对改造的多线切割机金钢切硅片的研究

理 论 广 角332 科 技 博 览China science and Technology Review1 引言 目前 , 半导体材料广泛地应用于各种微电子领域 , 如计算机系统、 电子通讯设备、 汽车、 消费电子系统和工业自动控制系统等 , 而绝大多数的半导体材料是采用硅晶片。 切片是把单晶硅由硅棒变成硅片的一个重要工序 , 切片质量的好坏直接影响着后续工序的工作量和成本。 近年来， 世界各国大力投入研究开发，新工艺、 新设备不断涌出。 金刚石线锯系 （金刚切） 为通过电镀或树脂的方式将金刚石颗粒固结镶嵌在钢丝表面的镀层上制成的一种线锯。 相对于迄今为止普遍应用于太阳电池硅片生产的砂浆线锯切割技术而言， 金刚切技术具有切割效率高 [1] 、精度高、 环境负荷低、 切割硅粉易回收、 硅片表面机械损伤浅 [2-4] 等优对改造的多线切割机金钢切硅片的研究※赵 亮 1 麦 巍（ 1. 锦州阳光能源有限公司 辽宁 锦州 121016 ）[ 摘 要] 金刚石线锯是未来切割技术的必然发展趋势。 在本文中， 通过改造原有的传统砂浆切割机型石井 IST500来实现金刚石线锯技术的推广， 并且以金刚切专用机 PV500作为对比对象。 在硅片厚度、 TTV方面， 指出改造机型石井更有优势； 在硅片等级分布方面 （完整片数和 A率） ， 虽改造机型石井不及金刚切专用机 PV500， 但差别不大。 从整体上来讲， 已成功实现传统砂浆切割机型石井设备的改造。[ 关键词] 金刚线切割； 设备改造； 厚度； TTV； 等级分布中图分类号 :P618 文献标识码 :A 文章编号 :1009-914X(2015)04-0332-02的中间位置， 减少了末端的电压降。由于滑接输电导体采用高绝缘强度、 耐高温的保护外壳， 能适应冰冻、 雨雪、 一般导电粉尘污染的环境， 提高了设备的安全性。 由于双头集电器采用空间5个自由度、 挠性绞接， 弥补了运行误差和运行冲击， 使接触压力恒定， 能有效地抑制接触电弧。 滑动接触部分采用复合不锈钢材料， 延长了使用寿命， 提高了设备的可靠性。 同时由于该滑触线具有良好的散热结构和导电率， 允许经济电流密度高， 提高了设备运行的经济性。问题八： 斗轮堆取料机尾车液压系统斗轮堆取料机投尾车采用双作用液压缸 , 由于升降过程中两个液压缸不同步 , 出现尾车钢架横向工字钢多次断裂 , 尾车臂架出现扭转变形现象。 表现为尾车臂架起升时 , 则左侧液压缸先起升 100多毫米后 , 保持这一高差状态两液压缸同步升高 , 上升快到位时 , 左侧液压缸停止 , 右侧液压缸继续升高直到两侧液压缸调平 ; 下降过程开始时右侧液压缸先下降 100 多毫米 , 然后保持这一高差同步下降。 当右侧臂架与支座接触后 , 左侧仍继续下降 , 直到左侧落到支座上为止。改造实施， 斗轮堆取料机尾车变幅液压缸系统把斗轮机尾车液压缸由双作用改为单作用， 由于液压缸的活塞上升作用面积大于下降作用面积 , 一般密封件损坏窜油 , 只会在升降操作时发生 , 只要液压缸上下腔四个液控单向阀关闭后 , 使用中尾车臂架高度是可以保持不降的。 采用单作用液压缸接法下降时 , 系统压力油只用来打开四个锁 , 因而有足够的压力保证四个液控单向阀始终可靠开启 , 液压缸活塞杆受尾车重力作用下降 , 此时的液压缸相当于液压缓冲器 , 由于单作用工作时液压缸有很好的自平衡能力 , 因此 , 对两个回油节流阀没必要进行过细的调整。另外 , 因为两个液压缸对臂架的反作用力是来自于臂架重力 , 所以尾车钢架结构不再会产生刚性变形及损坏。 根据这个思路 , 我们在不更换液压缸的情况下 , 只对液压站与液压缸之间的连接管线进行改变 , 把尾车变幅液压缸由双作用液压缸改单作用液压缸形式 , 彻底解决了斗轮机尾车臂架升降不同步问题结语斗轮堆取料机通过改造后大幅度降低日常维护费用及材料、 备件消耗， 使堆取料机整体运行安全稳定， 工作效率明显提高， 为企业的安全生产、 节能降耗作出了贡献。参考文献[1] 王学龙， 李淑芬， 赵健 . 堆取料机干油润滑系统的改造.[2] 莫剑 . 斗轮堆取料机电气改造 [J]. 电力安全技术 ,2002.2.图 2 硅片厚度测试仪和测试位置Fig.2 The silicon wafer thickness tester and test location图 1 硅片的取样方式Fig.1 The sampling way of silicon wafers线速 (m/min) 新线进给量 (m) 周期 钢线用量 (m/片 ) PV500 800 23 1.5 4.0 石井 750 23 0.65 5.5 表 1 切割机石井和 PV500工艺参数Table 1 The technical parameters of ShiJing and PV500 cuttingmachine333科 技 博 览理 论 广 角China science and Technology Review点， 受到光伏业界普遍关注， 有望成为未来硅片切割生产的主流技术。 但是随着国外 “双反” 的持续， 降低成本和减少资金投入是光伏企业的首选， 因此把现有切割设备改造成金刚线切割机就变得势在必行。在本文中， 介绍改造砂浆切割机石井 IST500设备 （石井） 的工艺参数 (树脂金刚石线锯 )， 并且以金刚切专用机 PV500（ PV500） 所切割硅片作为对比对象，通过检测切割机石井设备切割的金刚切硅片厚度、 总厚度偏差 （ TTV） 和良品率， 来验证石井 IST500设备改造成果。2 样品的制备与检测利用切割机石井和 PV500分别切割了一根硅棒， 其切割机石井与 PV500的主要切割工艺参数如表 1所示：为了掌握整根硅棒硅片厚度与 TTV变化趋势， 且考虑到检测工作强度， 将硅片在硅棒中的排列顺序保持不变， 从头至尾每隔 3片抽出一张， 按照抽出的先后顺序排列， 如图 1所示。 利用星位仪 MS203中 5点测试法检测了抽样硅片的厚度， 如图 2所示。3 结果与讨论3.1 硅片厚度和 TTV硅片厚度的均匀性是评定切割技术的重要指标之一， 也是金刚线切割技术优于传统砂浆切割技术的一个重要方面。 图 3为切割机 PV500和石井切割硅片抽检测试图。 从图 3可以知道， 切割机 PV500切割硅片的厚度主要分布在 205-212um之间， 切割机石井切割硅片的厚度主要分布在 194-200um之间。 对比图3左右两幅图可以看出， 在硅片厚度方面， 切割机石井已经达到金刚线专用机PV500水平。总厚度偏差 （ TTV） 是检测硅片厚度一致性的方法， 也是评定切割技术的重要指标之一。 图 4是切割机 PV500和石井切割硅片抽检结果图。 从图 4可以知道，切割机 PV500切割硅片的 TTV主要分布在 2-7um之间， 切割机石井切割硅片的TTV主要分布在 2-8um之间。为了更好地对比， 清晰的展示出切割机 PV500和石井在硅片厚度和 TTV上的差异， 对抽检的数据进行处理， 在厚度极差、 TTV极差、 厚度离散系数和 TTV平均值方面展示切割机 PV500和石井在硅片厚度和 TTV上的差异， 其结果如表2所示。 由表 2可知， 切割机石井所切硅片在 TTV极差、 厚度离散系数和 TTV平均值方面的数值都小于切割机 PV500的， 这说明在硅片厚度方面， 切割机石井所切硅片虽有极个别或厚或薄， 但是整体上切割硅片厚度水平要好于金刚线专用机 PV500水平。3.2 硅片等级分布硅片等级分布的好坏是评定切割技术最重要的指标之一， 而 A率 （良品率）和完整片率又是影响等级分布的重要因素， 由此可见 A率和完整片率的重要性。 表 3是切割机 PV500和石井硅片等级分布的对比表， 从表中可知， 无论是在完整片率和 A率方面， 切割机石井的数值都小于切割机 PV500的。 这说明在完整片率和 A率方面， 切割机石井的切割能力不及金刚切专用机 PV500。 但因二者数值相差较小， 且随着对切割机石井设备改造的不断完善， 其切割能力会越来越强。4 结论在本文中， 首先在硅片厚度和 TTV方面与金刚切专用机 PV500进行对比，可以看出改造机型石井所切硅片在这两方面要更好一些； 其次从两机型硅片等级分布看出， 虽然改造机型石井的硅片等级分布情况不及金刚切专用机PV500， 但其二者差别不大， 且随着对切割机石井设备改造的不断完善， 其切割能力会越来越强。 从整体上来看， 已成功实现传统砂浆切割机型石井设备的改造。参考文献[1] Yu X,Wang P,Li X,et al.Thin Czochralski Silicon Solar CellsBased on Diamond Wire Sawing Technology[J].Solar Energy MaterialsAnd Solar Cells,2012,98:337-342 ．[2] Holt A,Thogersen A,Rohr C,et al.Surface Structure of Mono-crystalline Silicon Wafers Produced by Diamond Wire Sawing And byStandard Slurry Sawing before And after Etching in Alkaline Solutions[C].Photovoltaic Specialists Conference(PVSC),2010 35th IEEE.Honolulu,HI,USA,2010:003501-003504 ．[3] Cai E,Tang B,Fahrner W,et al.Characterization of the Sur-faces Generated by Diamond Cutting of Crystalline Silicon[C].26thEuropean Photovoltaic Solar Energy Conference And Exhibition.Hamburg,Germany,2011:1884-1886．[4] Watanabe N,Kondo Y,Ide D, et al.Characterization of Poly-crystalline Silicon Wafers for Solar Cells Sliced with Novel Fixed-Abrasive Wire[J].Progress in Photovoltaics: Research And Applications,2010,18(7):485-490 ．图 4 切割机 PV500和石井硅片 TTVFig.4 The silicon wafer TTV of PV500 and ShiJing cutting machines完整片率 A 率 B 率 C 率 D 率 PV500 97.01% 95.87% 0.70% 0.44% 0 石井 96.64% 92.97% 0 3.46% 0.21% 表 3 对比切割机 PV500和石井硅片等级分布Table 3 Comparing PV500 and ShiJing cutting machines on gradedistribution of silicon wafers厚度极差 TTV 极差 厚度离散系数 TTV 平均值 PV500 10.866 9.8 0.0083 4.3455 石井 11.014 9.34 0.0073 4.0892 表 2 对比切割机 PV500和石井硅片厚度和 TTVTable 2 Comparing PV500 and ShiJing cutting machines onthickness and TTV of silicon wafers图 3 切割机 PV500和石井硅片厚度Fig.3 The silicon wafer thickness of PV500 and ShiJing cutting machines