金剛線切割過程中切割異常分析及硅片相關(guān)質(zhì)量研究

金剛線切割過程中切割異常分析及硅片相關(guān)質(zhì)量研究摘要：隨著國(guó)內(nèi)金剛線制造和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，加之市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)不斷的刺激金剛線制造技術(shù)向細(xì)線化方向發(fā)展，金剛線細(xì)線化切割工藝已成為行業(yè)內(nèi)硅片制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。越來越細(xì)的金剛線滿足不同尺寸形狀硅片的切割要求就是硅片制造技術(shù)需要研究的重要方向。本文主要針對(duì)金剛線切割過程中切割異常分析及硅片質(zhì)量方向進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：金剛線細(xì)線切割；排線拉斜；排線間距；引言在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要想保障光伏發(fā)電的穩(wěn)定運(yùn)行，就需要加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)質(zhì)量的監(jiān)控，單晶硅片作為產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)，只有保障了其質(zhì)量，才能夠制作出高效率電池組件[1]。但是在單晶硅片制作過程中存在很多問題，本文主要分析單晶硅片切割異常分析，從切割單晶硅棒相關(guān)質(zhì)量出發(fā)，尋找出相匹配工藝方案，以此來進(jìn)行說明。切金剛線切割單晶硅片主要優(yōu)勢(shì)金剛線切單晶硅片切割技術(shù)中，以生產(chǎn)量高，硅片直徑適用范圍廣，翹曲值低，表面損傷淺，表面光潔度低等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用[2]。隨著國(guó)內(nèi)金剛線制造和應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，加之市場(chǎng)需求的快速增長(zhǎng)不斷的刺激金剛線制造技術(shù)向細(xì)線化、薄片化方向發(fā)展。使用金剛線切片技術(shù)后，由于刀縫損失的減小，能夠帶來單位耗硅量的減少，從而較大程度地減少了硅片的硅成本和折舊等，這也是金剛線切片最重要的驅(qū)動(dòng)因素。為了追求更高的效益，使用更細(xì)的金剛線切割薄硅片已成為行業(yè)趨勢(shì)，但在提高公斤出片數(shù)以及單刀產(chǎn)能的同時(shí)，如何保證單晶硅片清洗質(zhì)量成行業(yè)內(nèi)共同攻克的技術(shù)難題，本文以生產(chǎn)工藝及原輔材料為基礎(chǔ)，研究單晶硅片清洗過程中產(chǎn)生的表面臟污，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提出了解決方法。金剛線切割過程中切割異常分析目前光伏企業(yè)發(fā)展以“降本增效”為主旋律。如何提高太陽(yáng)能硅片細(xì)線化切割效率、降低單片耗線成為近幾年關(guān)注的問題。影響硅片切割質(zhì)量的因素主要有：金剛線品質(zhì)、所用主輥（切割輔材）刻槽工藝、切割設(shè)備性能的穩(wěn)定性；為提高硅片切割質(zhì)量、降低硅片切割單端鋼線磨損度、降低硅片TTV均值，嚴(yán)格分析切割工藝對(duì)硅片切割質(zhì)量的影響非常重要，下面分別介紹影響切割單晶硅片質(zhì)量因素及解決方法。3.1單晶切片機(jī)排線拉斜導(dǎo)致的異常斷線機(jī)臺(tái)切割過程中因排線拉斜產(chǎn)生的斷線異常，導(dǎo)致硅片產(chǎn)出線痕異常甚至硅棒報(bào)廢，一方面金剛線因斷線損失帶來的輔材成本上升，另一方面斷線異常處理增加了切割時(shí)間、浪費(fèi)人力，影響生產(chǎn)效率。排線拉斜導(dǎo)致斷線的機(jī)理：a.拉斜導(dǎo)致線局部張力變大，直接拉斷；b.拉斜處鋼線磨損大，鋼線破斷力下降。圖1排線示意圖圖圖2排線角度如上圖1圖2所示，正常排線情況為進(jìn)出線順暢，張力穩(wěn)定為設(shè)定值F0。排線拉斜情況：(1)拉斜段張力為F1，導(dǎo)輪上O1點(diǎn)的受力分析可知:F1=F0/sinθ>F0,即金剛線的局部張力變大;(2)排線輪上O2點(diǎn)的受力分析可知:拉斜的金剛線與相鄰的排線存在相互作用的壓力N2和摩擦力f，加大了鋼線的磨損。原因分析：機(jī)臺(tái)設(shè)定的排線初始位置不對(duì)，排線卡線；排線卷螺距與機(jī)臺(tái)設(shè)定值不匹配；機(jī)臺(tái)排線系統(tǒng)誤差累積；導(dǎo)輪移動(dòng)遲滯、卷螺距偏大。改善方向:排線卷螺距改善：圖3排線卷螺距改善當(dāng)排線卷螺距縮小一半時(shí)，鋼線間的摩擦力減少一半，鋼線張力更接近設(shè)定張力。卷螺距手動(dòng)調(diào)整改善圖4排線卷螺距手動(dòng)改善機(jī)臺(tái)軟件優(yōu)化改善：圖5機(jī)臺(tái)軟件優(yōu)化改善通過以上三方面管控改善，拉斜斷線比率持續(xù)降低：經(jīng)過輔材標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)器性能提升，人員管理制度化，排線拉斜斷線率逐步下降，目前排線拉斜斷線率降至0.59%3.2單晶切片單點(diǎn)180μm改善金剛線導(dǎo)入過程中，硅片單點(diǎn)180厚度不良上升明顯，通過現(xiàn)場(chǎng)跟蹤、反復(fù)驗(yàn)證單點(diǎn)180厚度不良逐步下降，主要改善措施如下：采用斜線網(wǎng)布線方式，減小了鋼線行進(jìn)的側(cè)向壓力和阻力，線網(wǎng)更穩(wěn)定長(zhǎng)進(jìn)線工藝減小鋼線的磨損量，新舊線的線徑變化小，硅片厚度更穩(wěn)定。圖6單點(diǎn)180排線方式

通過改善布線方式、采用長(zhǎng)進(jìn)線工藝、優(yōu)化鋼線磨損度等方式單點(diǎn)厚度小于180um的比率逐步下降，單點(diǎn)厚度小于180um的比率下降3.64%。3.3單晶切片表面線痕影響及改善機(jī)理：往復(fù)切割過程中鋼線規(guī)律性波動(dòng)，導(dǎo)致硅片表面出現(xiàn)“線紋”，線紋寬度及深度與切割工作臺(tái)精度及工藝周期強(qiáng)相關(guān)，如右圖所示：電鍍金剛線切割硅片后，表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)形貌呈線性凹凸?fàn)罟杵偨Y(jié)后主要類型有2種，見表1所示：表1金剛線切割線痕模式原因分析表線痕模式圖片特征描述一級(jí)原因二級(jí)原因?qū)捑€痕硅片表面有明顯凹凸感，位置比較固定，從開切起往上區(qū)域，越靠近兩側(cè)凹凸感越明顯切片過程中，送線時(shí)的截面位置與回線時(shí)的截面位置發(fā)生偏移1.晶托夾緊操作失誤2.晶托夾緊裝置磨損3.晶托夾緊裝置故障4.晶托夾緊縫隙有異物密集線痕硅片表面有明顯凹凸感，位置不固定切片過程中，金剛線切割能力發(fā)生變化1.金剛線磨損不均勻，線徑發(fā)生變化。2.晶棒給進(jìn)臺(tái)速與金剛線的送線量或送線速度不匹配此外，還包括邊緣間斷性線痕：主要是受設(shè)備和人員操作影響而造成。正常切割過程中如流量穩(wěn)定，切割完成后硅片邊緣平滑無線痕觸感，但在切割過程中遇到流量不穩(wěn)定，或砂漿噴液角度過大，無切點(diǎn)時(shí)，切割完成后就會(huì)出現(xiàn)邊緣間斷性線痕。最常見的一種線痕性狀是硅片表面穿透性線痕及硅片表面紋路明顯線痕，此兩種線痕主要是受中村鋼線本身原因影響而造成，通常是因電鍍金剛線鍍層金剛石顆粒局部堆積、團(tuán)簇、金剛石顆粒分布稀疏和顆粒過小造成，會(huì)在切割過程中出現(xiàn)貫穿整個(gè)硅片表面的線痕，并且線痕分布不混勻。在掃描電鏡下可觀察到金剛線明顯團(tuán)簇和稀疏狀。如圖7、圖8所示

圖7金鋼線團(tuán)簇圖圖8金剛石顆粒分布稀疏圖結(jié)論本文從單晶硅片切割過程中，排線拉斜、單點(diǎn)180及切割線痕等方面進(jìn)行分析，初步了解單晶硅