切片三大辅料介绍篇

1、苏协工艺技术部 太阳能级多太阳能级多 晶硅材料晶硅材料 多晶硅锭多晶硅锭 单晶硅电池单晶硅电池 太阳能电池太阳能电池 组件组件 太阳能光伏太阳能光伏 （系统集成）（系统集成） 单晶硅片单晶硅片单晶硅棒单晶硅棒 多晶硅片多晶硅片 多晶硅电池多晶硅电池 u太阳能产业链加工太阳能产业链加工过程过程 通过通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料料 （砂浆）对（砂浆）对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果硅棒进行摩擦，从而达到切割效果。这种机制也 被称为：自由研磨切割。 线切割方式对切割脆性晶体切片的加工表面机械损伤层较浅；加工 温度较低，适于切割易脆裂材料；

2、切割绝缘体不会引起崩碎；可切割精 密窄缝；适宜大尺寸切片，因此，线切割在硬脆材料的切割方面获得广 泛应用， 随着我国信息产业特别是太阳能产业的迅猛发展，对硅片的需求量也 越来越大，精度要求也越来越高。多线切割以其高精度、高效率、低损 耗的特点取代了传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式。 钢线作为线切割的载体，是多晶 硅光伏电池产业中必不可少的辅助 生产材料。 碳化硅与切割液按照一定比例混 合成砂浆，在游离磨料多线切割过 程中，砂浆首先供应到切割钢线上， 然后被带到切割工作区域，因此砂 浆会对切割效率起到重要作用。 切削液以其高悬浮、高润滑、高 分散和高冷却等特性将碳化硅等切 割磨料均匀的附

3、着在高速运动的钢 丝线上，并通过快速运动来带动磨 料实现对多晶硅（或单晶硅）的切 割成片加工。 硅片切割三大耗材：硅片切割三大耗材： 切割区域的钢线、砂浆与硅晶体的示意图 钢线是线切割中的重要耗材之一，钢线在拉制过程中表面都会镀上一层很薄 的铜，因此新钢线都是呈金黄色，钢线的密度为7.8kg/L，摩尔硬度为5.5左右， 钢线的主要参数为钢线直径、钢线长度、拉伸强度、破断力、伸缩率等。 钢丝钢丝 钢丝拉拔模具示意图钢丝拉拔模具示意图 钢线生产流程图：钢线生产流程图： 在多线切割加工过程中，钢线作为实现对晶棒切割磨削的载体，通过高速 运动，保证SIC磨料达到切削去除硅材料的基本能量，SIC磨料在研

4、磨去除中 受到钢线压力，此压力来源于不断的进给运动，由于钢线的高速运动，带动 磨料在钢丝和晶棒之间运动，实现对硅晶材料的切除，在此运动过程中，钢 丝和被去除的硅材料相互都具有磨损，然而钢线由于不断更新，磨损过的钢 丝不再使用，而对于被切割的晶棒破损不断的进行，从而实现对硅晶棒的切 削成片。 n 钢线由于高压和强烈的摩擦，以及摩擦带来高温，碳化硅微粒的运动切割以 及大的拉力和循环往复运动使钢线产生拉断和疲劳断裂，降低了钢线的使用 寿命。 硅片切割中通常关注钢线两个参数：1、椭圆度 2、磨损量 D d 椭圆度=D d 夹杂断口 夹杂，一般都是钢线原材料问题， 盘条夹杂未被在线探伤设备探测 到. 脆

5、性断口 材料组织性能异常 中心毛刺 可能钢线在最后的成型湿拉工序引起变性不均匀（或心部未变形组织） 过载颈缩 1、张力破断拉力 2、钢线在生产过程中热处理工艺出现波动 3、钢线磨损量过大，砂浆切割能力不足 钢线表面异常损伤，断头不规则 1、晶体硬质点 2、砂浆质量,Sic大颗粒、杂质 3、导轮线槽清洁，槽内有未清理干净的 碎硅渣。 4、过线轮状态，毛刺等对钢线造成刮伤， 并造成钢线自由圆小，卷曲。 横向刮伤横向刮伤 跳线引起的钢线压伤 切前准备工作不到位（砂浆、导轮线网清洁、工件夹具清洁等） 别别头 1、张力波动过频繁：瞬时张力松弛 成圈张紧别断 2、过线轮状态、排线不同步，压线造 成别断 张

6、力波动 二次断口 非真实断口 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐) 等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。 目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，比重为 3.203.25，碳化硅的原子排列结构有如类似金刚石的正四面体结构，具有非 常高的稳定性，硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化。因 而成为优良的多线切割用磨料。 石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉 内经高温（18002000）冶炼而成。 破碎加破碎加 工工 化学处理化学处理 粒度粒度 砂砂 精破精破 碎碎 提纯提纯 水力水力 分级分级 单粒 度

7、号 干燥干燥 筛筛 菘菘 精 筛 菘 包装 新砂型号新砂型号 新砂型号新砂型号 回砂型号回砂型号 回砂型号回砂型号 硅片切割用的碳化硅应该是接近球状，但是有很多棱角的。这些凸起 的棱角相当于刀刃，这种形态可以用圆形度来表述，一般新碳化硅要 求在0.89左右，回收碳化硅要求在0.920以内； 碳化硅在循环使用后（包括在线回收和离线），减少了棱角，减低了 切割能力；切割硅片表面会越来越粗糙，导致比较高的TTV、线痕等异 常。 粒形分析粒形分析 圆度值圆度值 好的碳化硅块料决定了碳化硅微粉的韧性、硬度，在在参与切割过程的 的破损率越低，消耗越小； 碳化硅的综 合切割能力 集中度或微分分布 等效粒径的

8、大小 圆度系数 表面较为洁净 SIC的类型及含量 带入切割缝中的砂子，不是每颗都在做 功，只有正态分布中集中的那一段在做 功，大砂子就破碎了，小砂子处于真空 状态或将大砂子夹碎。集中度可以通过 粒度分析仪来进行测试并进行管控。 大小砂径的在受到相同垂直压力时切割 能力不同，越大越强，但刀缝也大。等 效粒径需要满足工艺给出的要求，可以 通过粒度分析仪来测试并进行管控。 圆度系数或切割模量用来表征砂子的形 状是否规则，形状越不规则，棱角越分 明越好。可用马尔文粒度分析仪进行测 试并对数据进行管控。 砂子表面要求洁净，不能含有硅粉，硅 酸盐类的杂物，影响砂浆的分散能力和 粘度，可用扫描电镜进行表征，

9、并对照 片进行存档监控。 大颗粒碳化硅团聚物SEM照片 常见的大颗粒为碳化硅团聚。颗粒剖面放大 显示为异物包裹的碳化硅颗粒，对颗粒周围 包裹物进行能谱分析，显示其化学组成主要 是Si、O、Na、Fe、C，说明包裹物主要是硅 酸盐及含铁氧化物，系回砂加工过程异常引 起，此类大颗粒严重影响硅片切割质量，造 成划伤线痕。 使用前 使用后 碳化硅在切割前后的形貌对比，可以看出，切割后的碳化硅中含有大量的碎 屑物（硅粉、玻璃粉、铁屑等） 太阳能级切割液是聚乙二醇（PEG）和复配组分混合而成，目前PEG仍是 多线切割用切割液的主要成分。聚乙二醇(PEG)为低毒无刺激性聚合物,是由 环氧乙烷与水或乙二醇为原

10、料通过逐步加成反应而生成，其原材料主要来源 于石油制品。 PEG主要性能：无毒、无刺激性，具有良好的水溶性，并与许多有机物组 份有良好的相溶性。具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接剂、抗静电 剂及柔软剂等。 用于硅片切割的切割液中聚乙二醇（PEG）的平均分子量通常为200-400， 这一级别的PEG具有适宜的粘度指标，既有良好的流动性，又对碳化硅微粉具 有良好的分散稳定性能，带砂能力强。 聚乙二醇聚乙二醇 Polyethylene Glycol 理化特性理化特性 本品可燃，具刺激性。 无色、无臭、粘稠液体 或蜡状固体。 易燃物品 当心火灾 u液体的密度： 由于承载磨料的液体密度越大，其与磨料

11、颗粒的混合性能就越强，所以在选择砂浆 的主要液体时，主要选择液体密度高于1.0g/cm3的液体。 u液体的挥发性： 在线切割工艺中，切割瞬间散发出的热量较大，如果液体的沸点较低（或挥发度较 高），则切割过程损耗较大，需要不断补充液体，难以保证切割出的产品质量。 u液体的粘度： 砂浆中液体必须具有高于水的粘度，这既可以保证磨料微粉的悬浮效果、又可以保 证液体在线锯上的适度附着，增强砂浆的热传导效率。 u表面张力： 液体的表面张力越低，在固体表面的铺展性越好。这一性能决定了砂浆在线锯及硅 晶体表面的附着量。 液体的粘度来自分子引力，温度升高，分子间的距离加大，分子引力减小， 内摩擦减弱，粘度就降低

12、。 我们公司对砂浆切割前的温度要求是：不低于不低于1717。 温度在1730变化时，砂浆粘度随温度的变化呈线性关系。 通过实验数据，可近似认为通过实验数据，可近似认为: : a. 降温时，每降低1 ，砂浆粘度提高10.0mpa.s; b.升温时，每升高1 ，砂浆粘度降低10.5mpa.s。 如果砂浆里面混入了水分, 水分子为强极性分子，H2O更容易和PEG之间形成 氢键，在PEG量一定的情况下,如果氢键部分被H2O占据,那么SiC吸附的量就减 小了,引起砂子悬浮能力不足而大量沉降，从而影响切割过程中的稳定性和硅 片的质量， 因而如何防止水进入砂浆成为总多切片企业的关键控制点。 进入雨季，切割液

13、引起的砂浆沉积裂片现象多发，特别是阴雨等高湿度 天气沉积发生频次增加。 物理方面：影响切割液悬浮性能； 化学方面：增加硅粉反应程度。 序号序号厂家厂家样品样品丙二醇丙二醇DEG甘油甘油PEG未知未知 密度密度 gcm3 备注备注 1HBHB20140112SX0.0%46.1%2.4%23.8%27.7%1.125 2HBHB20140113SX-10.0%46.0%1.6%24.6%27.8%1.121 3HBHB20140113SX-20.0%46.4%1.1%27.3%25.2%1.120 4HBHB20140117SX0.0%46.9%1.6%26.4%25.1%1.125 5HBLZ

14、20140118070.0%50.5%4.4%21.5%23.6%1.128 表1 砂浆沉积批次回收液检验结果 从对于产线沉积裂片液检测结果可以看出：HB批次甘油含量合格（3%）,PEG含量严 重偏低。 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 90.0% 100.0% 0 20 40 60 80 100 120 140 160 66% 不合格率% 频次 切割液PEG含量分布 频次 不合格率 12.9% 8.7% 15.6% 综合考虑车间异常液PEG含量指标要求与不合格批次比例，可以看出回收液中的PEG 含量必须高于30%。 异常

15、回收液分子量分析 2.0% 14.4% 4.7% 0.0% 3.4% 6.3% 6.4% 212 184 206 217 178 186 185 150 160 170 180 190 200 210 220 230 0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0% 14.0% 16.0% HB20130316SX-1 HB20130628SX JYX-M-13-01-25 JYX-M-13-04-01 PNSZXX2013004 XF20130412-1 XF20130412-2 甘油含量 平均分子量 回收液平均分子量下降将导致粘度偏低，为了是粘度符合进料检验指标，供

16、应 商会添加粘度调节剂。（甘油具有很强的吸湿特性） 表面干净 少量沉积大量沉积 无崩边轻微崩边严重崩边 92.54% 89.72% 87.89% 85.00% 86.00% 87.00% 88.00% 89.00% 90.00% 91.00% 92.00% 93.00% 好一般差 良率良率 1.26% 1.91% 3.05% 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% 2.50% 3.00% 3.50% 好一般差 崩边崩边 砂浆沉积严重的，产生的崩边量多切严重。砂 浆无沉积的崩边比砂浆沉积严重的高出近3%。 辅料类别 失效模式参考图示（图片）失效原因判定依据（检查内容）纠正措施

17、 钢线 钢线材质异 常断线 钢线质量问题,钢线的盘条 成分不纯,钢线中间有夹杂 物,造成钢线该点的抗拉强 度急剧下降 断头目视十分平整,并且断线 处钢线无卷曲.在SEM观察 下断头存在尖头状或是空洞 状.见左图 N/A 钢线质量问题,钢线表面存 在缺陷,存在裂纹或是分层. 使其抗拉强度急剧下降,会 在放线轮或是线网上断线. 断头附近目视情况下存在裂 纹和分层缺陷,如果裂纹小需 要在放大镜或是SEM下才能 观察到 N/A 钢线松散 法兰盘向外变形,钢线松散, 引起压线断线. 钢丝表面明显松散,尤其是靠 近法兰侧. 及时将此类钢线隔离， 更换新钢线后进行焊 线切割 压线/穿线 穿线断线,放线线头一

18、直压 在旁边的钢线的下面,钢线 被两根线夹着放出,导致进 入切割前被刮伤及疲劳损 伤. 线头被压在旁边的钢线下面, 用力可以拉出.切割室和滑轮 处都可以看到金色粉末.且收 线轮上的钢线基本呈弹簧状 卷曲 若发现时钢线仍可以 利用，需将穿线的部 分取出后视剩余刚线 的压线状况决定是否 继续使用 夹 杂 物 分 层 松散 穿线 辅料类别失效模式参考图示（图片）失效原因判定依据（检查内容）纠正措施 碳化硅 台阶线痕 砂浆综合切削性能 差 线痕线弓明显，切削力低下， 三种切割机理交替形成台阶 线痕 1、评估不同品牌砂浆切削效果， 及时更换切削性能较优的砂浆， 2、优化切割工艺试验砂浆性能 钢线钢线性能异常 1、钢线形变能力影响线网 的稳定性2、钢线椭圆度异 常 调整钢线性能指标或者更换钢线 品牌 碳化硅 出刀口密 线 SIC切割能力不足 SIC模量、圆度、纯度、硬 度指标异常 1、清空周转砂浆2、适当增加新 砂浆用量3、更换砂浆品牌 切割液 砂浆悬浮性（粘度） 异常 检