HCT多线切割工艺

多线切割机技术与应用摘要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。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。本文主要以HCT-B6多线切割机的工艺为主。关键词：多线切割、HCT； 太阳能电池：多晶硅；Multi-wirecuttingtechnologyandapplicationAbstractMulti-linecutthroughthemetalwireisahigh-speedreciprocatingmotion,theabrasivegrindingintotheareaofsemiconductorprocessing,semiconductorandotherbrittlematerialswillcutintohundredsofpiecesatonetimeanewsheetcuttingmethod・CNCcuttingmachinehasbeengraduallyreplacedthemoretraditionalinnercirclecutting,cuttingintothemainformofsilicon.Siliconisthesemiconductorandphotovoltaicmaterials,themainproductionareas.Multi-linewafercuttingtechnologyistheworld*smoreadvaneedsiliconprocessingtechnology,itsprincipleisthroughahighspeedsteelwireleadattachedtothewireonthecuttingedgeofthefrictionmaterialonthesiliconrodstoachievethecuttingeffect.Keywords：Multi-wirecuttingHCT目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 IABSTRACT I\o"CurrentDocument"第1章HCT多线切割机的构成及特点 2\o"CurrentDocument"1.1设备介绍 2\o"CurrentDocument"2设备构成 2\o"CurrentDocument"1.3设备特点 4\o"CurrentDocument"第2章切割技术工艺技术和应用 3\o"CurrentDocument"1切割液粘度 5\o"CurrentDocument"2.2钢线的切割工艺和影响工艺因素 5\o"CurrentDocument"2.3工艺中其他影响良品率的因素和解决方法 7\o"CurrentDocument"第3章多线切割的技术參数及讨论 6\o"CurrentDocument"1多种切割工艺的对比 8\o"CurrentDocument"3.2HCT-B6的工艺参数 9\o"CurrentDocument"3.3工艺试验结果 9\o"CurrentDocument"第4章多线切割的改进 8\o"CurrentDocument"第5章工艺总结及讨论 9參考文献 10致谢 错误!未定义书签。绪论多线切割机作为全新概念的新型切割设备，从20世纪60年代提出多线切割的概念到今天趋于完善己经经历了四十多年。限于当时技术水平和控制理念要用多线切割付诸于世的确会有相当大的难度，20世纪80年代中期世界上第一台可以使用的多线切割机问世。其中主要以机械结构为主，拉线张力控制赛用磁粉离合器，张力调节使用带减速器的交流电机，还配有庞大的齿轮减速箱和链条齿轮传输机结构，工作台驱动依靠舷码配重，电控主要是继电器和时间继电器。无论机构如何，但它毕竟是可以实用雏形多线切割机。此后1986-1987年是实验型的;1988-1990年是第二代。以后两三年都更新一代。今天市场上销售的己经是第九代第十代多线切割机。多线机切割晶片的弯曲度(bow)小，翘曲度(Warp)小，平行度(Tarp)好。总厚度公差小(TTV)小，片间切割损耗少，加工晶片表面损伤层浅，粗糙度小，切片加工出片率高，生产效率高，投资回报吕高。因此，应用多线切割机是发展规模化生产和提高生产效率的必然选择，使用多线切割机加工各类晶片是必然趋势，特别适用于太阳能光伏电池超薄机基片的批量加匚。进入21世纪技术进步和科技发展，现代多线切割机科技含量已与21世纪80年代不能同日而语，今天的多线切割机己经集成了现代制造技术、工艺技术、现代控制技术、现代传感技术和新型材料，例如交流伺服电机及驱动系统、工业控制计算机、运动控制卡及总线系统、主轴油雾润滑冷却及间隙密封单元、恒定张力快速走线等。由于以上系统的择优选用，使现代多线切割机适用于大直径IC硅片光伏电池衬底超薄片，神化稼、碳化硅、铤酸锂、光学玻璃等多种硬脆材料的切片加工。第1章HCT多线切割机的构成及特点1.1设备介绍瑞士HCT公司成立于1984年，正是多线切割机酝酿期，公司主攻多线切割机,10年磨一剑，10世纪90年代中期推出E400SD、E500SD、DNC900/G多种大型多线切割机迅速占领晶片切割市场。E500ED-8及E400E-12为300mm设备。公司推出的多线切方机可同时切方晶锭525根，适用于太阳能光伏电池准方片的晶锭刨方加工。1.2设备构成HCT-B6多线切割机由切割室、两个放线室、基台、浆料缸、配电室、气压仓6部分组成。切割室是主要有4个橡胶导轮和线网构成，线网是绕在导轮上，处在基台下方。导轮长度为lni40cm,切割时，切割室的4个导轮带动线网高速旋转。放线室由放线轮、收线轮和滑轮组组成。浆料缸是在机器后部，为了在机器底部形成一个回流槽.然后由机器上方的气压仓将底部的浆料抽到上方的喷嘴处，流下的浆料乂回流进回流槽，再回到浆料缸。浆料缸中有过滤网，可过滤出切割杂质。1.3设备特点太阳能硅片的线切割机理就是机器导轮在高速运转中带动钢线，从而由钢线将聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区，在钢线的高速运转中与压在线网上的工件连续发生摩擦完成切割的过程。HCT-B6具有以下特点（1）hct-b6多线切割设备集成了化学、物理、机械、电气等方面技术。（2） 拥有高精度4轴排线导轮驱动装置技术。增人了切割能力。（3） 切割进给伺服系统。配合线丝张力自动控制系统的作用，保证在不断丝条件下实现切割的高效性。（4） 使用浆料回收系统，浆料可直接从浆料缸取出回收利用。节省了大部分的浆料成本。（5） 片厚平均厚度误差小，适合大规模制造。第2章切割技术工艺技术和应用2.1切割液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18o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，所以切割液的粘度乂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,不能将温度降下來而造成灼伤片或者出现断线，因此切割液的粘度乂确保了整个过程的温度控制。3、 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。而砂浆的粘度乂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、 砂浆的流量在钢线在高速运动中，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、英至是机器报警。2.2钢线切割工艺和影响因素〈1〉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，切出來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。<2）由于HCT-B6是属于双线走向型，所以在钢线速度上必须根据客户需求对线速要求也不同。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圉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，就会出现线痕片其至断线；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，从而出现厚薄片其至线痕片等。目前，HCT级型可保持平均13m/s的线速。〈3〉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、其至断线的重要原因。钢线切割线图，1为放线轮、2为进线口、3为导轮、4是基台（装有硅块）、5是出现口、6是收线轮1、 开始布线时，在线网中会留有旧线与新线的线结；当线网中留有布线中的线结时，刚开始不能开启大于13N的张力。等跑线完成后，确认线结位置；将线结附近的钢线剪去，流下一个出线口的线直接绕在收线轮上。若张力过大，跑线结的同时容易被扯断。2、 切割时的张力大小也会影响硅片的良品率。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。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，并且断线的儿率很大。2.3工艺中其他的影响良品率因素和解决方法1、 导轮的工作情况一定要注意。导轮上一旦出现杂质，就会在线网中引起跳线，断线。所以在布线前一定要用气枪吹干净导轮表面。若布线完成后没开砂浆时检查发现有跳线时，检查是否有杂质或导轮是否有损坏，进一步排除问题。若砂浆后的热机过程中发现跳线，检查回流缸中的过滤网是否损坏或没有及时清洗。2、 滑轮切割前一定得检查好，做好切完两次就换滑轮。若检查时发现有切透的滑轮时及时更换，滑轮处的轴承是否松动；滑轮的凹槽是否有杂质或沙子。一旦发现立即更换。3、 切割室的过滤网、上下层的浆料喷嘴、回流缸中的过滤网都需要在切割完成后及时的清洗。清除那些掉下來的碎硅片，除去过滤的杂质。清洗后一定要吹干。因为水会和浆料反应，使浆料会变硬，变成一些硬的小颗粒。影响切割质量。共至引起断线事故。4、 切割前一定要对硅块表面和托板进行检查，去除硅块表面的粘胶和污垢（硅块上有多余粘胶的地方最好用刀片刮去），保证无杂质后检查托板中凹槽内是否堵塞。一切正常后方可上硅块。5、 切割中冷却水不足或气压不足引起报警时，除了开启补水装置或加压装置外，对于切割中的浆料供给也要先打开。保证钢线上的浆料密度。6、停机事故排除后，不要立即去开启切割。先让切割线低速走儿秒，再开始切割。第3章多线切割的技术参数及讨论3.1多种切割工艺对比太阳能硅片目前常规的切割方法主要由：内圆切割(IDsaw)和多线切割(Wiresaw)o作为目前硅片切割主流技术的多线切割，被多数应用在工业生产规格适中的硅片。国外己有报道低速走丝电火花切割(LSWEDM)o实验结果表明,电阻率在20Q・cm—下的多晶硅片具有可加工性。表一列出了了上述3种方法切割硅片的性能对比。WiresawIDsawLSWEDM切割原理磨料研磨金刚石沉积刀片火花放电表面结构切痕剥落放电凹坑损伤层厚度/Um25、3535~4015~25切割效率/(mm•min)30~50(单片)20~4045~65硅片最小厚度250350250适合硅片尺寸300200200硅片翘曲轻微严重轻微切割损耗150^210 300^500 280^290（丝径250）由表一可以看出，LSWEDM方法在硅片最小切割厚度及翘曲方面具有较大的优势。但目前的LSWEDM的研究均是针对较低电阻率进行的。很难再工业生产中实现。根据现在太阳电池片的市场行情看，大规模低成本的工艺生产才能符合客户需要。故多线切割是占国际市场的主导领域。3.2HCT-B6的工艺参数多线切割工艺比较复杂，影响片厚和质量的因素有很多。槽距、线径、砂浆的密度、线速、切割距离等等。在试验中釆用360槽距的导轮、线径120Um.总长度450km钢线、300um/min的台速、线速12.3m/s,满载切割距离170mm,片厚200Umo3.3工艺试验结果根据以上工艺参数和工艺步骤，通过各种性能测试，结果为下表。机台号123456良品率83.4%86.5%89.9%91.2%88.0%85.2%第4章 多线切割的改进多线切割机所釆用的技术可以概括为以下儿方向：（1） 高精度三轴或四轴排线导轮驱动装置技术。（2） 线丝张紧力自动控制系统技术。线丝张紧力保持一定张力，是保证切割表面质量的主要因素。（3） 切割进给伺服系统。配合线丝张力自动控制系统的作用，保证在不断