硅片(多晶硅)切割工艺及流程

Xinyu College 毕业设计（论文）（ 2010 届）题 目 硅片（多晶硅）切割工艺及流程学 号 0810028061姓 名 肖吉荣所 属 系 太阳能科学与工程系专 业 光伏材料加工与应用技术班 级 08 光伏（ 8）班指导教师 陈勇新余高等专科学校教务处制硅片（多晶硅）切割工艺及流程I 硅片（多晶硅）切割工艺及流程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；硅片（多晶硅）切割工艺及流程II 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 录摘要 . IABSTRACT . II第 1 章 光伏产业的发展现状及趋势 . 21 .1 国际光伏产业的现状 . 11 .2 国内光伏产业的现状 . 错 误！未定义书签。1 .3 未来的发展趋势及展望 .1第 2 章 多线切割 . 错 误！未定义书签。2 .1 多线切割技术的发展历史 . 错 误！未定义书签。2 .2 多线切割机的基本介绍 . 错 误！未定义书签。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 3 章 硅片切割机的工作原理及结构 . 错 误！未定义书签。3 .1 基本结构 . 错 误！未定义书签。3 .2 工作原理 . 错 误！未定义书签。第 4 章 硅片切割工艺及流程 . 错 误！未定义书签。4 .1 切割工艺 . 错 误！未定义书签。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 124.1.5 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 . 错 误！未定义书签。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 104.2.5 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 5 章 切片切割操作中遇到的问题及解决方案 . 错 误！未定义书签。5 .1 跳线的产生 错 误！未定义书签。5 .2 断线的原因分析及解决 错 误！未定义书签。5 .3 线痕的产生 错 误！未定义书签。5 .4 切片操作过程中的注意事项 错 误！未定义书签。结 论 . 错 误！未定义书签。参考文献 . 28致 谢 . 29附 录 . 错 误！未定义书签。硅片（多晶硅）切割工艺及流程1 第 1 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。 2006 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2 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。 2009 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硅片（多晶硅）切割工艺及流程3 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。硅片（多晶硅）切割工艺及流程4 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，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。硅片（多晶硅）切割工艺及流程5 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。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、美国硅片（多晶硅）切割工艺及流程6 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。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。最新开工的项目则硅片（多晶硅）切割工艺及流程7 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硅片（多晶硅）切割工艺及流程8 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。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硅片（多晶硅）切割工艺及流程9 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。硅片（多晶硅）切割工艺及流程10 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。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硅片（多晶硅）切割工艺及流程11 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）切割机硅片（多晶硅）切割工艺及流程12 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）切割机的基本介绍硅片（多晶硅）切割工艺及流程13 多线切割机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（多晶硅）切割工艺及流程14 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。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。硅片（多晶硅）切割工艺及流程15 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， 这样有助于硅片（多晶硅）切割工艺及流程16 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 主要参数左上钢线张力右上钢线张力23N 23N 左下钢线张力右下钢线张力硅片（多晶硅）切割工艺及流程17 20N 20N 工作台台速马达转速300um/min 1700rpm 硅锭尺寸一般热机时间169.0mm 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， 即要求切割硅片（多晶硅）切割工艺及流程18 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）硅片（多晶硅）切割工艺及流程19 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。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；硅片（多晶硅）切割工艺及流程20 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。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。硅片（多晶硅）切割工艺及流程21 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。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。硅片（多晶硅）切割工艺及流程22 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硅片（多晶硅）切割工艺及流程23 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硅片（多晶硅）切割工艺及流程24 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。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。硅片（多晶硅）切割工艺及流程25 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