本發(fā)明涉及多線切割太陽能級硅片的方法，特別是一種電鍍金剛線高效切割硅片的方法。

背景技術(shù)：

太陽能是一種可再生的清潔能源，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，光伏發(fā)電就是最重要的領(lǐng)域之一，根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。硅片是太陽能電池的重要組成部分，目前硅片的制備工藝幾乎都是采用一種多線切割的方法將晶體硅棒切割成所需厚度的硅片。多線切割主要由兩大切割組成：(1)游離磨粒切割，即用細絲鋼線帶動直徑為8-20um的sic漿液，實現(xiàn)對晶體硅的磨削切割，又稱砂線切割；(2)固結(jié)磨粒切割，即先給細絲鋼線上電鍍一層直徑8-16um或6-12um的金剛石微粒，然后用電鍍好的細線切割晶體棒，又稱金剛線切割。隨著技術(shù)的改進，市場需求越來越大，砂線切割效率低，且切割工藝過程中使用的油霧對環(huán)境造成嚴重的污染，因此砂線切割已經(jīng)逐漸被淘汰。金剛線切割由于切割效率高，成本低，環(huán)保壓力小而迅速受到市場青睞。然而，采用現(xiàn)有的金剛線及切割工藝，每切割一個工件，所需要的時間為3-4小時，這無論是從企業(yè)自身盈利方向，還是從市場需求來看，效率還是不能滿足要求。

中國專利文獻cn104476686b公開了一種使用超高密度金剛石線切割太陽能級硅片的方法，其包括如下步驟：(1)粘棒固定；(2)安裝超高密度金剛石線；(3)線切；(4)清洗檢測。該專利采用超高密度金剛石線切割太陽能級硅片，提高硅片質(zhì)量和設(shè)備產(chǎn)能，然而該專利切割一個工件需要3小時左右，生產(chǎn)效率低，不能滿足市場需求。

中國專利文獻cn106217665a公開了一種超細鋼線切割超薄硅片方法，其包括如下步驟：(1)主軸開槽；(2)粘棒；(3)配置冷卻液；(4)切割；(5)下料；(6)脫膠、清洗；(7)檢測。該專利采用60um母線金剛線在日本安永tv600最新切片機型上切割，線速1600m/min，主切割速度1.1-1.3mm/min，推算切割時間為2.5小時左右。盡管切割時間有所縮短，但依照本發(fā)明觀點來看，還是很慢；同時需要指出的是，該機型的各項參數(shù)比目前行業(yè)主流機型高很多(例如線速度1200m/min低于該機型的1600m/min)，如果按該專利方法在普通機型上應(yīng)用則切割時間可能會達到3.5小時左右。

目前市場上的電鍍金剛線在保證產(chǎn)品品質(zhì)不受影響的情況下，不能在2小時以內(nèi)完成對8.4inch、650-700mm長晶體硅棒的順利切割。主要原因是金剛線高效切割要縮短時間，就必須要提高切割速度，從而帶來很大的線弓，到設(shè)備最大行程時(切割結(jié)束時)線弓依然較大，進而導(dǎo)致切不透，最終需要通過增加更多新線量供給、更多切割時間才能完成剩余切割，為避免線弓大帶來的這種不利，通常的做法就是采用低切割速度或者增加更多的新線供給量。帶來結(jié)果：延長切割時間，增加了金剛線整體行程，從而增加了斷線風(fēng)險，帶來硅片表觀質(zhì)量下降，成本增加，成品率下降。本發(fā)明依據(jù)對切割機理、線弓形成的新穎觀點設(shè)計切割方法，所述切割方法是將開始切割、結(jié)束切割的切割速度提高為現(xiàn)在的2-3倍，目的是快速形成線弓，以便能夠發(fā)揮金剛線切割力，這樣能夠在1.5-2h內(nèi)完成對8.4inch、650-700mm長硅棒的加工；同時，所述切割方法將冷卻液在開始切割時調(diào)節(jié)到最小或者關(guān)掉，待切割到硅棒一定深度后，再調(diào)節(jié)流量到合適大小開始切割，此方法能夠防止剛開始切割時冷卻液對金剛線的擾動，導(dǎo)致切割硅片品質(zhì)差。依照本發(fā)明方法能夠大幅提高產(chǎn)能，改善品質(zhì)，降低成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中電鍍金剛線切割硅片效率低的問題，本發(fā)明提供一種電鍍金剛線高效切割硅片的方法。采用本發(fā)明切割方法能夠在2h以內(nèi)完成對8.4inch、650-700mm晶體硅棒的順利切割。

術(shù)語解釋：

ttv：totalthicknessvariation縮寫，單張硅片上各個測試點厚度的最大厚度值與最小厚度值的差值。

破斷張力：金剛線在靜態(tài)拉力試驗機上，被拉斷時的力。

切割張力：金剛線以螺旋方式纏繞在切割主輥上，切割時給張力控制器設(shè)定一定的力，且切割張力＜破斷張力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種電鍍金剛線高效切割硅片的方法，包括如下步驟：(1)粘棒，(2)上料，(3)配制切割液，(4)切割，(5)下料，(6)脫膠、清洗，(7)檢測、包裝；

所述步驟(1)粘棒：將燕尾與樹脂板、樹脂板與硅棒用粘膠粘接；

所述步驟(2)上料：將步驟(1)中粘接成的整體通過燕尾裝到上下料工裝上，送入切片機；

所述步驟(3)配制切割液：將切割液、消泡劑、水按照質(zhì)量比為1∶1∶200～1∶0.5∶350混合均勻后，倒入切割液缸中；

所述步驟(4)切割：所述切割由切割機架帶動硅棒向電鍍金剛線網(wǎng)移動，同時主輥帶動電鍍金剛線網(wǎng)作往復(fù)運動實現(xiàn)切割，所述電鍍金剛線上金剛石顆粒密度200-350顆/mm，切割過程中，電鍍金剛線的切割張力為6-16n，電鍍金剛線的線速度為1200-1800m/min，工件切割速度為0.8-3.5mm/min，切割液溫度為18-23℃，切割過程中，電鍍金剛線采用逐漸遞進法或先反向供給后正向供給的方式。

進一步，所述切割速度分為三部分：進刀切割速度為1.5-3.5mm/min，主切割速度為2-3.5mm/min，出刀切割速度為0.8-1.0mm/min。

本發(fā)明認為多線切割硬脆材料，對于切割工具—金剛線來說，如果要形成切入深度，那么線弓的存在正是金剛線發(fā)揮切割能力的必需條件。換句話說，對于金剛線切割過程中，當(dāng)沒有線弓存在時，也就沒有切割能力，也就不存在去除材料的過程。所以本發(fā)明認為要想切割的快，需要讓金剛線從切割一開始(進刀)形成較大的線弓，以及切割即將結(jié)束具有較大線弓(出刀)，即進刀速度與出刀速度至少是現(xiàn)在技術(shù)中切割速度的2倍。

剛開始切割的進刀切割速度設(shè)定為1.5-3.5mm/min，能夠在短時間內(nèi)快速形成線弓，硅棒受到金剛線向上的力就會增強；出刀切割速度設(shè)定為0.8-1.0mm/min，在出刀時，硅棒受到鋼線足夠向上的力，能夠彌補一部分舊線出刀切割力，保證順利切透。尤其當(dāng)金剛線越來越細時，硅棒就更加需要更多的力，才能發(fā)揮出金剛線更多的切割力。

進一步，開始切割前，調(diào)節(jié)冷卻液流量到10-30l/min，優(yōu)選為0-1l/min，上述流量對應(yīng)切割深度設(shè)定為1-10mm；當(dāng)切割達到設(shè)定位置時，將冷卻液流量調(diào)節(jié)到130-170l/min。

現(xiàn)有的多線切割均是在循環(huán)流動冷卻液環(huán)境中實施切割的，切割線網(wǎng)是指在主輥上兩兩相隔0.2-0.3mm螺旋纏繞而形成的，通常是冷卻液連續(xù)流到線網(wǎng)上，再開啟機器來切割的，由于金剛線直徑一般在60um-90um，非常容易受到液體表面張力的擾動，導(dǎo)致未切入硅棒中的金剛線間距不一致，從而引起切割的硅片厚度差異很大，影響硅片成品率。

先切割，再冷卻：開始切割前，先調(diào)節(jié)冷卻液到最小值或者關(guān)掉，切割深度設(shè)定為1-10mm，進行無循環(huán)冷卻液切割，當(dāng)切割到設(shè)定位置時，將冷卻液流量調(diào)節(jié)到通常流量大小，即130-170l/min，開始進行循環(huán)冷卻切割，上述設(shè)計能夠有效解決進刀時硅片表觀質(zhì)量問題，表觀質(zhì)量問題主要是硅片厚度不均問題，采用本發(fā)明方法，在切割190um厚硅片時，能夠?qū)⒑穸炔▌臃秶鷱?70-230um，有效改善為190±2um，進而有效提高硅片成品率。

進一步，所述逐漸遞進的切割方法為金剛線以往復(fù)切割方式從主輥的頭端向著末端先行走，所述每個往復(fù)循環(huán)中，頭端向著末端行走的電鍍金剛線的數(shù)量大于末端向著頭端行走的電鍍金剛線的數(shù)量。

進一步，所述先反向進給→后正向進給的進給方式為電鍍金剛線以往復(fù)切割方式從主輥的末端向著頭端先行走，當(dāng)電鍍金剛線切入工件位置一定距離后，金剛線又以往復(fù)切割方式從主輥的頭端向著末端行走，所述每個往復(fù)過程金剛線在主輥的槽里都是螺旋行進。所述反向進給所需電鍍金剛線總量小于等于正向進給所需電鍍金剛線總量。

進一步，所述電鍍金剛線直徑為50-80um，電鍍金剛線破斷張力為10-23.5n，電鍍金剛線上金剛石顆粒直徑為5-16um，金剛石顆粒出刃高度4-7um。

進一步，所述電鍍金剛線上金剛石顆粒直徑為8-16um，優(yōu)選為7-14um，進一步優(yōu)選為6-12um，更進一步優(yōu)選為6-8um。

進一步，所述電鍍金剛線的線速度優(yōu)選為1200-1500m/min，更優(yōu)選為1400-1500m/min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明闡述了與常規(guī)認識完全不同的線弓形成觀點，按照本發(fā)明觀點設(shè)定的切割工藝，增加進刀切割速度、出刀切割速度，根據(jù)切割中線弓大小變化，設(shè)定過渡切割位置與切割速度，保證線弓在結(jié)束切割時能夠較快的恢復(fù)到接近水平位置，即保證切透。采用如此設(shè)定的切割工藝能夠在1.5-2h內(nèi)完成對8.4inch、長650-700mm晶體硅棒的順利切割，切割時間降低為現(xiàn)在的一半，實現(xiàn)大幅度提高切割設(shè)備單位時間的產(chǎn)能，有效降低生產(chǎn)成本。

(2)本發(fā)明在開始切割前，先調(diào)節(jié)冷卻液到最小值或者關(guān)掉，當(dāng)切割到設(shè)定位置時，將冷卻液流量調(diào)節(jié)到通常流量大小，再開始切割，上述設(shè)計能夠有效解決硅片在進刀時出現(xiàn)的厚度不均問題，有效改善品質(zhì)，提高硅片成品率。

(3)本發(fā)明采用直徑為50-80um的電鍍金剛線作為切割線，電鍍金剛線破斷張力為10-23.5n，所述電鍍金剛線上金剛石顆粒密度200-350顆/mm，金剛石顆粒直徑為5-14um，金剛石顆粒出刃高度4-6um。選用這樣的金剛線在母線線徑相同時，具有更小的外輪廓直徑，更小的金剛石出刃高度，更高的金剛石出刃率，能夠滿足1.5-2h切割情況下，對硅片表觀品質(zhì)不造成不良影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明硅棒切割示意圖；

圖2為本發(fā)明實例1中所用電鍍金剛線的電子顯微照片；

圖3為本發(fā)明實例2中所用電鍍金剛線的電子顯微照片；

圖4為本發(fā)明實例1切割出來的硅片照片；

圖5為本發(fā)明實例2切割出來的硅片照片；

圖中：1-燕尾，2-樹脂板，3-硅棒，4-電鍍金剛線網(wǎng)，5-主輥。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

實施例中所用切割液為常州高特新材料有限公司生產(chǎn)的硅片切割液，所用消泡劑為東莞市德豐消泡劑有限公司生產(chǎn)的消泡劑，也可以選用巴索國際貿(mào)易(上海)有限公司生產(chǎn)的切割液，所用環(huán)氧樹脂ab膠為市購產(chǎn)品。

一種電鍍金剛線高效切割硅片的方法，包括如下步驟：(1)粘棒，(2)上料，(3)配制切割液，(4)切割，(5)下料，(6)脫膠、清洗，(7)檢測、包裝；

將燕尾1與樹脂板2、樹脂板2與硅棒3用環(huán)氧樹脂ab膠粘接；所述步驟(2)將購買的高特切割液、德豐消泡劑、水按照質(zhì)量比例1∶0.5∶350混合均勻后，倒入切割液缸中，備用；

如圖2所示，為本實施例中所用電鍍金剛線的電子顯微照片，本實施例中采用直徑為80um的電鍍金剛線作為切割線，所述電鍍金剛線上金剛石顆粒密度為200±50顆/mm，金剛石顆粒直徑為10±3um，金剛石顆粒出刃高度6um。

開始切割前，設(shè)定切割深度為5mm，冷卻液流量關(guān)閉，當(dāng)切割深度達到5mm時，冷卻液流量為140l/min。

切割過程中，電鍍金剛線的切割張力為14n，電鍍金剛線的線速度為1300m/min，進刀切割速度為1.5mm/min，主切割速度為2mm/min，出刀切割速度為0.8mm/min，切割液溫度為20±1℃，如圖1b所示，切割過程中，燕尾1與硅棒3形成的整體在切割機架的帶動下向電鍍金剛線網(wǎng)4移動，同時主輥5帶動電鍍金剛線網(wǎng)4作往復(fù)運動實現(xiàn)切割，切割過程中電鍍金剛線網(wǎng)4以往復(fù)切割方式從主輥的頭端向著末端先行走，所述每個往復(fù)循環(huán)中，頭端向著末端行走的電鍍金剛線的數(shù)量大于末端向著頭端行走的電鍍金剛線的數(shù)量。

在本實施例中，所述脫膠、清洗：將切割后的硅片浸泡在熱水或草酸溶液中進行脫膠；將硅片經(jīng)過不同的酸堿工藝槽進行清洗，清除附著的雜質(zhì)、金屬離子、硅粉等，保持硅片表面的潔凈。

在本實施例中，所述切割設(shè)備中的主輥圓周表面涂覆有厚度15mm、邵氏硬度90-98的聚氨酯材料，彈性材料上設(shè)置有細微的槽子，金剛線就繞在這些槽內(nèi)。

利用本實施例的切割方法加工尺寸為8.4inch、長650mm的硅棒，加工時間為110min，比現(xiàn)有技術(shù)的切割效率有很大的提高。如圖4所示，為本實施例切割成品的硅片照片，表面平整。本實施例的切割實驗數(shù)據(jù)如表1所示：

表1實施例1切割實驗數(shù)據(jù)

實施例2

與實施例1不同的是：

步驟(2)將購買的高特切割液、德豐消泡劑、水按照質(zhì)量比1∶1∶300混合均勻后，倒入切割液缸中，備用。

如圖3所示，為本實施例中所用電鍍金剛線的電子顯微照片，本實施例中采用直徑為70um的電鍍金剛線作為切割線，所述電鍍金剛線上金剛石顆粒密度為300±20顆/mm，金剛石顆粒直徑為8±2um，金剛石顆粒出刃高度4.5um。

開始切割前，設(shè)定切割深度為6mm，冷卻液流量調(diào)節(jié)到0.5l/min，當(dāng)切割深度達到6mm時，冷卻液流量為160l/min。

切割過程中，電鍍金剛線的切割張力為12n，電鍍金剛線的線速度為1400m/min，進刀切割速度為2.2mm/min，主切割速度為3mm/min，出刀切割速度為1.0mm/min，切割液溫度為18±1℃，如圖1b所示，切割過程中，燕尾1與硅棒3形成的整體在切割機架的帶動下向電鍍金剛線網(wǎng)4移動，同時主輥5帶動電鍍金剛線網(wǎng)4作往復(fù)運動實現(xiàn)切割，切割過程中電鍍金剛線網(wǎng)4以往復(fù)切割方式從主輥的頭端向著末端先行走，所述每個往復(fù)循環(huán)中，頭端向著末端行走的電鍍金剛線的數(shù)量大于末端向著頭端行走的電鍍金剛線的數(shù)量。

利用本實施例的切割方法加工尺寸為8.4inch、650mm的硅棒，加工時間為100min，比現(xiàn)有技術(shù)的切割效率有很大的提高。如圖5所示，為本實施例切割成品的硅片照片，表面平整。本實施例的切割實驗數(shù)據(jù)如表2所示：

表2實施例2切割實驗數(shù)據(jù)

以上表述了本發(fā)明采用逐漸遞進法切割的主要參數(shù)特征與原理，其中實驗數(shù)據(jù)為部分數(shù)據(jù)，目的在體現(xiàn)本發(fā)明特征所帶來的優(yōu)點，并非是對本發(fā)明技術(shù)方法的限制。上述是實施例中的逐漸遞進切割方法可以由反切→正切的切割方法替換，切割數(shù)據(jù)可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，一切基于本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容所做的修改、變化或者替代技術(shù)特征，皆應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。