硅片(多晶硅)切割工艺及流程.doc

Xinyu College 毕业设计 论文 毕业设计 论文 20102010 届 届 题题 目目 硅片 多晶硅 切割工艺及流硅片 多晶硅 切割工艺及流 程程 学学 号号 08100280610810028061 姓姓 名名 肖吉荣肖吉荣 所所 属属 系系 太阳能科学与工程系太阳能科学与工程系 专专 业业 光伏材料加工与应用技术光伏材料加工与应用技术 班班 级级 0808 光伏 光伏 8 8 班 班 指导教师指导教师 陈勇陈勇 新余高等专科学校教务处制新余高等专科学校教务处制 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 硅片 多晶硅 切割工艺及流程硅片 多晶硅 切割工艺及流程 摘要摘要 随着能源短缺和环境污染等问题的日益加剧 利用可再生 无污染的能 源已成为现代社会的一个趋势 太阳能的开发与利用越来越被人们所重视 未来太阳的大规模应用主要是用来发电 目前实用太阳能发电方式主要为 光 电转换 其基本原理是利用 光生伏打效应 将太阳辐射能直接转换为电能 它的基本装置是太阳能电池 太阳能电池是由太阳能电池硅片组件组成的一个系 统 硅片的质量直接影响了太阳电池的光电转换效率 本文介绍了光伏产业的发展现状及趋势 对多线切割 硅片切割机的工作 原理及结构进行了大概的介绍 详细阐述了硅片切割工艺及流程 并对切片切割操作中 遇到的问题及解决方案作了详尽的论述 关键词 多线切割 关键词 多线切割 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 I wafer polycrystalline cutting technology and flow Abstract As the shortage of energy and the pollution of environment it is a trend use renewable and non pollution energy nowadays the development and use of solar energy is becoming more valued by people A scale use of the sunshine is main use to generate electricity Nowadays the main way to use solar to generate electricity is translate light to electricity Its basic principle is use photovoltaic effect to solar radiation energy to electric immediate Its foundation appliance is solar cell Solar cell is a system make of silicon wafers The quality of silicon wafer influences the photoelectric conversion efficiency of solar immediate This passage introduced the current situation and trend of Photovoltaic Industry We have a general introduce of multiwire cutting the operating principle and the structure of silicon wafer slitter Also it included the expound silicon wafer cutting and technological process in detail At last we have a detail expound of the problems and solve project while cutting silicon wafers and solve project Keywords multiwire cutting 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 目目 录录 摘要摘要 I ABSTRACT II 第第 1 1 章章 光伏产业的发展现状及趋势光伏产业的发展现状及趋势 1 1 1 国际光伏产业的现状 1 1 2 国内光伏产业的现状 1 1 3 未来的发展趋势及展望 1 第第 2 2 章章 多线切割多线切割 3 2 1 多线切割技术的发展历史 3 2 2 多线切割机的基本介绍 3 2 3 中国太阳能硅片线切割设备国产化的现状和趋势 3 第第 3 3 章章 硅片切割机的工作原理及结构硅片切割机的工作原理及结构 5 3 1 基本结构 5 3 2 工作原理 5 第第 4 4 章章 硅片切割工艺及流程硅片切割工艺及流程 10 4 1 切割工艺 10 4 1 1 主要参数 11 4 1 2 切割液的 PEG 粘度 11 4 1 3 碳化硅微粉的粒型及粒度 12 4 1 4 砂浆的粘度 12 4 1 5 砂浆的流量 12 4 1 6 钢线的速度 12 4 1 7 钢线的张力 12 4 1 8 工件的进给速度 12 4 2 主要操作流程 10 4 2 1HCTB6 切片机开机准备 10 4 2 2 切割准备 10 4 2 3 取片 10 4 2 4 安装放线轮 10 4 2 5 布线网 10 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 4 2 6 选取硅块 4 2 5 装硅块 切片 10 第第 5 5 章章 切片切割操作中遇到的问题及解决方案切片切割操作中遇到的问题及解决方案 13 5 1 跳线的产生 13 5 2 断线的原因分析及解决 13 5 3 线痕的产生 14 5 4 切片操作过程中的注意事项 17 结结 论论 22 参考文献参考文献 23 致致 谢谢 24 附附 录录 25 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 0 第第 1 1 章章 光伏产业的发展现状及趋势 1 1 国际光伏产业现状 全球太阳能光伏产业发展现状 CSIA 最新研究报告称 目前太阳能电池主要分为单晶硅电池 多晶 硅电池和薄膜电池三种 单晶硅电池技术成熟 光电转换效率高 但其生产成本较高 技术要求高 多晶硅电池成本相对较低 技术 成熟 但光电转换效率相对较低 而薄膜电池成本低 发光效率高 但目前其在技术稳定性和规模生产上均存在一定的困难 随着技 术的进步 未来薄膜电池会有更好的发展前景 图 1 2009 年全球太阳能电池市场产品结构 按销售量 在各国政府的大力支持下 太阳能光伏产业得到了快速的发展 200 6 年至 2009 年 太阳能光伏电池产量的年均增长率为 60 由于受 到 2008 年金融危机的影响 2009 年前两个季度光伏电池产量的增 长速度有所放缓 但随着 2009 年下半年市场需求的复苏 2009 年 全年的太阳能电池产量达到了 10431MW 比 2008 年增长 42 5 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 1 图 222006 2009 年全球太阳能电池产量 目前太阳能光伏发电的成本大约是燃煤成本的 11 18 倍 因此目前 各国光伏产业的发展大多依赖政府的补贴 政府的补贴规模决定着 本国的光伏产业的发展规模 目前在政府的补贴力度上 以德国 西班牙 法国 美国 日本等发达国家的支持力度最大 2008 年 西班牙推出了优厚的光伏产业补贴政策 使其国内光伏产业出现了 爆发式发展的态势 一度占据了世界光伏电池产量的三分之一强 2 009 年德国光伏组件安装量高达 3200MW 占全球总安装量的 50 4 2 2 国内光伏产业现状 一 我国太阳能光伏产业基本情况 1 太阳能制造大国 中国太阳能资源非常丰富 理论储量达每年 17000 亿吨标准煤 太阳能资源开发利用的潜力非常广阔 中国光伏发电产业于 20 世纪 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 2 70 年代起步 90 年代中期进入稳步发展时期 太阳电池及组件产量 逐年稳步增加 经过 30 多年的努力 已迎来了快速发展的新阶段 在 光明工程 先导项目和 送电到乡 工程等国家项目及世界光 伏市场的有力拉动下 中国光伏发电产业迅猛发展 到 2008 年年底 全国光伏系统的累计装机容量达到 140MW 从 事光伏组件生产的企业近 400 家 而 2008 年我国的光伏产能首次超 过德国 位居世界第一 2008 年全世界太阳能电池总产量达 6850MW 我国太阳能电池总产量达 1780MW 占全球总量的 26 其 中 国内太阳能电池龙头厂无锡尚德 2008 年产量约为 500MW 排名 全球第三 而天威英利产出 281 5MW 天合光能产出约 200MW 而从 市场占有率来看 中国太阳能电池厂商 包括台湾省 的市场占有 率逐年提升 2007 年中国太阳能电池厂商市场占有率由 2006 年的 20 提升至 35 2008 年则更进一步 大幅提升至 44 连续两年成 为世界第一 2008 年台湾茂迪光伏电池产量在 270 280MWp 之间 从企业发展看 目前全国涉及太阳能的生产企业已达 3000 多家 有 500 多家光伏企业和研发单位 其中多晶硅材料企业近 20 家 从 业人员超过 10 万人 我国已有 11 家境外上市和 12 家国内上市光伏 企业 而在光伏设备领域 2008 年我国太阳能电池设备总销售额达 17 66 亿元 增长迅速 其中 太阳能级硅单晶生长和加工设备销 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 3 售额达 12 26 亿元 占太阳能电池设备销售收入的 69 4 太阳能 电池芯片制造设备销售额为 5 4 亿元 2 产业呈区域式竞争格局 目前 我国光伏产业经过爆炸式发展 产业规模不断扩大 已 初步形成环渤海 长三角 珠三角 中部地区和西部地区五大板块 长三角以江苏为产业增长极 主打中下游的光伏电池及组件生产 产业规模占全国一半 环渤海以河北为核心 主打上游材料生产加 工 产业规模居第二 主要聚集区为邢台宁晋 保定和廊坊 珠三 角以深圳为核心 主打下游应用产品生产 中部地区主要是江西 湖北 湖南 西部地区主要是四川 内蒙古 青海 陕西等省 重 点利用 矿产等优势 主打上游多晶硅原料生产 可提供全国 10 的原料 总体上看 我国光伏产业正处在产业重组和战略布局阶段 目 前国内有 28 个省市都把光伏产业作为新的主导产业和产业结构调整 的重点 面临着巨大的产业整合压力 从我国光伏产业聚集格局变化趋势看 环渤海 长三角 珠三 角和中西部地区已形成了多个覆盖光伏产业链的制造企业集群 未 来将有可能逐步形成五大光伏产业集聚地 而在各省市当中 2008 年江苏省太阳能电池产量占全国总产量 的份额高达 70 成为名副其实的太阳能第一大省 截止 2008 年 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 4 江苏省已经有无锡尚德 常州天合 南京中电等 6 家海外上市光伏 企业 其中 5 家进入世界前 20 强 另外还有 280 多家为光伏上市 企业 骨干企业进行配套的特色企业 已经形成了完整的光伏产业 链条 二 我国太阳能光伏产业存在的问题 1 产业结构畸形 两头在外 尽管过去几年 我国太阳能光伏产业发展迅速 但是仍然没有 改变 两头在外 的畸形产业机构 2008 年我国光伏系统安装量为 40MW 占全球总安装量的比例仅为 0 73 而在 2007 年我国光伏系 统安装量为 20MW 占全球总安装量的比例为 0 8 而传统光伏大国 德国 2008 年的光伏系统安装量 1500MW 占全球总安装量的比例达 到 27 27 欧洲另一光伏大国西班牙的安装量则达到 2511MW 占全 球总安装量的比例则高达 45 65 与我国光伏系统安装量极少相对应的是 近年来我国光伏产品 的产量已经稳居世界头把交椅 据中投顾问最新发布的 2009 2012 年中国太阳能电池行业投资分析及前景预测报告 显示 2008 年我 国光伏电池产量达 1 78GW 占全球总量的 26 而从市场占有率来 看 中国太阳能电池厂商 包括台湾省 的市场占有率逐年提升 2007 年中国太阳能电池厂商市场占有率由 2006 年的 20 提升至 35 2008 年则更进一步 大幅提升至 44 连续两年成为世界第一 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 5 终端市场在外且主要其中在欧洲 已经使得我国光伏制造厂商在金 融危机中遭遇到了极大地打击 与终端市场相对应的是 上游的多晶硅产业的提纯核心技术主 要掌握在国外七大厂商手中 包括美国的 Hemlock 挪威的 REC 美 国的 MEMC 日本的 Tokuyama Mitsubishi Material 和 Sumitomo Titanium 他们垄断了全球的多晶硅料供应 获得了太阳能产业最 丰厚的利润 2 暴利不再难阻多晶硅投资狂潮 2006 年以来我国多晶硅项目累计投资已达 440 亿元 而且这种 趋势还有愈演愈烈的倾向 国内两大光伏龙头企业天威保变 江西 赛维累计 8000 吨的多晶硅项目正在建设 从 2006 年下半年开始 多晶硅概念在国内逐渐升温 许多上市 企业纷纷涉足其中 A 股中投资多晶硅的企业包括南玻 A 川投能源 天威保变 特变电工 江苏阳光 乐山电力 岷江水电 通威股份 航天机电 桂东电力 银星能源等十余家 2008 年虽然遭遇经济危 机 但很多企业仍然逆市扩产 2008 年 11 月底 江苏顺大一期 1500 吨多晶硅项目正式投产 12 月底江苏阳光一期 1500 吨项目 南玻 A1500 吨生产线分别投产 2009 年 1 月亚洲硅业 1500 吨生产 线举行投产仪式 2009 年 4 月江苏中能 13500 吨产能将全部投产 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 6 另外 目前我国在建项目多晶硅项目总数逾 20 个 总投资额逾 700 亿 其中 在建最大的项目为南京大陆投资集团 美国 PPP SCC 西图等公司共同投资建设托克托县多晶硅项目 总投资 180 亿元 建设规模为年产多晶硅 18000 吨 而云南爱硅信科技有 限公司总规划 10000 吨 年多晶硅项目 总投资也逾 100 亿元 最新 开工的项目则由山东晟朗能源科技有限公司 2009 年 4 月 18 日投资 兴建 首期投资 11 亿 总投资达 90 亿 在国内企业不断掀起的多晶硅投资热潮中 2009 年国际多晶硅 远期合同加权平均价格比 2008 年下跌 30 至 107 美元 公斤 现货 价格则在 2009 年 5 月已跌至 60 70 美元 公斤 国内的多晶硅成本 普遍在每公斤 50 美元至 70 美元 个别没有闭环式生产的公司 成 本高达每公斤 100 美元 这也就意味着 国内多晶硅企业的利润已 经相当微薄 甚至出现亏损经营的状况 3 原料产地对多晶硅价格没有发言权 长期以来 多晶硅产业的 弱势 始终困扰着我国光伏产业 最大的原因就是无法突破国际大厂的技术壁垒而导致成本高企 但 是国内多晶硅产业并非没有优势 这种优势就在于多晶硅上游原料 冶金硅 80 的主要产地来自于我国 中投顾问最新发布的 2009 2012 年中国金属硅市场投资分析 及前景预测报告 显示 我国是全球主要的金属硅产地 2007 年中 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 7 国金属硅总产量为 95 100 万吨 而 2006 年中国金属硅总产量为 75 80 万吨 进入 21 世纪以来 中国的工业硅生产和出口一直保持 着较快的增长速度 2001 年中国出口工业硅 32 24 万吨 2002 年为 38 74 万吨 2003 年达到 47 90 万吨 2004 年突破 50 万吨 达到 54 51 万吨 2005 年与 2004 年基本持平 为 53 61 万吨 但 2006 年达到 61 4 万吨 比 2005 年增长了 14 6 2007 年上半年又比 2006 年同期增长了 16 3 2007 年全年出口工业硅达到 69 8 万吨 比 2006 年增长了 13 8 2008 年 1 3 月份中国金属硅生产量在 200000 250000 吨左右 国内消费量在 35000 85000 吨左右 其余 全部出口 我国多晶硅产业同样拥有巨大的资源优势 但不但没有把优势 转化为胜势 反而完全受制于国际大厂 根本原因在于没有形成类 似于铁矿石领域的 三巨头 那样的规模化优势 而是一些中小企 业各自为战 且存在恶性竞争 4 政策拉动效应有限 到目前为止 国内甚至全球光伏产业都还是明显的 政策市 阶段 从国外光伏产业的发展经验来看 在政府出台相关财政补 贴或电价上网政策后 行业基本都出现了爆发性的增长 比如德国 西班牙等 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 8 2004 年德国政府启动上网电价法 即著名的 EEG 法案 导致德 国光伏安装量激增 最初的上网电价为 3 倍的零售电价或者 8 倍的 工业电价 光伏系统在安装后的 20 年内固定价格 但推迟一年 固 定价格下调一定的比率 德国现行的太阳能补助案是在 2008 年由该 国下议院正式宣读后定案 目前的太阳能年度收购电价税率 Feed in Tariffs 由 2008 年以前年降幅 5 改成 2009 2010 年降 8 2011 年降 9 地面装配系统 Ground mounted system 从 2008 年降 6 5 改成 2009 2010 年降 10 新法规已在 2009 年 1 月 1 日生效 2004 年西班牙开始实施 皇家太阳能计划 2006 年进行了修 改 该计划提出了购电补偿法 对发电量小于 100kWp 千瓦能 的 光伏系统 实行按 0 44EUD kWh 的价格 为平均电价的 5 75 倍 有效期为 25 年 25 年后购电价格变为平均电价的 4 6 倍 对大于 100kWp 的光伏发电系统 则采用 0 23EU kWh 的价格 平均电价的 3 倍 以上政策对于德国 西班牙的光伏产业发展起到了至关重要的 作用 而我国在 2007 年以前光伏产业的政策基本上是空白一片 2007 年 可再生能源中长期发展规划 的出台作用也是相当有限 进入 2009 年之后 我国政府相继出台了 太阳能屋顶计划 金太阳工程 等政策 但中投顾问能源行业首席研究员姜谦认为 姜谦指出 光伏产业要正常发展 最重要的还是解决上网电价的问 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 9 题 也就是说 发出来的电电网公司有积极性去购买 终端用户乐 意去用才是最关键的因素 德国 西班牙等国的财政补贴正是从此 处下手 才使得光伏行业出现了爆发性的增长 而我国三部门此次 联合颁发的 金太阳工程 补贴的重点则是集中在安装侧 并未 解决上网电价这一实质性问题 仅从这一层面上看 金太阳工程 开启光伏产业井喷时代就难言乐观 3 3 未来的发展趋势及展望 1 我国光伏产业吸引世界目光 伴随着太阳能投资热潮在中国的兴起 中国的太阳能产业已经 成为全球瞩目的焦点 著名投资银行拉扎德资本预计 2011 年前中 国太阳能产业规模能达到 1 1 5GW 2012 年前该行业规模将达到 2GW 2020 年前则会达到 20GW 另外 预计我国太阳能光伏行业有 望吸引逾 100 亿美元的私人投资 并有助中国未来三年成为全球主 要的太阳能设备市场 姜谦认为 虽然到目前为止全球太阳能产业的终端市场仍然集 中在欧洲 但随着金融危机后各国太阳能政策的转变 中国等新兴 市场有望取代西班牙 德国成为全球太阳能产业的主要增长点 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 10 2009 年 6 月 24 日浙江温州大展国际贸易有限公司 牵手 沙 特阿拉伯巴格山集团 巴格山将以资金入股在温州投资太阳能项目 该项目总投资 5 3 亿元 6 月 22 日江苏响水县与美国新能源技术公 司签订太阳能光伏产业基地项目协议书 该项目一年内建成一条生 产线 年产 1000 吨多晶硅 三年内建成 7 条生产线 年产 7000 吨 多晶硅 总投资约 50 亿元 六年内投资完成光伏产业基地 将发展 成 多晶硅 硅锭 硅片 光伏电池 组件 完整的太阳能光伏产 业链 6 月 16 日四川甘孜州政府与西班牙维拉米尔集团在西班牙正 式签订协议 总投资 8 2 亿欧元的硅产业合作项目落户康定 姜谦指出 短短几天之内 多家国际企业纷纷选择投资光伏产 业 这并非偶然 说明在我国政府强有力的政策引导下 我国的光 伏产业不仅让国内企业看到了机遇 而且可以毫不夸张地说 中国 的太阳能光伏产业已经吸引了世界的目光 姜谦同时认为 以上国 际企业的入主应该只是一个开端 未来应该会有更多的海外资本选 择涉足中国太阳能光伏产业 这不管是对国内光伏产业来说 还是 对我国的整个能源产业来说 都是一个巨大的机遇 虽然说我国光伏产业的前景一片广阔 但是发展历程并不会一 帆风顺 一个新兴产业的快速发展 前提必须是涉及产业链上中下 游的相关行业同步发展 而这种发展已不仅仅是简单的产能获得提 升 更重要的是在掌握核心技术前提下的国际竞争力的提升 如果 说先前的终端市场集中在海外是国内光伏制造企业发展的最大瓶颈 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 11 的话 那么后金融危机时代 内需市场逐步开启的情况下 国内企 业却将面临因成本高企而导致产品缺乏竞争力的尴尬 若国内厂商 不尽快在技术领域寻求突破 那么 未来受影响的将不止单个企业 的利益 整个国内光伏产业的发展或许都会受到国际巨头的牵制 第二章 硅片 多线 切割机 2 1 多线切割技术的发展历史 人类历史上的线切割历史 公元前 2000 年 古埃及人用混合了水和沙的绳子切割石头 公元 19 世纪 意大利人用缆绳切割大理石 公元 20 世纪 20 年代 第一次有人申请了用绳切割约一英寸厚 的大尺寸大理石片的专利 公元 20 世纪 60 年代 第一次出现用线的往复运动来切割水晶 片 公元 20 世纪 70 年代 利用线的往复运动来切割 1 2 英寸的硅 片 在上世纪 80 年代以前 人们在切割超硬材料的时候一般采用涂 有金刚石粉的内圆切割机进行切割 然而随着半导体行业的飞速发 展 人们对已有的生产效率难以满足 同时由于内圆切割的材料损 失非常大 在半导体行业成本的摩尔定律作用下 人们对于降低切 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 12 割成本 提高效率的要求越来越高 多线切割技术因此而逐步发展 起来 2 2 硅片 多线 切割机的基本介绍 多线切割机 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 13 多线切割是一种通过金属丝的高速往复运动 把磨料带入半 导体加工区域进行研磨 将半导体等硬脆材料一次同时切割为数 百片薄片的一种新型切割加工方法 数控多线切割机已逐渐取代 了传统的内圆切割 成为硅片切割加工的主要方式 基于高精度高速低耗切割控制关键技术研发的高精度数控多 线高速切割机床 可全面实现对半导体材料及各种硬脆材料的高 精度 高速度 低损耗切割 填补了国内空白 成果具有多项自 主知识产权 整体技术达到国际先进水平 其中切割线的张力控 制技术 收放线电机和主电机的同步技术居于国际领先水平 硅片是半导体和光伏领域的主要生产材料 硅片多线切割技 术是目前世界上比较先进的硅片加工技术 它不同于传统的刀锯 片 砂轮片等切割方式 也不同于先进的激光切割和内圆切割 它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃 料对硅棒进行摩擦 从而达到切割效果 在整个过程中 钢线通 过十几个导线轮的引导 在主线辊上形成一张线网 而待加工工 件通过工作台的下降实现工件的进给 2 3 中国太阳能硅片线切割设备国产化的现状和趋势 1 0 多线切割设备的国产化道路充满了坎坷 多线切割设备为国际 3 大厂统治 目前全球的多线切割设备主要为瑞士的 HCT Meyer Burger 梅 耶博格 和日本的 NTC 所统治 瑞士的 HCT 梅耶博格最早在上世纪 80 年代就推出了线切割机 主要为半导体行业所用 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 14 在国内光伏行业切片领域 到 2009 年底国际上影响力最大的三 家设备供应商在中国市场产能中差不多是三分天下 NTC 的份额稍 微高一点 下图是国内线切割设备数量的一个变化趋势图 其他包 括国内品牌和国外进口的其他小品牌 HCT 简介 HCT 在 1983 年推出第一台线切割机后 14 年里才累计卖出了 100 台设备 在随后的 6 年里又累计卖出了 150 台 太阳能光伏市场在 2003 年启动以后 HCT 针对市场需要在 2005 年推出了世界上最大的 太阳能硅片线切割机 B5 而 HCT 在 2006 年里一年的销售量就突破 了 100 台 HCT 在 2007 年被美国的应用材料收购 HCT 在 2000 年进入中国市场 主要的客户来自半导体行业的包括北 京有研 济宁港湾 宁波晶元等 HCT 在太阳能行业应用的主流机 型是 B5 双工作台 4 个导轮满载可以一次切割硅棒长达到 2 米 非 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 15 常适合大规模生产 国内主要用户包括 LDK 保定英利 成都天威 新能源 浙江昱辉 江阴海润等公司 针对市场新的需求和变化 在 2009 年推出了新机型 MaxEdge B6 主要特点是将原有的一个线网拆分为 2 个独立控制的线网 这样有 助于使用更细的切割线从而提高出片率降低生产成本 但是目前该 设备还处于推广阶段 工艺还有待进一步成熟 第三章 硅片切割机的工作原理及结构 3 1 基本结构 基本结构 切割室 绕线室 砂浆缸 电机 电脑控制系统 3 2 工作原理 多线切割的基本原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢 丝上的切割刃料对硅棒进行摩擦 从而将硅棒等硬脆材料一次同时 切割为数千片薄片的一种切割加工方法 多线切割由于其更高效 更小切割损失以及更高精度的优势 对于切割贵重 超硬材料有着 巨大的优势 近十年来已取代传统的内圆切割成为硅片切割加工的 主要方式 第四章 硅片切割工艺及流程 4 1 切割工艺 4 1 1 主要参数 左上钢右上钢 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 16 线张力线张力 23N23N 左下钢 线张力 右下钢 线张力 20N20N 工作台 台速 马达转 速 300um min 1700rp m 硅锭尺 寸 一般热 机时间 169 0m m 8 10min 砂浆缸 入口温 度 左上回 流缸温 度 22 20 4 1 2 切割液 PEG 的粘度 切割液 PEG 的粘度 由于在整个切割过程中 碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 17 钢线进行切割的 所以切割液主要起悬浮和冷却的作用 1 切割液的粘度是碳化硅微粉悬浮的重要保证 由于不同的 机器开发设计的系统思维不同 因而对砂浆的粘度也不同 即要求 切割液的粘度也有不同 例如瑞士线切割机要求切割液的粘度不低 于 55 而 NTC 要求 22 25 安永则低至 18 只有符合机器要求的切 割标准的粘度 才能在切割的过程中保证碳化硅微粉的均匀悬浮分 布以及砂浆稳定地通过砂浆管道随钢线进入切割区 2 由于带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中 会因为摩擦发 生高温 所以切割液的粘度又对冷却起着重要作用 如果粘度不达 标 就会导致液的流动性差 不能将温度降下来而造成灼伤片或者 出现断线 因此切割液的粘度又确保了整个过程的温度控制 的 PEG 粘度 4 1 3 碳化硅微粉的粒型及粒度 碳化硅微粉的粒型及粒度 太阳能硅片的切割其实是钢线带着碳化硅微粉在切 所以微粉 的粒型及粒度是硅片表片的光洁程度和切割能力的关键 粒型规则 切出来的硅片表明就会光洁度很好 粒度分布均匀 就会提高硅片 的切割能力 4 1 4 砂浆的粘度 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 18 砂浆的粘度 线切割机对硅片切割能力的强弱 与砂浆的粘度有着不可分割 的关系 而砂浆的粘度又取决于硅片切割液的粘度 硅片切割液与 碳化硅微粉的适配性 硅片切割液与碳化硅微粉的配比比例 砂浆 密度等 只有达到机器要求标准的砂浆粘度 如 NTC 机器要求 250 左右 才能在切割过程中 提高切割效率 提高成品率 4 1 5 砂 浆的流量 4 1 5 砂浆的流量 砂浆的流量 钢线在高速运动中 要完成对硅料的切割 必须由砂浆泵将砂 浆从储料箱中打到喷砂咀 再由喷砂咀喷到钢线上 砂浆的流量是 否均匀 流量能否达到切割的要求 都对切割能力和切割效率起着 很关键的作用 如果流量跟不上 就会出现切割能力严重下降 导 致线痕片 断线 甚至是机器报警 4 1 6 钢线的速度 钢线的速度 由于线切割机可以根据用户的要求进行单向走线和双向走线 因而两种情况下对线速的要求也不同 单向走线时 钢线始终保持 一个速度运行 MB 和 HCT 可以根据切割情况在不同时间作出手动调 整 这样相对来说比较容易控制 目前单向走线的操作越来越少 仅限于 MB 和 HCT 机器 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 19 双向走线时 钢线速度开始由零点沿一个方向用 2 3 秒的时间 加速到规定速度 运行一段时间后 再沿原方向慢慢降低到零点 在零点停顿 0 2 秒后再慢慢地反向加速到规定的速度 再沿反方向 慢慢降低到零点的周期切割过程 在双向切割的过程中 线切割机 的切割能力在一定范围内随着钢线的速度提高而提高 但不能低于 或超过砂浆的切割能力 如果低于砂浆的切割能力 就会出现线痕 片甚至断线 反之 如果超出砂浆的切割能力 就可能导致砂浆流 量跟不上 从而出现厚薄片甚至线痕片等 4 1 7 钢线的张力 钢线的张力 钢线的张力是硅片切割工艺中相当核心的要素之一 张力控制 不好是产生线痕片 崩边 甚至短线的重要原因 1 钢线的张力过小 将会导致钢线弯曲度增大 带砂能力下降 切割能力降低 从而出现线痕片等 2 钢线张力过大 悬浮在钢线上的碳化硅微粉就会难以进入锯缝 切割效率降低 出现线痕片等 并且断线的几率很大 3 如果当切到胶条的时候 有时候会因为张力使用时间过长引起 偏离零点的变化 出现崩边等情况 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 20 4 1 8 工件的进给速度 工件的进给速度 工件的进给速度与钢线速度 砂浆的切割能力以及工件形状在 进给的不同位置等有关 工件进给速度在整个切割过程中 是由以 上的相关因素决定的 也是最没有定量的一个要素 但控制不好 也可能会出现线痕片等不良效果 影响切割质量和成品率 4 2 主要操作流程 4 2 1 hctb6 切片机开机准备 1 将顶部 睡 气 浆料阀 打开 2 将切片机马达室一侧的电源主开关打在 on 上 3 带电脑启动画面运行到正常界面后 点击箭头所指 I O 键 4 点击冷却水开启键 使其呈下凹状态 5 点击上下工作台及所有排线轮复位键 6 根据标签插好沙浆缸插头 并连接好沙浆管道 4 2 2 切割准备 1 用工具轻拍上下线网 将线网表面的杂质拍除干净 2 清洗上下过滤网上的碎片 并将过滤网取出 3 将清理出的碎片放入槽中 待转预清理 4 取走过滤网后 再次检查切割室里是否有碎片 并将其清除 5 将下过滤网放至清洗处 并用水清理干净 6 用气将下过滤网完全吹干 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 21 7 将清理干净的下过滤网放回切割室底 8 将砂浆喷嘴清理干净 并用压缩空气吹干 9 将砂浆过滤桶清理干净 并用压缩空气吹干 4 2 3 取片 1 将电脑屏幕下方的的锁键打在 by pass 位置 2 点击主界面上的锁门键 使其成凸起状 3 打开切割室门 用灯照明 观察线网位置 看硅块是否完全切 透 若未切透 应根据线网位置加切 4 在界面上点击硅块上升键 在弹出的框中输入值 范围在 玻 璃区 5mm min 硅片区 10 30mm min 5 返回主界面 点击硅块上升键 工作台将缓慢上升 6 待工作台停止上升后 依次点击 左上 右上 左下 右下 工作台气压键 依次取下 左上 右上 左下 右下 托板压紧固 定块 7 装好插杆 有两人将上下工作台硅块取出 并装好例一边的插 杆 小心将硅块放入预清洗架内 并在托板上标好硅块位置 用同 样的方式将硅块逐一取出 取出之后放入装满 PEG 的车内 随工单 一起送入预清洗 4 2 4 安装放线轮 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 22 1 未开封的新线轮 包装纸上的箭头表示放线的方向 2 观察线轮标签 选择直径与长度均符合工艺要求的钢线 3 用放线轮专用车叉取钢线轮 并保持包装纸上的方向朝下 4 使用起重车安装好钢线 5 将新线轮推入放线轮轴承 箭头所指方向为放线方向 6 左右推动放线轮 将其推入到位 7 推入时保证放线轮上的两个卡位与放线轮轴承上的两个凹槽咬 合 8 装入定位卡盘 9 装入螺母与定位卡盘上 10 调节扳手力矩至所需刻度 放线轮为 180N 11 转动扳手直到听到扳手旋转到位 出现响声 12 松开定位器 将收线轮转动半圈 再用定位器固定 13 转动扳手 直到听见扳手转动听见声响 在进行两次同样的转 动放线轮半圈的操作 14 放线轮安装完毕将定位器打起 15 装上防护外壳 16 点击操作界面 高限位 在弹出的框中输入值 输入值 新线 总长 5km 17 点击操作界面清零键 4 2 5 布线网 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 23 1 布线前 将切割室上方的喷嘴取下 2 在切割室 靠绕线室侧 将胶布反面导轮偏左侧引入反面缠绕在 导轮上 胶布要拉紧 将胶布缠绕 3 4 圈 3 将右绕线室的新线轮的线头引入切割室 4 将线头粘在胶布上 并在线头上再粘上胶布 并确保粘接牢固 5 点击操作屏幕取消接地报警 点击操作界面无钢线模式 6 如 2 4 方法 在胶布缠绕住顶层胶布的同时 一边再用胶布缠绕 住钢线 7 确认胶布被上下两层胶布夹紧后 再将线慢走 5 6 圈 8 将所有张力切换成小张力模式 9 打开右侧的放线张力 用手顺时针慢速转动导轮运行控制器 10 待导轮上跑上一排钢线 约 5mm 再次控制导轮以合适的布线 速度运行 11 用刀片轻拨进线口的第一根线 从 d 导轮的第一槽开始 12 将线拨入导轮进线口第一个线槽 13 同理将其它导轮进线口第二根线按入进线口第二个槽 14 将线网布到 1mm 左右时 停止转动 15 剪取一段强力胶压在线网左侧 用刀片把胶布将线网压紧 16 将线网以外胶布和钢线剪除 17 确认线头固定好并开始导轮慢跑 看线头是否会散开 18 关闭绕线室与切割室门 19 点击安全门锁 确保所有门为锁好状态 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 24 20 将电脑控制屏下方的锁键打在 SAFE 位置 21 将右侧小张力改为大张力 22 点击操作屏快速走钢线 并根据要切硅块长度设定跑线长度 一 般为 2800m 23 将跑线速度设定为 8 12m s 点击屏幕是导轮自动跑线 24 跑线期间课打开观察窗口检查线头是否散开或线网散乱 25 待自动停止后 将电脑控制屏下方的锁键打在 by pass 位置 26 点击主界面的锁门键 使其呈上凸状态 27 用尺子从导轮的左端测量线网 在刻度为 280mm 处用小刀取出一 根钢线 28 用剪刀剪断多余钢线 同时用手指压住上面钢线 避免钢线松动 29 打开收线轮导向轮盖 取出前半段线网线头 将线引向收线轮 30 将引进的线头和收线轮的线打好接 并将线挂上滑轮 31 打开右绕线室收线轮 32 取出后半段线网进线口钢线 将线头引向放线轮 33 将引进的线头与放线轮上的线头打结 34 用扳手调节后半段线网钢线的进线口位置 使钢线与导轮槽水平 无夹角 35 将左侧张力切换成小张力模式 36 打开左进线钢线张力 修剪线头 使其为 0 8 1 5cm 长 转动线 硅片 多晶硅 切割工艺及流程 25 头一圈或一圈半 使线头朝出线口方向 37 慢走至线网第一排时 确认线网是否认朝出线口方向 可将线接 的头压入线网 38 关闭绕线室与切割室门 39 点击安全门锁 是所有门锁住 将锁门键打在 safe 位置 40 点击快速走钢线模式 将跑线长度设定为 一般为 2000 米 将 跑线速度设定为 8 12m s 使导轮自动跑线 跑线期间可打开观察窗 口检查线头是否散开或线网散乱 41 待自动停止后 将锁门键打在 by pass 位置 点击主界面上 的锁门键 使其呈上凸状态 打开切割室门 并剪去多余的钢线 42 用扳手调节导向轮的位置 使钢线与导轮槽垂直 43 取出线头引向左收线室 将引进的线头与收线轮的线头打结 并 将线挂上导轮 打开左收线轮小张力 44 手动慢速转动导轮 观察钢线有无跳线 将左右张力都打向大张 力 在大张力喜爱跑线 100m 500m 左右 确认无跳线 4 2 6 选取硅块 1 侧视 确定托板上硅块之间的缝隙呈上窄下宽型 且单