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        硅片多線切割技術詳解
        2012/5/17

        硅片是半導體和光伏領域的主要生產材料。硅片多線切割技術是目前世界上比較先進的硅片加工技術,它不同于傳統的刀鋸片、砂輪片等切割方式,也不同于先進的激光切割和內圓切割,它的原理是通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料對硅棒進行摩擦,從而達到切割效果。在整個過程中,鋼線通過十幾個導線輪的引導,在主線輥上形成一張線網,而待加工工件通過工作臺的下降實現工件的進給。硅片多線切割技術與其他技術相比有:效率高,產能高,精度高等優點。是目前采用最廣泛的硅片切割技術。 

        多線切割技術是硅加工行業、太陽能光伏行業內的標志性革新,它替代了原有的內圓切割設備,所切晶片與內圓切片工藝相比具有彎曲度(BOW)、翹曲度(WARP)小,平行度(TAPER)好,總厚度公差(TTA)離散性小,刃口切割損耗小,表面損傷層淺,晶片表面粗糙度小等等諸多優點。

        太陽能硅片的線切割機理就是機器導輪在高速運轉中帶動鋼線,從而由鋼線將聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂漿送到切割區,在鋼線的高速運轉中與壓在線網上的工件連續發生摩擦完成切割的過程。

        在整個切割過程中,對硅片的質量以及成品率起主要作用的是切割液的粘度、碳化硅微粉的粒型及粒度、砂漿的粘度、砂漿的流量、鋼線的速度、鋼線的張力以及工件的進給速度等。

        一、切割液(PEG)的粘度

        由于在整個切割過程中,碳化硅微粉是懸浮在切割液上而通過鋼線進行切割的,所以切割液主要起懸浮和冷卻的作用。

        1、切割液的粘度是碳化硅微粉懸浮的重要保證。由于不同的機器開發設計的系統思維不同,因而對砂漿的粘度也不同,即要求切割液的粘度也有不同。例如瑞士線切割機要求切割液的粘度不低于55,而NTC要求22-25,安永則低至18。只有符合機器要求的切割標準的粘度,才能在切割的過程中保證碳化硅微粉的均勻懸浮分布以及砂漿穩定地通過砂漿管道隨鋼線進入切割區。

        2、由于帶著砂漿的鋼線在切割硅料的過程中,會因為摩擦發生高溫,所以切割液的粘度又對冷卻起著重要作用。如果粘度不達標,就會導致液的流動性差,不能將溫度降下來而造成灼傷片或者出現斷線,因此切割液的粘度又確保了整個過程的溫度控制。

        二、碳化硅微粉的粒型及粒度

        太陽能硅片的切割其實是鋼線帶著碳化硅微粉在切,所以微粉的粒型及粒度是硅片表片的光潔程度和切割能力的關鍵。激光劃片機、粒型規則,切出來的硅片表明就會光潔度很好;粒度分布均勻,就會提高硅片的切割能力。

        三、砂漿的粘度

        線切割機對硅片切割能力的強弱,與砂漿的粘度有著不可分割的關系。而砂漿的粘度又取決于硅片激光劃片機切割液的粘度、硅片切割液與碳化硅微粉的適配性、硅片切割液與碳化硅微粉的配比比例、砂漿密度等。只有達到機器要求標準的砂漿粘度(如NTC機器要求250左右)才能在切割過程中,提高切割效率,提高成品率。

        四、砂漿的流量

        鋼線在高速運動中,要完成對硅料的切割,必須由砂漿泵將砂漿從儲料箱中打到噴砂咀,再由噴砂咀噴到鋼線上。砂漿的流量是否均勻、流量能否達到切割的要求,都對切割能力和切割效率起著很關鍵的作用。如果流量跟不上,就會出現切割能力嚴重下降,導致線痕片、斷線、甚至是機器報警。

        五、鋼線的速度

        由于線切割機可以根據用戶的要求進行單向走線和雙向走線,因而兩種情況下對線速的要求也不同。單向走線時,鋼線始終保持一個速度運行(MB和HCT可以根據切割情況在不同時間作出手動調整),這樣相對來說比較容易控制。目前單向走線的操作越來越少,僅限于MB和HCT機器。

        雙向走線時,鋼線速度開始由零點沿一個方向用2-3秒的時間加速到規定速度,運行一段時間后,再沿原方向慢慢降低到零點,在零點停頓0.2秒后再慢慢地反向加速到規定的速度,再沿反方向慢慢降低到零點的周期切割過程。在雙向切割的過程中,線切割機的切割能力在一定范圍內隨著鋼線的速度提高而提高,但不能低于或超過砂漿的切割能力。如果低于砂漿的切割能力,就會出現線痕片甚至斷線;反之,如果超出砂漿的切割能力,就可能導致砂漿流量跟不上,從而出現厚薄片甚至線痕片等。

        目前MB的平均線速可以達到13米/秒,NTC達10.5-11米/秒。

        六、鋼線的張力

        鋼線的張力是硅片切割工藝中相當核心的要素之一。張力控制不好是產生線痕片、崩邊、甚至短線的重要原因。

        1、鋼線的張力過小,將會導致鋼線彎曲度增大,帶砂能力下降,切割能力降低。從而出現線痕片等。

        2、鋼線張力過大,懸浮在鋼線上的碳化硅微粉就會難以進入鋸縫,切割效率降低,出現線痕片等,并且斷線的幾率很大。

        3、如果當切到膠條的時候,有時候會因為張力使用時間過長引起偏離零點的變化,出現崩邊等情況。

        MB、NTC等線切割機一般的張力控制在送線和收線相差不到1,只有安永的相差7.5。

        七、工件的進給速度

        工件的進給速度與鋼線速度、砂漿的切割能力以及工件形狀在進給的不同位置等有關。工件進給速度在整個切割過程中,是由以上的相關因素決定的,也是最沒有定量的一個要素。但控制不好,也可能會出現線痕片等不良效果,影響切割質量和成品率。

        總之,太陽能硅片線切割機的操作,是一個經驗大于技術流程與標準的精細活。只有在實際操作中,不斷總結與探討,才能對機器的駕馭游刃有余。



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