专利名称：用于获得易碎材料生产机器的机械表征的方法
技术领域：
本发明涉及用于获得易碎材料生产机器的机械表征的方法，其中借助对结构性预破损的参考体的机械强度测量以及受损区域中的应力确定，使得获得这种生产设备的机械表征成为可能。
背景技术：
在太阳电池和晶片的生产中，大型工业化规模地使用多由太阳电池和晶片生产商购置的生产机器。特别对于更薄的晶片来说，生产商必须将破裂损失最小化。在太阳电池生产的流程链中，常常会有少量晶片破损，以致不是所有晶片都能作为功能性太阳电池在生产中或实验室过程中保留下来。这种情况特别容易发生在非常薄的晶片上，在施加相似力的情况下，非常薄的晶片比较厚的晶片更易破损。在太阳电池生产过程中，由经部分加工的晶片的破裂引起的最大损害在于如果晶片碎片阻塞或损坏设备，则会使设备停止运转。大的问题在于设备的机械规范不应超过规定的晶片厚度的规定的破裂率，也在于设备的机械规范的客观测试。该规范定义不充分，并且因为结果高度依赖于所用晶片的机械性质，因此实际上不能在操作中测试该规范。在此，需要机械测试规范的标准化，以便可将经测量的破裂归因于机器或归因于晶片预破损。
发明内容
由此开始，本发明的目的在于提供一种方法，利用该方法可以简单的方式大型工业化规模地测试生产设备，以便确定由生产设备施加至晶片上的应力是否在规定强度规范内。该目的通过具有权利要求1特征的方法来实现。进一步的从属权利要求显示了有利的扩展。根据本发明，提供一种用于获得易碎材料生产机器的机械表征的方法。本方法基于如下步骤在第一步骤a)中，用易碎材料制成多个参考体，所述参考体的强度分布已知或可确定。随后在步骤b)中，特定地将结构性破损部分(例如裂缝)引入所述参考体的一部分中，以便特定地影响强度分布，即将所述参考体的机械强度降低至所需值。在步骤C)中，随后在生产机器中进行所述参考体的处理。由此所述参考体经受了机械测试，具有引入破损部分的参考体在机械测试中受到拉伸应力。在进一步的步骤d)中，随后借助统计学强度分布进行破损部分区域中的最大发生应力的评估。这涉及例如用描述脆性材料破坏的维泊尔分布函数进行破坏时确定的应力的统计学评估。此外，可通过断口组织检验来确定破坏位置。通过由具有有限局部分辨率的特定破损获得的强度分布的定量参数，生产机器中的机械应力的经校准化测量是可行的。这种可行性导致可确保和测试对机械应力而言的定量规范。通过机械关系进行破坏时应力的评估，所述机械关系通过4梁弯曲测试表示如下σ=!1.EiklJl
2 bh2在此，F表示力，L表示外部梁间距，1代表内部梁间距，h表示晶片厚度或工件高度，b表示晶片宽度。通常，材料中的破损在位置和尺寸上呈统计学分布。对于脆性材料来说，在缺陷处达到临界应力时，整个部件发生破坏。这种情况也称为最弱链模型并在维泊尔分布中有所考虑。由此破坏概率计算如下
σS(cr) l-ex
■ “ ^oJ其中Ve=负载的有效样本体积，σ =应力，Otl=破坏时的特征应力，m =维泊尔模量。为了更精确说明，例如参考1^611111 511，]\1八口61，0^『8111 5:3土1111118“011 of mechanical stress during bending tests for crystalline wafers (结晶晶片的弯曲IlJi式期|1]的机械应力模拟)ο Proceedings of the 3rd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Osaka, Japan(2003)，pp. 1308—1311。优选将大致等距的破损部分引入参考体。这些破损部分可通过例如激光、滴点 (dropping points)或硬压痕产生。在机械测试中，进行参考体的破坏时的应力测量。破坏时的特征应力优选设置在 20MPa 150MPa的范围内。优选借助3梁测试或4梁测试确定破裂测试，破损要求处于张力下或借助环上球测试实现。对于环上球测试来说，试样位于环形支架上。球位于试样上，并使其中心位于支撑环的对称轴上。球沿着对称轴垂直移动，以便使试样变形并最终破碎。在4梁测试方法中， 施加的力作为行进路径的函数被吸收。在环上球测试方法中，在凹痕球的区域中产生了以上所有应力，且因此边缘的负载小于4梁破裂测试的情况。另外，有可能通过在两侧上研磨或抛光或通过湿/干化学蚀刻来增加参考体的机械强度。优选地，用作易碎材料的材料选自半导体部件，特别是半导体晶片，例如硅晶片、 太阳电池或陶瓷材料。
参考附图1 4以及实施例1更加详细地说明根据本申请的方法，但所述方法并不限于这些变型。图1是4梁测试的示意图。图2是用于确定参数m和b，以便计算破坏时的应力的图示。图3是利用测量的破坏概率S和应力值σ的双对数坐标的图示。图4是维泊尔统计的图示。
具体实施例方式图1中，示意性示出4梁测试的结构。1表示经受测试的试样或工件。通过梁2、 3、4和5分别将F/2的力施加于工件上。梁2和梁3之间的间距由1表示，梁4和梁5之间的间距由L表示。工件的高度对应于h，且工件的宽度对应于b。图2示出用于确定参数m和b的图示。相对于Ιησ标绘由In [In (1/1-S)]计算出的y值。线性方程的参数显示m=维泊尔模量且破坏时的应力0(l = eXp(-b/m)。图3中示出使用测量的破坏概率S和应力值ο的双对数坐标图。由这个坐标图确定线性方程，并表示为 y = 10. 433x-55. 72，且 R2 = 0. 9377，σ 0 = 208. 67MPa，Ve = I0图4中示出相应维泊尔统计分析。在此绘制作为应力函数的破坏概率。从140MPa 的应力开始，破坏概率呈指数增加并从230MI^值开始渐近至边界值1。实例1 具有确定裂缝长度的破损部分的引入(无裂缝长度分布)晶片厚度 h = 0. 196mm晶片宽度 b = 125mm外部梁间距L = 60mm内部梁间距1 = 20mm破损晶片数量N = 20测试类型4梁弯曲测试。如果引入缺陷分布，为了确定破损力值F[N]，必须破损多个晶片。随后，执行如下步骤首先，根据尺寸进行所确定的破裂力值F[N]的分级。此步骤示于表1中。表1中的B栏示出分级值。表 权利要求
1.用于获得易碎材料生产机器的机械表征的方法，其中a)由易碎材料制成的多个参考体，所述多个参考体的强度分布是已知和/或确定的，b)将结构性破损部分特定地引入由易碎材料制成的所述参考体的一部分中，以便特定地影响强度分布，c)在生产机器中处理所述参考体，以及d)借助统计学强度分布进行破损部分的区域中的最大发生应力的评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述最大应力的评估根据如下函数借助维泊尔统计来计算 其中，S(o)=破坏概率，Ve=负载的有效样本体积，σ =应力，(^=破坏时的特征应力，m=维泊尔模量。
3.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于将基本等距的破损部分引入所述参考体。
4.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于借助激光、滴点或硬压痕产生所述结构性破损部分。
5.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于在生产机器的加工期间进行破坏概率P的测量。
6.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于破坏时发生的应力设定在 20MPa 150MPa的范围内。
7.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于借助3梁测试或4梁测试或环上球测试(ball-on-ring test)进行破裂测试。
8.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于通过在两侧上进行研磨或通过湿 /干化学蚀刻来增加参考体的机械强度。
9.根据前述权利要求中任一所述的方法，其特征在于用作易碎材料的材料选自半导体部件，特别是半导体晶片，例如硅晶片、太阳电池、陶瓷材料。
全文摘要
本发明涉及一种用于获得易碎材料生产机器的机械表征的方法。根据所述方法，这种类型的生产设备的机械表征是通过已经受到结构性破损的参考体的机械阻力测量以及通过受损区域中的应力确定来获得的。
文档编号G01M99/00GK102165557SQ200980138514
公开日2011年8月24日 申请日期2009年10月8日 优先权日2008年10月9日
发明者丹尼尔·克赖, 斯特芬·舍恩菲尔德, 约尔格·巴格达恩 申请人:弗兰霍菲尔运输应用研究公司