découpe par fil.

[0020] Dans le cadre de la découpe par fil à abrasifs liés, la pièce à découper, par exemple une brique de silicium, est habituellement collée sur un support à la découpe qui peut être de différentes natures, par exemple en époxy ou en graphite, entre autres. Dans ce cas, le verre n'est pas utilisé car le fil diamanté découpe difficilement le verre et la flèche du fil, présente lors de la découpe, ne peut se résorber correctement dans le verre. Une partie du matériau constituant le support à la découpe se retrouve donc dans le liquide de coupe après la découpe, avec la poudre de silicium lorsqu'elle est récupérée.

[0021] De plus, comme pour le premier type de découpe filaire à abrasifs libres, lors de la découpe par fil à abrasifs liés, le fil progresse dans la pièce à découper, en particulier un bloc de silicium, puis dans un support à la découpe de manière à être certain que le fil soit totalement sorti de la pièce, de sorte que les galettes (ou « wafers » en anglais) puissent ensuite être détachées du support. Ce support à la découpe est de même généralement collé, ou bien encore assemblé, par exemple par vissage, à une plaque en acier, permettant le maintien de l'ensemble dans le dispositif de découpe par fil.

[0022] La composition des supports à la découpe est généralement choisie de telle sorte à opposer moins de résistance à la découpe dans le support que dans la pièce à découper, notamment le silicium. Ceci présente l'avantage de permettre un rattrapage rapide de la flèche du fil lorsque le fil sort de la pièce, en particulier du silicium. Toutefois, cela présente également des inconvénients, et notamment les trois principaux détaillés ci-après.

[0023] Tout d'abord, comme l'illustre la figure 2 schématiquement selon une vue frontale, lors des derniers instants de la découpe, lorsque le fil 10 est principalement en contact avec le matériau du support à la découpe 1, qui oppose le moins de résistance à la découpe par rapport au matériau de la pièce, notamment le silicium 30, la force verticale exercée par le fil 10 sur la courte longueur de silicium 30 restant à découper a tendance à arracher de la matière, au niveau d'une zone Zp de forte pression sur le silicium 30, créant ainsi des éclats sur le bord des galettes ou « wafers ». Afin d'éviter ce phénomène d'arrachement de matière (encore appelé « chipping » en anglais), un ralentissement de la découpe est généralement utilisé, ce qui diminue la productivité de l'équipement.

[0024] De plus, comme l'illustre la figure 3 schématiquement selon une vue longitudinale, compte-tenu du fait que le fil neuf alimente la nappe de fil en entrée de nappe et que le fil usé est situé en sortie de nappe, les fils neuf et usé ne sortent pas de la pièce à découper, en particulier du bloc de silicium 30, au même moment. Plus précisément, le fil neuf sort en premier du silicium 30, et le fil usé sort plus tardivement. Ainsi, sur cette figure 3, la référence 10a représente le fil de sortie de nappe qui n'a encore que peu pénétré dans le support à la découpe 1, et la référence 10b représente le fil d'entrée de nappe qui a pénétré dans le support à la découpe 1. Alors, lors de l'utilisation d'un matériau plus facile à la découpe que le silicium 30 pour le support à la découpe 1, ce qui est donc l'usage dans la découpe par fil à abrasifs liés, le fil en entrée se retrouve donc sans flèche alors que le fil en sortie peut, lui, en présenter encore une. Il peut arriver en fonction du matériau découpé, notamment de la composition utilisée, que l'on ne puisse plus descendre l'ensemble formé par la pièce en silicium 30 et le support 1 dans la machine et que le fil en sortie ne soit pas encore sorti de la pièce en silicium 30. Il faut alors dans ce cas effectuer des allers et retours avec le fil sans déplacer la table supportant l'ensemble, au risque que le fil ne cisaille les fines lamelles créées dans le support par le fil en entrée de nappe et que des galettes tombent alors dans la machine.

[0025] En outre, la composition des supports à la découpe, qui peut être variée, peut contribuer à augmenter de manière significative la contamination des poudres obtenues, notamment des poudres de silicium, qui sont ensuite récupérées pour recyclage.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

[0026] Par conséquent, il existe un besoin pour proposer une solution optimisée de support à la découpe par fil. Un tel besoin se fait notamment ressentir dans le cadre de la découpe par fil à abrasifs liés, notamment par fil diamanté, de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium pour l'obtention de substrats en « galettes » (« wafers » en anglais), afin notamment de permettre d'améliorer ou de garantir un bon état de surface des galettes sur leur tranche, de permettre de détecter le moment où la flèche du fil se résorbe ou encore d'indiquer le moment où la découpe est terminée, de permettre d'éviter la chute de galettes en entrée de nappe lorsque le rattrapage de la flèche dure trop longtemps, ou encore de permettre de limiter la contamination des poudres de silicium issues de la découpe afin de les recycler.

[0027] L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.

[0028] L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un support à la découpe par fil à abrasifs liés d'au moins une pièce à découper réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce que le support est réalisé par un assemblage de matériaux différents comprenant au moins le premier matériau, le premier matériau du support étant réparti de manière inhomogène avec les autres matériaux du support.

[0029] De façon avantageuse, le support selon l'invention n'est donc pas nécessairement plus facile à découper que le matériau dans lequel est réalisée la pièce à découper, à la différence des solutions de l'art antérieur qui utilisent un support réalisé dans un matériau plus facile à découper que celui de la pièce.

[0030] Par le terme « fil », on désigne trois variantes de réalisation de la découpe par fil, à savoir : soit une nappe de plusieurs fils, désignée par l'expression « nappe de fils », comprenant plusieurs fils distincts tous sensiblement parallèles entre eux, chaque fil formant un enroulement autour d'organes rotatifs ; soit un fil unique formant une boucle unique ; soit un fil unique enroulé plusieurs fois pour former une pluralité d'enroulements autour d'organes rotatifs définissant ainsi une nappe de brins du fil, tous sensiblement parallèles entre eux, cette nappe de brins du fil étant désignée par l'expression « nappe de fil », fil étant au singulier. Le choix dépend alors du type de dispositif de découpe par fil.

[0031] Grâce à l'invention, il peut être possible d'améliorer significativement les états de surface des galettes sur leur tranche, soit une diminution du phénomène de « chipping ». Il est aussi possible d'augmenter la productivité du dispositif de découpe associé au support. En outre, comme expliqué par la suite, il peut être possible de permettre de détecter le moment où la flèche du fil se résorbe ou d'indiquer le moment où la découpe est terminée. De plus, il peut être possible de limiter la contamination des poudres de silicium issues de la découpe au fil diamanté afin de les recycler. Par ailleurs, comme également détaillé par la suite, il peut être possible de réaliser un meilleur nettoyage des galettes et/ou de faciliter le décollement des galettes du support, grâce à des supports dans lesquels des canaux sont présents et qui permettent le passage d'un liquide de nettoyage.

[0032] Le support à la découpe par fil selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.

[0033] Le support peut tout particulièrement être réalisé par un assemblage de deux matériaux différents, comprenant le premier matériau et un deuxième matériau, le premier matériau étant réparti de manière inhomogène relativement au deuxième matériau.

[0034] De façon avantageuse, hormis le premier matériau, le support peut comporter un matériau, notamment un deuxième matériau, choisi parmi : une résine époxy, un matériau céramique, le graphite, entre autres. Dans le cas d'une résine époxy, elle peut être sélectionnée afin de permettre une facilité de découpe au fil diamant et une contamination minimale de la poudre de silicium obtenue après découpe. Le support peut encore comporter un matériau, notamment un deuxième matériau, à base : époxydes, polyuréthanes, polyesters, polystyrènes, polyéthylènes, polypropylènes, polyamides, polyvinyliques, entre autres. Ce ou ces matériaux peuvent être ou non modifiés, par exemple par insertion d'un groupement organique.

[0035] De façon avantageuse encore, ladite au moins une pièce à découper peut comporter un matériau semi-conducteur, notamment du silicium.

[0036] De préférence également, le support peut comporter un matériau semi-conducteur, notamment du silicium, notamment au moins une partie en silicium et/ou à base de silicium, par exemple un matériau composite contenant du silicium.

[0037] Le support peut particulièrement comporter du silicium recyclé, provenant des poudres de silicium récupérées à la suite d'une découpe par fil à abrasifs liés.

[0038] En outre, le support peut comporter une plaque de silicium provenant de la découpe d'un lingot de silicium, de moulage et/ou de frittage.

[0039] En particulier, le support peut être obtenu par la découpe d'une plaque de silicium à partir d'un lingot de silicium, dont la géométrie, à savoir la largeur et la longueur, dépend du dispositif de découpe utilisé. Cette plaque peut alors être collée à une plaque en acier permettant le maintien de l'ensemble dans le dispositif de découpe par fil.

[0040] Le support peut encore être obtenu par moulage, du silicium liquide étant coulé dans une lingotière permettant d'obtenir le support à la découpe à la géométrie souhaitée.

[0041] Le support peut encore être obtenu par frittage, de la poudre de silicium étant frittée à chaud dans une lingotière permettant d'obtenir le support à la découpe à la géométrie souhaitée.

[0042] Par ailleurs, le support peut comporter un assemblage d'une plaque réalisée en le premier matériau, notamment du silicium, et d'une plaque réalisée en le deuxième matériau, les plaques étant assemblées, notamment collées, entre elles.

[0043] En particulier, le support peut être formé par assemblage, notamment collage, d'une plaque d'un support existant avec une plaque de silicium, de sorte que le fil ne traverse, en fin de découpe, pratiquement que du silicium.

[0044] De plus, le support peut être réalisé en un deuxième matériau chargé en poudre du premier matériau, la densité du premier matériau dans le deuxième matériau étant variable, étant notamment réalisé en époxy chargé en poudre de silicium avec une densité variable du silicium dans l'époxy, l'époxy étant notamment chargé en silicium par injection.

[0045] En outre, le support peut comporter des canaux longitudinaux de passage d'un liquide de nettoyage. De même, le support peut comporter des canaux longitudinaux, notamment des rainures, de fixation mécanique à une plaque, notamment une plaque en acier, en particulier d'un ensemble destiné à être intégré à un dispositif de découpe par fil. De tels canaux sont par exemple décrits dans la demande de brevet américain US 2011/0100348 A1 dans le cadre de supports à la découpe en céramique pour une technologie de découpe à abrasifs libres. Au contraire, de façon préférentielle, l'invention utilise ce type de canaux pour un support à la découpe en époxy et pour la technologie de découpe par fil à abrasifs liés, en particulier la découpe par fil diamanté.

[0046] Par ailleurs, le support peut comporter une ou plusieurs parties formant témoins, réalisées en un matériau différent du premier matériau et d'épaisseur égale à l'épaisseur du support, permettant de s'assurer que le fil de découpe n'est plus au niveau de la pièce à découper lorsqu'il est présent au niveau d'une partie formant témoin.

[0047] De plus, le support peut présenter, par observation en vue frontale, une première partie réalisée en le premier matériau, destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper, et une deuxième partie réalisée en un deuxième matériau différent du premier matériau, l'épaisseur de la première partie étant décroissante depuis les bords latéraux du support vers la zone centrale du support, destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper, et inversement pour l'épaisseur de la deuxième partie.

[0048] En outre, le support peut présenter, par observation en vue longitudinale, une première partie réalisée en le premier matériau, destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper, et une deuxième partie réalisée en un deuxième matériau différent du premier matériau, l'épaisseur de la première partie étant croissante depuis un premier bord longitudinal du support vers un deuxième bord longitudinal du support, et inversement pour l'épaisseur de la deuxième partie.

[0049] Le support peut comporter un premier matériau, notamment du silicium, et un deuxième matériau, notamment une résine époxy, le deuxième matériau étant notamment chargé en poudres du premier matériau. La proportion du premier matériau par rapport au deuxième matériau peut être comprise entre 25 et 200 % en masse, et de préférence de l'ordre de 100 % en masse.

[0050] Par ailleurs, l'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble, caractérisé en ce qu'il comporte un support tel que défini précédemment et une plaque, notamment une plaque en acier, le support étant collé à ladite plaque.

[0051] De plus, l'invention a pour objet, selon un de ses aspects, un système, caractérisé en ce qu'il comporte un support tel que défini précédemment et au moins une pièce à découper réalisée en un premier matériau, notamment un matériau semi-conducteur, notamment du silicium.

[0052] En outre, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de découpe par fil à abrasifs liés d'au moins une pièce à découper, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre au moyen d'un support de découpe par fil tel que défini précédemment, et en ce qu'il comporte l'étape consistant à faire passer le fil de découpe dans un matériau du support dont la difficulté de découpe est identique à celle de la découpe de ladite au moins une pièce à découper.

[0053] L'invention a aussi pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de fabrication d'un support tel que défini précédemment pour la découpe par fil à abrasifs liés d'au moins une pièce à découper réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de réalisation du support par assemblage de matériaux différents comprenant au moins le premier matériau réparti de manière inhomogène avec les autres matériaux du support.

[0054] Le procédé peut comporter l'étape d'utilisation de silicium recyclé, provenant de poudres de silicium récupérées à la suite d'une découpe par fil à abrasifs liés, pour la fabrication du support.

[0055] Le procédé peut encore comporter l'étape d'utilisation d'une plaque de silicium provenant de la découpe d'un lingot de silicium, de moulage et/ou de frittage, pour la fabrication du support.

[0056] Le support, l'ensemble, le système, le procédé de découpe par fil et le procédé de fabrication selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques énoncées dans la description, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0057] L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :

• les figures 1A, 1B et 1C illustrent respectivement en perspective trois étapes classiques de briquetage, d'éboutage et de découpe d'un matériau en silicium pour la fabrication de substrats en silicium à des fins de réalisation de cellules photovoltaïques,
• la figure 2 illustre, selon une vue frontale partielle, le phénomène d'arrachement de matière provoqué par le fil de découpe à la jonction entre la pièce à découper et le support à la découpe,
• la figure 3 illustre, selon une vue longitudinale partielle, le cheminement de la nappe de fil dans la pièce à découper fixée au support à la découpe,
• la figure 4 représente, selon une vue frontale partielle, un exemple de support à la découpe conforme à l'invention,
• la figure 5 représente, selon une vue longitudinale partielle, un autre exemple de support à la découpe conforme à l'invention, avec présence de la pièce à découper,
• la figure 6 représente une variante de réalisation du support à la découpe de la figure 5,
• la figure 7 représente une variante de réalisation du support à la découpe de la figure 4,
• la figure 8 représente, selon une vue frontale partielle, un exemple d'ensemble comportant un support à la découpe conforme à l'invention, assemblé avec une plaque en acier pour leur positionnement dans un dispositif de découpe par fil, et
• les figures 9A et 9B sont des clichés de microscopie électronique à balayage (MEB) représentant respectivement de la poudre de silicium pure et de la poudre de silicium issue de découpe.

[0058] Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.

[0059] De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

[0060] Les figures 1A à 3 ont déjà été décrites précédemment dans la partie relative à l'état de la technique antérieure.

[0061] Les figures 4 à 8 décrites ci-après visent à illustrer des exemples de réalisation conformes à l'invention de supports 1 à la découpe par fil à abrasifs liés.

[0062] De façon préférentielle et en application à tous les exemples décrits ci-après, le terme « fil » désigne ici une nappe de fil.

[0063] En outre, les grains d'abrasif fixés sur le fil sont préférentiellement des grains de diamant de sorte que les supports 1 selon l'invention peuvent être considérés comme étant des supports 1 à la découpe par fil diamanté.

[0064] De plus, de façon encore préférentielle, la pièce à découper 30 comporte un matériau fragile, en particulier du type semi-conducteur, tel que le silicium cristallin, et la découpe de cette pièce 30 est effectuée à des fins de fabrication de modules photovoltaïques.

[0065] Bien entendu, tous les choix évoqués ci-dessus ne sont aucunement limitatifs de l'invention.

[0066] Lors de la découpe des briques de silicium en galettes, une grande partie du silicium est aujourd'hui perdue. Même avec un procédé de découpe selon l'art antérieur, prévoyant notamment une épaisseur d'environ 180 µm pour les galettes et un diamètre du fil d'environ 80 µm, on estime qu'environ 36 % du silicium est perdu lors de la découpe, c'est-à-dire que les copeaux de silicium se mélangent au liquide de coupe, constitué principalement d'eau et d'additifs chimiques.

[0067] Avec la technologie de découpe à abrasifs libres, les études sur le recyclage du silicium montrent que ce recyclage n'est pas intéressant, ni économiquement, ni environnementalement. En fait, le coût du recyclage est trop élevé, les rendements sont trop faibles, et cela impose l'utilisation de produits chimiques dangereux.

[0068] Au contraire, avec la technologie de découpe par fil à abrasifs liés, le recyclage peut s'avérer intéressant à plusieurs points de vue. En particulier, les inventeurs ont remarqué qu'il était possible de récupérer une poudre de silicium de bonne qualité. Ils ont également constaté que, par exemple pour un support à la découpe réalisé en époxy chargé de particules d'alumine, contenant donc les éléments chimiques aluminium (Al), sodium (Na) et phosphore (P), la traversée du support par le fil diamanté, constitué d'un coeur en acier contenant du fer (Fe) et d'un revêtement en nickel (Ni) contenant des particules de diamant, en fin de découpe engendre une contamination importante de la poudre en silicium avec les éléments Al, Na et P. Ce constat a pu être établi en faisant un comparatif de la composition chimique de la poudre récoltée en arrêtant le système de filtration, notamment la centrifugation, permettant de récolter la poudre avant que le fil n'entame le support en époxy ou en laissant la centrifugation jusqu'en fin de coupe, autrement dit en permettant au support en époxy d'être découpé.

[0069] Toutefois, pour éviter la contamination en Al, Na et P de la poudre de silicium, l'arrêt de la centrifugation ou de tout autre système de filtration pour récolter la poudre en ligne juste avant que le fil n'entame le support n'est pas une solution très pratique dans un environnement industriel. En effet, de nombreuses machines fonctionnent généralement en même temps, qui peuvent utiliser un système centralisé d'alimentation en liquide de coupe, et la gestion de l'arrêt de la filtration sur plusieurs équipements et l'évitement de la contamination du liquide de coupe « propre » par un liquide de coupe « contaminé » serait donc très difficile à réaliser, voire pratiquement impossible à faire.

[0070] Aussi, il va maintenant être décrit, en référence aux figures 4 à 8, des supports 1 conformes à l'invention permettant de répondre au moins en partie aux besoins énoncés précédemment.

[0071] Tout d'abord, en référence à la figure 4, on a représenté, selon une vue frontale partielle, un premier exemple de support 1 à la découpe conforme à l'invention.

[0072] Le support 1 est réalisé par l'assemblage d'une première partie P1 en un premier matériau avec une deuxième partie P2 en un deuxième matériau, le premier matériau étant en configuration inhomogène relativement au deuxième matériau.

[0073] De façon préférentielle, le premier matériau est du silicium, comme pour la pièce à découper 30. Le deuxième matériau peut être un matériau classiquement utilisé pour un support à la découpe, soit un matériau dont la découpe est plus facile que pour le silicium, par exemple une résine époxy, du graphite, un matériau céramique, entre autres. Il peut également s'agir d'u matériau à base époxydes, polyuréthanes, polyesters, polystyrènes, polyéthylènes, polypropylènes, polyamides, polyvinyliques, entre autres, pouvant être ou non modifiés, par exemple par insertion d'un groupement organique.

[0074] De façon avantageuse, le silicium constituant le premier matériau peut provenir d'un recyclage de poudre de silicium issue d'une découpe par fil diamanté précédente.

[0075] Dans cet exemple de réalisation de la figure 4, le support 1 présente, par observation en vue frontale, une première partie P1, destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper 30, dont l'épaisseur E_p1 est décroissante depuis chaque bord latéral Ls du support 1 vers la zone centrale ZC du support 1, destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper 30. L'épaisseur E_p2 de la deuxième partie P2 est quant à elle croissante depuis chaque bord latéral Ls du support 1 vers la zone centrale ZC du support 1. De cette façon, l'interface entre les premier et deuxième matériaux forme un « V » inversé. Ainsi, on adapte longitudinalement la difficulté de découpe du support 1, celui-ci étant plus difficile à découper à ses extrémités latérales Ls qu'au niveau de sa partie centrale ZC.

[0076] Le tableau 1 ci-dessous illustre des exemples d'épaisseurs minimale, maximale ou préférentielle en fonction du matériau choisi pour la première partie P1 et la deuxième partie P2 :

Tableau 1

	Matériau	Epaisseur minimale (mm)	Epaisseur maximale (mm)	Epaisseur préférentielle (mm)
P1	en silicium ou en résine + silicium
Ep1		2	19	10
Ep1 au niveau d'un bord latéral Ls		2	19	12
Ep1 au niveau de la partie centrale Zc		2	12	5

P2	en résine ou en résine + silicium
Ep2		2	19	10
Ep2 au niveau de la partie centrale Zc		7	18	15
Ep2 au niveau d'un bord latéral Ls		7	18	10

[0077] Dans l'exemple de la figure 5, le support 1 comporte une première partie P1' en un premier matériau, qui peut être semblable à celui de l'exemple de la figure 4, et une deuxième partie P2' en un deuxième matériau, qui peut être semblable à celui de l'exemple de la figure 4.

[0078] Dans cet exemple, le support 1 présente, par observation en vue longitudinale, une première partie P1' dont l'épaisseur E_p1' est croissante depuis un premier bord longitudinal I_s1 du support 1 vers un deuxième bord longitudinal I_s2 du support 1, tandis que l'épaisseur E_p2' de la deuxième partie P2' est quant à elle décroissante depuis ce même premier bord longitudinal I_s1 du support 1 vers ce même deuxième bord longitudinal I_s2 du support 1.

[0079] Ainsi, la difficulté de découpe du support 1 est tout d'abord la plus faible en début de découpe, puis elle augmente jusqu'à être maximale en fin de découpe.

[0080] En reprenant respectivement pour P1', P2', E_p1' et E_p2' les exemples donnés précédemment dans le tableau 1 pour P1, P2, E_p1 et E_p2, le tableau 2 ci-dessous illustre des exemples d'épaisseurs minimale, maximale ou préférentielle obtenues :

Tableau 2

	Epaisseur minimale (mm)	Epaisseur maximale (mm)	Epaisseur préférentielle (mm)
Ep1' au niveau du bord longitudinal Is2	2	19	19
Ep2' au niveau du bord longitudinal Is1	2	19	19

[0081] L'exemple de réalisation de la figure 6 est une variante de celui de la figure 5. Dans cet exemple, le support 1 comporte des parties formant témoins 3, réalisées en un matériau différent du premier matériau. Ce matériau peut être le même que le deuxième matériau, comme c'est le cas ici, ou bien encore être différent des premier et deuxième matériaux. De façon avantageuse, le matériau des témoins 3 présente une difficulté de découpe plus faible que celle du premier matériau, donc du silicium.

[0082] L'épaisseur Et des témoins 3 est avantageusement égale à l'épaisseur Es du support 1. De ce fait, au niveau d'un témoin 3, le fil de découpe peut plus facilement sortir de la pièce à découper 30. Autrement dit, les témoins 3 permettent de s'assurer que le fil de découpe n'est plus au niveau de la pièce à découper 30 lorsqu'il est présent au niveau d'un témoin 3. Les témoins 3 peuvent être ou non régulièrement répartis longitudinalement sur le support 1. Ils sont, comme dans cet exemple, préférentiellement situés au niveau des extrémités longitudinales du support 1 et éventuellement au niveau de sa partie centrale.

[0083] En reprenant les valeurs prises pour P1, P2, E_p1, E_p2, P1', P2', E_p1' et E_p2' dans les tableaux 1 et 2 précédents, l'épaisseur Et peut avoir une épaisseur minimale de 0 mm, une épaisseur maximale de 19 mm, et une épaisseur préférentielle de 19 mm.

[0084] Par ailleurs, l'exemple de réalisation de la figure 7 est une variante de celui de la figure 4. Dans cet exemple, le support 1 comporte des canaux longitudinaux 5 de passage d'un liquide de nettoyage, qui sont par exemple répartis régulièrement dans le support 1, pouvant être en chevauchement sur les première P1 et deuxième P2 parties.

[0085] De plus, le support 1 comporte également des rainures 6 de fixation mécanique à une plaque en acier 50, correspondant à la plaque portant le support 1 dans le dispositif de découpe par fil.

[0086] De façon avantageuse, ces rainures de fixation 6 permettent un assemblage mécanique aisé du support 1 à la plaque 50, et les canaux longitudinaux 5 de passage d'un liquide de nettoyage permettent un nettoyage efficace des galettes de silicium.

[0087] La figure 8 représente, selon une vue frontale, un exemple d'ensemble 40 comportant une plaque en acier 50, un support 1 conforme à l'invention et un bloc de silicium 30 à découper.

[0088] Le support 1 est par exemple un support en époxy chargé en poudre de silicium par injection.

[0089] En comparaison avec un support en époxy chargé en alumine, le support 1 réalisé en époxy chargé en silicium présente plusieurs avantages. Il peut notamment permettre de récupérer une poudre de silicium moins contaminée que lors de l'utilisation d'un support classique, sans avoir à arrêter le système de filtration, par exemple la centrifugation, avant la fin de la découpe, tout en permettant un meilleur nettoyage des galettes et en évitant le phénomène d'arrachement de matière (ou « chipping »). En effet, le support 1 tel que représenté à la figure 8 permet, une fois la découpe finie, de faire passer des buses d'aspersion de liquide de nettoyage à l'intérieur des canaux longitudinaux de passage 5, ce qui permet de faire passer le liquide entre chaque galette et permet donc d'obtenir un meilleur état de surface, et une meilleure propreté. Ce support 1 permet également d'éviter le collage et le décollement du support à la plaque d'acier 50 du fait d'un assemblage mécanique par le biais des rainures de fixation 6.

[0090] Par ailleurs, les figures 9A et 9B sont des clichés de microscopie électronique à balayage (MEB) représentant respectivement de la poudre de silicium pure et de la poudre de silicium issue de découpe.

[0091] Par comparaison de ces clichés, on constate que les morphologies du silicium pur et du silicium issu de découpe sont différentes.

[0092] Aussi, il existe une différence structurelle/morphologique entre la poudre de silicium pure, qui présente une morphologie sphérique, et la poudre de silicium récupérée à la suite d'une découpe par fil, qui présente une morphologie de type copeaux.

[0093] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

Revendications

1. Support (1) à la découpe par fil (10) à abrasifs liés d'au moins une pièce à découper (30) réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce que le support (1) est réalisé par un assemblage de matériaux différents comprenant au moins le premier matériau, le premier matériau du support (1) étant réparti de manière inhomogène avec les autres matériaux du support (1).

2. Support selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est réalisé par un assemblage de deux matériaux différents, comprenant le premier matériau et un deuxième matériau, le premier matériau étant réparti de manière inhomogène relativement au deuxième matériau.

3. Support selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un matériau semi-conducteur, notamment du silicium, notamment au moins une partie en silicium et/ou à base de silicium, par exemple un matériau composite contenant du silicium.

4. Support selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte du silicium recyclé, provenant des poudres de silicium récupérées à la suite d'une découpe par fil à abrasifs liés, et/ou en ce qu'il comporte une plaque de silicium provenant de la découpe d'un lingot de silicium, de moulage et/ou de frittage.

5. Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un assemblage d'une plaque réalisée en le premier matériau, notamment du silicium, et d'une plaque réalisée en le deuxième matériau, les plaques étant assemblées, notamment collées, entre elles.

6. Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé en un deuxième matériau chargé en poudre du premier matériau, la densité du premier matériau dans le deuxième matériau étant variable, étant notamment réalisé en époxy chargé en poudre de silicium avec une densité variable du silicium dans l'époxy, l'époxy étant notamment chargé en silicium par injection.

7. Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des canaux longitudinaux (5) de passage d'un liquide de nettoyage.

8. Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des canaux longitudinaux (6), notamment des rainures, de fixation mécanique à une plaque (50), notamment une plaque en acier.

9. Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs parties formant témoins (3), réalisées en un matériau différent du premier matériau et d'épaisseur (Et) égale à l'épaisseur (Es) du support (1), permettant de s'assurer que le fil de découpe n'est plus au niveau de la pièce à découper (30) lorsqu'il est présent au niveau d'une partie formant témoin (3).

10. Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente, par observation en vue frontale, une première partie (P1) réalisée en le premier matériau, destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper (30), et une deuxième partie (P2) réalisée en un deuxième matériau différent du premier matériau, l'épaisseur (E_p1) de la première partie (P1) étant décroissante depuis les bords latéraux (Ls) du support (1) vers la zone centrale (ZC) du support (1), destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper (30), et inversement pour l'épaisseur (E_p2) de la deuxième partie (P2).

11. Support selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente, par observation en vue longitudinale, une première partie (P1') réalisée en le premier matériau, destinée à être en vis-à-vis de la pièce à découper (30), et une deuxième partie (P2') réalisée en un deuxième matériau différent du premier matériau, l'épaisseur (E_p1') de la première partie (P1') étant croissante depuis un premier bord longitudinal (I_s1) du support (1) vers un deuxième bord longitudinal (I_s2) du support (1), et inversement pour l'épaisseur (E_p2') de la deuxième partie (P2').

12. Système, caractérisé en ce qu'il comporte un support (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes et au moins une pièce à découper (30) réalisée en un premier matériau, notamment un matériau semi-conducteur, notamment du silicium.

13. Procédé de découpe par fil (10) à abrasifs liés d'au moins une pièce à découper (30), caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre au moyen d'un support (1) de découpe par fil (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, et en ce qu'il comporte l'étape consistant à faire passer le fil de découpe (10) dans un matériau du support (1) dont la difficulté de découpe est identique à celle de la découpe de ladite au moins une pièce à découper (30).

14. Procédé de fabrication d'un support (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour la découpe par fil (10) à abrasifs liés d'au moins une pièce à découper (30) réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape de réalisation du support (1) par assemblage de matériaux différents comprenant au moins le premier matériau réparti de manière inhomogène avec les autres matériaux du support (1).

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comporte l'étape d'utilisation de silicium recyclé, provenant de poudres de silicium récupérées à la suite d'une découpe par fil à abrasifs liés, pour la fabrication du support (1), et/ou l'étape d'utilisation d'une plaque de silicium provenant de la découpe d'un lingot de silicium, de moulage et/ou de frittage, pour la fabrication du support (1).

Dessins