Brevet FR3079761A1 — publié le 20191011

EMBOUT DE NETTOYAGE ET DE RAMASSAGE DE DÉBRIS DE PLAQUETTES DE SEMICONDUCTEURS ET/OU DE VERRE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine du nettoyage et du ramassage de débris de plaquettes à base de matériaux semi-conducteurs et/ou de verre, en particulier des débris de cellules photovoltaïques dites « cristallines », c'est-à-dire qui sont à base de silicium monocristallin ou multicristallin, et plus particulièrement des cellules photovoltaïques à hétérojonction de silicium, et/ou de débris d'éléments permettant l'obtention de cellules photovoltaïques, tels que des structures semiconductrices multicouches, également dénommées « multilayer semiconductor wafers » en anglais. L'invention propose ainsi un embout de nettoyage et de ramassage de débris de plaquettes à base de matériaux semi-conducteurs et/ou de verre, ainsi qu'un dispositif d'aspiration comportant un tel embout. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer des cellules photovoltaïques. Ainsi, par exemple, une cellule photovoltaïque à hétérojonction de silicium, souvent désignée par l'acronyme SHJ pour « Silicon HeteroJonction solar cell » en anglais, associe en général du silicium cristallin et du silicium amorphe. Elle est fabriquée à partir d'une plaquette, habituellement appelée « wafer », en silicium cristallin (c-Si) sur laquelle, après nettoyage, on dépose une ou plusieurs couches de silicium amorphe (a-Si) sur chacune des faces de la plaquette, par exemple par dépôt physique en phase vapeur (ou encore PVD pour « Physical Vapor Deposition » en anglais) ou dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou encore PECVD pour « Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition » en anglais). Classiquement, les moyens mis en oeuvre pour le nettoyage et le ramassage de morceaux de plaques de silicium cassées ou à évacuer comprennent le ramassage à la 2 main, le ramassage à l'aide d'une pelle et d'une balayette, ou tout autre moyen similaire, ou encore l'aspiration des débris à l'aide d'un aspirateur. Dans tous les cas, le risque de coupure avec des morceaux de silicium tranchant est très important. En particulier, lors du ramassage à la main d'une plaque de silicium, celle-ci 5 commence généralement par se plier entre les doigts avant de rompre soudainement. Lors de la rupture, la plaque de silicium ne se casse pas seulement en deux morceaux distincts mais le plus souvent en de multiples fragments dont certains peuvent être effilés comme des aiguilles. Lorsque survient la rupture, les morceaux de métal sont alors projetés violemment dans tous les sens. Bien que le port de lunettes de sécurité soit 10 indispensable lors d'une telle opération, ce principe de récupération des débris de silicium présent un risque important pour la santé de l'opérateur : risque de coupure, risque de perforation de la peau ou d'un organe, risque de présence d'éclats métalliques dans la peau ou dans les yeux, par exemple. Ainsi, le nettoyage et le ramassage de débris de silicium sont des opérations 15 très délicates à réaliser pour lesquelles le risque de blessure est très important lorsqu'aucun outillage spécifique n'est utilisé, et pour laquelle des dispositifs d'aspiration usuels ne sont pas adaptés, compte-tenu notamment de la multitude des fragments de silicium, de leurs dimensions ultrafines ou encore du tranchant de ces morceaux de silicium. 20 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés précédemment et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur. L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un embout de 25 nettoyage et de ramassage de débris de plaquettes à base de matériaux semi- conducteurs et/ou de verre, ayant notamment une épaisseur inférieure à 500 um, mieux encore inférieure à 200 um, en particulier des plaquettes utilisées dans le domaine de la microélectronique et/ou pour l'obtention de cellules photovoltaïques, par exemple à base de silicium, caractérisé en ce qu'il comporte : 3 - un corps principal d'aspiration, comprenant une partie centrale, pourvue d'une face externe et d'une face interne opposée à la face externe, et une partie périphérique reliée à la partie centrale de sorte à définir ensemble une cavité d'aspiration des débris, 5 - un élément creux de raccordement à un dispositif d'aspiration, solidarisé à la face externe de la partie centrale du corps principal d'aspiration, et comprenant une ouverture traversante communiquant fluidiquement avec la cavité d'aspiration au travers d'une ouverture de la partie centrale et dans laquelle est apte à circuler un flux d'aspiration provenant du dispositif d'aspiration, 10 - une pluralité d'éléments de fragmentation des débris situés sur la face interne de la partie centrale du corps principal d'aspiration. Les matériaux semi-conducteurs peuvent être de différents types, étant notamment choisis parmi : le silicium (Si), les matériaux semi-conducteurs du groupe III-V, tels que le nitrure de gallium (GaN), l'arséniure-phosphure de gallium-indium (InGaAsP), 15 le phosphure d'indium (InP), les matériaux semi-conducteurs du groupe II-VI, et/ou les alliages de ces matériaux, entre autres. Grâce à l'invention, il peut être possible de nettoyer et de ramasser des plaquettes à base de verre et/ou de matériaux semi-conducteurs, en particulier des plaques de silicium, entières ou bien encore des brisures de plaquettes tout en 20 garantissant des conditions de sécurité optimales. La solution mise en oeuvre par l'invention présente de nombreux avantages, notamment en termes de simplicité, de praticité, d'entretien, de fiabilité et d'efficacité. L'embout selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques 25 possibles. De façon avantageuse, l'embout selon l'invention peut être utilisé sur un aspirateur classique et peut s'adapter aux embouts normalisés des aspirateurs usuels. De cette façon, aucune source d'énergie additionnelle, telle qu'un moteur additionnel, n'est nécessaire pour le fonctionnement de l'embout, ce qui facilite son entretien. 4 Les éléments de fragmentation peuvent comprendre des pointes de fragmentation permettant la casse des débris. Les éléments de fragmentation peuvent également comprendre des lames de fragmentation permettant la casse des débris et le guidage des débris vers l'ouverture de la partie centrale. 5 Les lames de fragmentation peuvent être disposées sur la face interne de la partie centrale de sorte à s'étendre depuis l'ouverture de la partie centrale vers la jonction entre la partie centrale et la partie périphérique. Les lames de fragmentation peuvent être espacées les unes des autres de sorte à définir entre elles des espaces angulaires de fragmentation dans lesquels sont 10 disposés une pluralité de pointes de fragmentation, notamment au moins trois pointes de fragmentation. De plus, au sein d'un même espace angulaire de fragmentation, la distance entre deux pointes de fragmentation peut être comprise entre 30 mm et 100 MM. Par ailleurs, les éléments de fragmentation peuvent être réalisés en métal, 15 notamment en acier. De plus, la partie périphérique peut comporter une pluralité d'orifices de dépression permettant la création de la dépression nécessaire à l'évacuation des débris. En outre, l'élément creux de raccordement peut comporter un segment creux associé à une rotule pour permettre un changement d'orientation de l'embout en 20 fonctionnement. Le corps principal d'aspiration peut loger une turbine rotative d'aspiration, pourvue de pales, entraînée en rotation par le flux d'aspiration en provenance du dispositif d'aspiration. De plus, le corps principal d'aspiration et l'élément creux de raccordement 25 peuvent être réalisés en matériau polymère. La partie périphérique peut également comporter un joint d'étanchéité de protection périphérique destiné à empêcher toute projection de débris récupérés par l'embout vers l'extérieur. L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif d'aspiration, caractérisé en ce qu'il comporte : 5 - un tube d'aspiration dans lequel circule un flux d'aspiration, - un embout tel que défini précédemment, monté sur le tube d'aspiration. L'embout et le dispositif d'aspiration selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou 5 selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, ainsi qu'a l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel : 10 - la figure 1 représente, selon une vue de dessus et en perspective, un exemple d'embout de nettoyage et de ramassage de débris de plaquettes à base de matériaux semi-conducteurs et/ou de verre conforme à l'invention, - la figure 2 représente, selon une vue de dessus, l'embout de la figure 1, - la figure 3 représente, selon une vue agrandie de dessus et en perspective, 15 l'embout de la figure 1, sans représentation de la rotule de l'élément de raccordement, - la figure 4 représente, selon une vue en coupe de côté, l'embout de la figure 1, et - la figure 5 représente, selon une vue de dessous et en perspective, l'embout de la figure 1. 20 Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. 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 D'UN MODE DE RÉALISATION PARTICULIER 25 En référence aux figures 1 à 5, on va décrire un exemple de réalisation d'un embout 1 conforme à l'invention pour le nettoyage et le ramassage de débris de plaquettes à base de matériaux semi-conducteurs et/ou de verre, par exemple des débris 6 de cellules photovoltaïques et/ou d'éléments permettant l'obtention de cellules photovoltaïques, notamment des débris de plaquettes de silicium. Tout d'abord, comme visible sur la figure 1, l'embout 1 comporte un corps principal d'aspiration 2. Celui-ci se présente globalement sous la forme d'une cloche 5 destinée à recouvrir les débris devant être aspirés. Pour ce faire, les dimensions du corps principal d'aspiration 2 peuvent être adaptées au format et à la taille des substrats de silicium utilisés dans l'industrie du photovoltaïque. Il est à noter que, dans cet exemple de réalisation, le corps principal d'aspiration 2 présente une forme sensiblement carrée. Toutefois, l'invention n'est pas 10 limitée à ce type de forme. En variante, la forme du corps principal d'aspiration 2 peut aussi être issue d'un autre type de polygone, notamment une forme rectangulaire, ou encore une forme circulaire. Ce corps principal d'aspiration 2 comporte une partie centrale 3, ici de forme carrée sensiblement plane, pourvue d'une face externe 3a et d'une face interne 3b 15 opposée à la face externe 3a. De plus, le corps principal d'aspiration 2 comporte une partie périphérique 4 reliée à la partie centrale 3 de sorte à définir ensemble une cavité d'aspiration 5 des débris. La partie périphérique 4 est plus précisément rattachée à la périphérie de la partie centrale 3 et s'étend sensiblement perpendiculairement au plan de la partie centrale 3. 20 Comme visible sur les figures 1 et 5, la partie périphérique 4 comporte une multitude d'orifices de dépression 11, disposés ainsi sur tout le pourtour de l'embout 1, qui permettent la création de la dépression nécessaire à l'évacuation des morceaux de débris et d'éviter un effet ventouse lors de l'utilisation de l'embout 1 avec un dispositif d'aspiration. Avantageusement, la somme des surfaces créées par ces orifices de 25 dépression 11 est sensiblement égale à la section du tube d'aspiration du dispositif d'aspiration utilisé en association avec l'embout 1. Par ailleurs, la partie périphérique 4 comporte encore un joint d'étanchéité de protection périphérique 16, visible sur les figures 4 et 5, destiné à empêcher toute projection de débris récupérés par l'embout 1 vers l'extérieur. Ce joint de protection 16 7 est notamment formé par une membrane élastique souple protectrice en polymère. Il peut être de section pleine ou évidée. En outre, l'embout 1 comporte un élément creux de raccordement 6 au dispositif d'aspiration. Cet élément de raccordement 6 permet le positionnement de 5 l'embout 1 sur le dispositif d'aspiration, en particulier un aspirateur, comme pour un embout d'aspirateur classique. Ainsi, l'embout 1, par le biais de l'élément de raccordement 6, est fixé par emmanchement au bout du tube d'aspiration de l'aspirateur. L'élément de raccordement 6 peut être adapté en fonction des diamètres des tubes d'aspirateur. 10 Cet élément de raccordement 6 est fixé à la face externe 3a de la partie centrale 3 du corps principal d'aspiration 2, et il comprend une ouverture traversante 7 communiquant fluidiquement avec la cavité d'aspiration 5 au travers d'une ouverture 8 de la partie centrale 3. Un flux d'aspiration provenant du dispositif d'aspiration peut alors circuler au 15 travers de l'ouverture traversante 7 pour arriver dans la cavité d'aspiration 5. Plus précisément, comme visible sur la figure 4, l'élément de raccordement 6 comporte un segment creux 12 associé à une rotule 13. De cette façon, il est possible de permettre un changement d'orientation de l'embout 1 en fonctionnement, positionné sur le tube d'aspiration d'un dispositif d'aspiration, afin de favoriser le meilleur 20 positionnement pour l'aspiration. Le segment creux 12 se présente ainsi sous la forme d'un cylindre creux comme visible sur la figure 3. Le corps principal d'aspiration 2 et l'élément creux de raccordement 6 sont réalisés dans une matière de base, notamment un matériau polymère, susceptible d'être moulée, façonnée à chaud et sous pression. 25 Par ailleurs, comme visible sur les figures 1 et 3 notamment, le corps principal d'aspiration 2 loge une turbine rotative d'aspiration 14, pourvue de pales 15, entraînée en rotation par le flux d'aspiration en provenance du dispositif d'aspiration. Cette turbine 14 permet de faciliter l'aspiration des débris de silicium. 8 En outre, comme visible sur la figure 5, l'embout 1 comporte une pluralité d'éléments de fragmentation 9, 10 des débris situés sur la face interne 3b de la partie centrale 3 du corps principal d'aspiration 2. Ces éléments de fragmentation 9, 10 permettent de casser préférentiellement 5 les plaques, ou les morceaux de plaques, de silicium de sorte à obtenir de plus petits morceaux. La disposition de ces éléments de fragmentation 9, 10 est réalisée de la meilleure façon possible pour favoriser la casse des morceaux de silicium. Ces éléments de fragmentation 9, 10, préférentiellement réalisés en métal, et notamment en acier allié, sont de deux types. Ils comprennent à la fois des pointes de 10 fragmentation 9 et des lames de fragmentation 10, encore dénommées couteaux, permettant la casse des débris. Aussi, la fonction première de ces éléments de fragmentation 9, 10 est de diminuer la taille des brisures de silicium. Cependant, les lames de fragmentation 10, ou couteaux de fragmentation, ont également pour fonction d'éviter un engorgement de 15 l'ouverture 8 de la partie centrale 3, où se fait la collecte des débris, ou encore du tube d'aspiration du dispositif d'aspiration, par un guidage préférentiel des brisures pour favoriser leur évacuation. Aussi, comme visible sur la figure 5, les lames de fragmentation 10 sont disposées sur la face interne 3b de la partie centrale 3 de sorte à s'étendre depuis l'ouverture 8 de la partie centrale 3 vers la jonction entre la partie centrale 3 et la partie 20 périphérique 4, et notamment vers les quatre angles formés par la forme carrée de la partie centrale 3. De plus, comme il ressort de la figure 5, les lames de fragmentation 10 sont espacées les unes des autres de sorte à définir entre elles des espaces angulaires de fragmentation E dans lesquels sont disposés trois pointes de fragmentation 9, 25 équidistantes les unes des autres au sein d'un même espace angulaire de fragmentation E. Au sein d'un même espace angulaire de fragmentation E, la distance D entre deux pointes de fragmentation 9 est comprise entre 30 mm et 100 mm. Cette disposition permet d'obtenir une force de rupture suffisante pour assurer la rupture des morceaux de plaques de silicium. 9 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme REVENDICATIONS1. Embout (1) de nettoyage et de ramassage de débris de plaquettes à base de matériaux semi-conducteurs et/ou de verre, caractérisé en ce qu'il comporte : - un corps principal d'aspiration (2), comprenant une partie centrale (3), pourvue d'une face externe (3a) et d'une face interne (3b) opposée à la face externe (3a), et une partie périphérique (4) reliée à la partie centrale (3) de sorte à définir ensemble une cavité d'aspiration (5) des débris, - un élément creux de raccordement (6) à un dispositif d'aspiration, solidarisé à la face externe (3a) de la partie centrale (3) du corps principal d'aspiration (2), et comprenant une ouverture traversante (7) communiquant fluidiquement avec la cavité d'aspiration (5) au travers d'une ouverture (8) de la partie centrale (3) et dans laquelle est apte à circuler un flux d'aspiration provenant du dispositif d'aspiration, - une pluralité d'éléments de fragmentation (9, 10) des débris situés sur la face interne (3b) de la partie centrale (3) du corps principal d'aspiration (2). 2. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de fragmentation (9, 10) comprennent des pointes de fragmentation (9) permettant la casse des débris. 3. Embout selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments de fragmentation (9, 10) comprennent des lames de fragmentation (10) permettant la casse des débris et le guidage des débris vers l'ouverture (8) de la partie centrale (3). 4. Embout selon la revendication 3, caractérisé en ce que les lames de fragmentation (10) sont disposées sur la face interne (3b) de la partie centrale (3) de sorte à s'étendre depuis l'ouverture (8) de la partie centrale (3) vers la jonction entre la partie centrale (3) et la partie périphérique (4). 25 30 11 5. Embout selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que les lames de fragmentation (10) sont espacées les unes des autres de sorte à définir entre elles des espaces angulaires de fragmentation (E) dans lesquels sont disposés une pluralité de pointes de fragmentation (9), notamment au moins trois pointes de 5 fragmentation (9). 6. Embout selon la revendication 5, caractérisé en ce que, au sein d'un même espace angulaire de fragmentation (E), la distance (D) entre deux pointes de fragmentation (9) est comprise entre 30 mm et 100 mm. 10 7. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments de fragmentation (9, 10) sont réalisés en métal, notamment en acier. 15 8. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie périphérique (4) comporte une pluralité d'orifices de dépression (11) permettant la création de la dépression nécessaire à l'évacuation des débris. 20 9. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément creux de raccordement (6) comporte un segment creux (12) associé à une rotule (13) pour permettre un changement d'orientation de l'embout en fonctionnement. 10. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps principal d'aspiration (2) loge une turbine rotative d'aspiration (14), pourvue de pales (15), entraînée en rotation par le flux d'aspiration en provenance du dispositif d'aspiration. 12 11. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps principal d'aspiration (2) et l'élément creux de raccordement (6) sont réalisés en matériau polymère. 5 12. Embout selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie périphérique (4) comporte un joint d'étanchéité de protection périphérique (16) destiné à empêcher toute projection de débris récupérés par l'embout (1) vers l'extérieur. 10 13. Dispositif d'aspiration, caractérisé en ce qu'il comporte : - un tube d'aspiration dans lequel circule un flux d'aspiration, - un embout (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, monté sur le tube d'aspiration.