CN101862994A - 磨料纤维抛光盘、具有其的抛光机以及使用其的抛光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磨料纤维抛光盘，所述磨料纤维抛光盘包括下安装盘；上安装盘，在所述上安装盘的圆周方向上间隔设置有多个孔，且所述上安装盘以可拆卸的方式安装于所述下安装盘之上；和磨料纤维束，所述磨料纤维束由多根带有磨料的纤维集束形成，且所述磨料纤维束被设置于所述上安装盘的所述孔内。根据本发明实施例，能够进一步提高抛光效果，此外，还进一步简化了工艺、降低了能耗、节约了成本、延长了抛光盘的使用寿命。本发明进一步公开了具有所述的磨料纤维抛光盘的抛光机以及使用其的抛光方法。

Description

磨料纤维抛光盘、具有其的抛光机以及使用其的抛光方法

技术领域

本发明涉及硅片的制造领域，特别涉及用于抛光硅锭的磨料纤维抛光盘、抛光机以及抛光方法。

背景技术

随着太阳能电池产业的快速发展拉动了太阳能用硅片的市场需求。硅太阳能电池用硅片的制造工序主要包括将单晶或多晶锭进行切方、抛光或者酸腐蚀、线切片、以及清洗等步骤。其中，抛光或者酸腐蚀的作用是减少方形硅锭表面的机械损伤层，从而可以减少切片时硅片边缘崩边，提高成品率。如果采用酸腐蚀的方式，则会产生大量含氟的废酸，不仅会对环境造成污染，而且还非常难以处理。因此目前主要采用抛光的方法去除方形硅锭表面的机械损伤层。

目前所使用的抛光盘为刷子一样的抛光盘，其通过将嵌入有金刚石颗粒的尼龙丝制成的带有磨料的磨料纤维，进而将大量该磨料纤维连续设置于抛光盘的圆周方向而制成。利用该抛光盘抛光单晶硅锭或多晶硅锭，通过磨料纤维端面与硅锭表面高速相对运动，磨料纤维中磨料研磨硅锭表面从而达到抛光效果。通过使用该抛光盘对硅锭进行抛光，避免了以往采用研磨砂轮时由于研磨砂轮与硅锭之间的硬接触所造成的硅锭表面受损的问题，同时大大提高了硅锭抛光镜面效果。经该方法抛光的单晶或多晶硅锭表面损伤层小，镜面效果好，能有效降低硅锭表面应力，减少硅锭后续加工过程中的硅片边缘崩边和硅片破损。

图1为现有技术的磨料纤维抛光盘。然而，由于该抛光盘20在圆周方向上连续设置有磨料纤维10，抛光时所产生的屑、脱落的磨料颗粒、以及其他杂质难于及时清除从而残留在硅锭表面并在抛光过程中进一步摩擦硅锭表面，因此限制了抛光精度的进一步提高。此外，由于该抛光盘在圆周方向上连续设置有磨料纤维，在使用一段时间后更换抛光盘时必须将其返还至厂家进行特殊处理才能将磨料纤维与抛光盘的底部金属盘分离，因此需要连同底部金属板一起换，不仅成本较高且造成了资源的浪费。进而，磨料纤维在高速抛光时易发生倾倒且不易恢复，使得金刚石颗粒对硅锭表面的研磨作用减弱，从而影响抛光效果。并且，由于通常所使用的纤维由尼龙制作，而尼龙的自润滑性不好，在与硅锭接触时所述纤维易产生磨损，因此抛光盘寿命较短、更换周期较短，导致硅片的生产成本较高。另外，由于通常使用的磨料金刚石颗粒与纤维的结合强度不充分，因此在抛光时金刚石颗粒易脱落，导致抛光盘的寿命较短。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别是解决由于在抛光盘圆周方向上连续设置磨料纤维而导致的抛光精度受限制的问题，并解决在使用一段时间后更换抛光盘时难以将磨料纤维与抛光盘的底部金属盘分离所导致的成本较高、资源浪费的问题。

为了达到上述目的，本发明一方面提出一种磨料纤维抛光盘，其包括：下安装盘；上安装盘，在所述上安装盘的圆周方向上间隔设置有多个孔，且所述上安装盘以可拆卸的方式安装于所述下安装盘之上；和磨料纤维束，所述磨料纤维束由多根带有磨料的纤维集束形成，且所述磨料纤维束被设置于所述上安装盘的所述孔内。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料纤维束以可分离方式被设置于所述上安装盘的所述孔内。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料纤维束通过可去除型粘结剂而被设置于所述上安装盘的所述孔内。

根据本发明的一个实施例，其中，所述可去除型粘结剂为热塑性树脂，所述热塑性树脂选自包括聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的组的任一种。

根据本发明的一个实施例，其中，所述可去除型粘结剂为溶剂型粘结剂，所述溶剂型粘结剂包括虫胶或丁基橡胶。

根据本发明的一个实施例，其中，所述上安装盘的所述孔在与所述下安装盘相邻一侧的孔径大于另一侧的孔径，在设置于所述上安装盘之前所述磨料纤维束在根部处被预先固定成束，且其根部外径大于顶端外径并与所述上安装盘的所述孔相匹配。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料纤维束的外周从根部至预定高度处被固定。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料纤维束的外周从根部至预定高度处通过粘合剂粘合所述磨料纤维而进行固定。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料纤维束的外周从根部至预定高度处通过缠绕线状或带状物、或通过固定环进行固定。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料为氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、或金刚石颗粒。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料的粒径为10～105μm。

根据本发明的一个实施例，其中，所述磨料为金刚石颗粒，所述金刚石颗粒表面被覆有由过渡金属所形成的膜。

根据本发明的一个实施例，其中，所述金刚石颗粒表面被覆有由Ni形成的金属膜。

根据本发明的一个实施例，其中，所述纤维为选自包括尼龙纤维、PET纤维、PBT纤维的组的任一种纤维。

根据本发明的一个实施例，其中，所述树脂纤维的直径为0.2～1mm。

本发明另一方面还提出一种抛光机，所述抛光机具有上述磨料纤维抛光盘。

本发明另一方面还提出一种太阳能电池用硅片的抛光方法，包括以下步骤：将硅锭安装于抛光机上，所述抛光机上设置有上述磨料纤维抛光盘；通过所述抛光盘与所述硅锭表面的相对高速运动对所述硅锭的待抛光表面进行抛光。

通过本发明的实施例，由于在抛光盘圆周方向上间隔设置磨料纤维束，在抛光过程中产生的杂质、脱落的金刚石颗粒、磨屑可以被及时清除出硅锭表面，从而能进一步提高抛光精度和抛光镜面效果。

此外，通过本发明的另一个实施例，在使用一段时间后更换抛光盘时，在使用选自聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的任一种的热塑性树脂来设置磨料纤维束的情况下，通过将磨料纤维抛光盘加热至树脂的软化点以上能将磨料纤维束与上安装盘容易地分离，在使用虫胶或丁基橡胶来设置磨料纤维束的情况下，通过将磨料纤维抛光盘浸渍于相应的溶剂能将磨料纤维束与上安装盘容易地分离，在除去磨料纤维束后可对上安装盘进行清洁再利用，从而解决了高成本以及资源浪费的问题。

此外，通过本发明的另一个实施例，由于在设置于所述上安装盘之前所述磨料纤维束在根部处被预先固定成束，且其根部外径大于顶端外径，与此对应所述上安装盘的所述孔在与所述下安装盘相邻一侧的孔径大于另一侧的孔径，所述磨料纤维束与所述上安装盘的所述孔相匹配，因此在使用一段时间后，只需将上安装盘从抛光机上拆下后直接更换磨料纤维束即可，无需加热或浸渍处理，因此进一步简化了工艺、降低了能耗、节约了成本。

此外，通过本发明的另一个实施例，由于磨料纤维束的外周从根部至预定高度处被固定，因此磨料纤维在高速抛光时不易发生倾倒，解决了由于磨料纤维向一侧倾倒所造成的金刚石颗粒对硅锭表面的研磨作用减弱的问题，有利于提高抛光效果，并能够延长抛光盘的使用寿命，从而能进一步降低生产成本。

此外，通过本发明的另外的实施例，由于采用相对于尼龙来说自润滑效果更好、耐磨性更高的PBT纤维或PET纤维作为纤维，在与硅锭接触时所述纤维的抗磨损效果更好，从而有利于提高抛光盘寿命、延长更换周期，因此有利于降低硅片的生产成本。

此外，通过本发明的另一个实施例，由于磨料金刚石颗粒表面被覆有过渡金属所形成的金属膜，在金刚石颗粒的光滑表面形成很多毛刺，表面粗糙度大大增加，从而提高了金刚石颗粒与纤维的结合强度，因此在抛光时磨料金刚石颗粒不易脱落，有利于提高抛光效果、延长抛光盘的寿命。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术的磨料纤维抛光盘的立体图。

图2a为本发明的第一实施例的磨料纤维抛光盘的俯视图。

图2b为本发明的第一实施例的磨料纤维抛光盘的侧视图。

图3a为本发明的第二实施例的磨料纤维抛光盘中的上安装盘的剖视图。

图3b为本发明的第二实施例的磨料纤维抛光盘中的磨料纤维束的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明主要在于提出一种磨料纤维抛光盘，通过将由多根带有磨料的纤维集束形成的磨料纤维束固定于间隔设置在上安装盘圆周方向上的多个孔内，且使所述上安装盘以可拆卸的方式安装于所述下安装盘，在抛光过程中产生的杂质、脱落的金刚石颗粒、磨屑可以被及时清除出硅锭表面，从而能进一步提高抛光精度和抛光镜面效果。

此外，本发明还在于提出一种磨料纤维抛光盘，通过可去除型粘结剂将磨料纤维束固定于上安装盘，在使用一段时间后，能够将磨料纤维束与上安装盘容易地分离，在除去磨料纤维束后可对上安装盘进行清洁再利用，从而解决了高成本以及资源浪费的问题。

此外，本发明还在于提出一种磨料纤维抛光盘，通过将所述上安装盘的所述孔设置为在与所述下安装盘相邻一侧的孔径大于另一侧的孔径，在设置于所述上安装盘之前所述磨料纤维束在根部处被预先固定成束，且其根部外径大于顶端外径并与所述磨料纤维束与所述上安装盘的所述孔相匹配，在使用一段时间后，只需直接更换预先固定成束的磨料纤维束即可，从而进一步简化了工艺、降低了能耗、节约了成本。

此外，本发明还在于提出一种磨料纤维抛光盘，通过将磨料纤维束的外周从根部至预定高度处固定，使其磨料纤维在高速抛光时不易发生倾倒，从而解决由于磨料纤维向一侧倾倒所造成的金刚石颗粒对硅锭表面的研磨作用减弱的问题，达到提高抛光效果、延长抛光盘的使用寿命的效果。

进一步，本发明还在于提出一种磨料纤维抛光盘，作为磨料纤维中的纤维采用润滑效果更好、耐磨性更高的PBT纤维或PET纤维代替现有技术中常用的尼龙纤维，由于在与硅锭接触时PBT纤维、PET纤维的抗磨损效果更好，从而达到提高抛光盘寿命、延长更换周期，进而降低硅片的生产成本的效果。

更进一步，本发明还在于提出一种磨料纤维抛光盘，使用表面被覆有由过渡金属所形成的金属膜的金刚石颗粒作为磨料，由于相比于光滑的金刚石颗粒而言表面被覆有过渡金属膜层后，由于金属膜的毛刺状突起增大了表面与纤维的接触面积，能够进一步提高磨料颗粒与纤维的结合强度，因此在抛光时磨料金刚石颗粒不易脱落，达到提高抛光效果、延长抛光盘寿命的效果。

图2a和图2b分别为本发明的第一实施例的磨料纤维抛光盘的俯视图和侧视图。本发明实施例的磨料纤维抛光盘包括：磨料纤维束100，所述磨料纤维束100由多根带有磨料的纤维集束形成；上安装盘200，所述上安装盘200在圆周方向上间隔设置有多个用于安装所述磨料纤维束100的孔；和下安装盘300，所述上安装盘200通过螺钉400安装于所述下安装盘300，且所述下安装盘可以通过可拆卸的方式安装于抛光机上，其中，所述磨料纤维束100通过乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂而被固定于所述上安装盘200的所述孔内。在本实施例中，由于磨料纤维束100是在上安装盘200的圆周上间隔设置的，相比于连续设置的方式，进一步改善了抛光镜面效果。而且，在使用一段时间后，只需拆下上安装盘，将其加热使乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂软化即可容易地将磨料纤维束与上安装盘进行分离，在对上安装盘进行清洗后，即可进行再利用。

本实施例中，在磨料纤维束100的外周，从根部至距离顶端2～10毫米处通过粘结剂粘结磨料纤维进行固定。本实施例的磨料为粒径10～105μm的镀Ni金刚石颗粒，纤维为直径0.2～1mm的PBT纤维。据此，达到提高抛光盘寿命、延长更换周期，进而降低硅片的生产成本的效果。根据实验，本实施例的抛光盘比现有技术的抛光盘的寿命延长50％左右。另外，采用PET纤维的情况下，也能达到接近的效果。

在本实施例中，磨料纤维束100通过乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂而被固定于所述上安装盘200的所述孔内。然而这并不是必须的，例如，通过类似的热塑性树脂聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯等也可以达到相同的效果。另外，代替热塑性树脂而使用溶剂型树脂例如虫胶进行固定，在更换时只需将其浸渍于醇和碱即可溶解除去虫胶，使磨料纤维束与上安装盘分离，或使用丁基橡胶进行固定，在更换时只需将其浸渍于正构烷烃中即可溶解除去丁基橡胶，使磨料纤维束与上安装盘分离，也能达到相同的效果。

图3a为发明的第二实施例的磨料纤维抛光盘中上安装盘的剖视图，其上安装盘200′中的孔210′分为上段210a′和下段210b′，其中与下安装盘相邻一侧的下段210b′的孔径大于上段210a′的孔径。图3b为本发明的第二实施例的磨料纤维抛光盘中磨料纤维束的剖视图。图3b中，所述磨料纤维束100′也同样分为上段100a′和下段100b′，其中下段100b′中，磨料纤维通过在其外周缠绕纤维而被预先固定成束，且与图3a中上安装盘200′相对应，下段100b′的外径大于上段100a′的外径，并分别与210b′和210a′的孔径相匹配。据此，在抛光盘使用一段时间后，只要在拆下上安装盘后直接更换被预先固定成束的磨料纤维束100′即可，进一步简化了工艺、降低了能耗、节约了成本。

虽然本实施例中的孔210′和磨料纤维束100′都被设置为上下两段结构，然而这并不是必须的，例如，将其两者分别设置为相匹配的锥台状也能够达到相同的效果。另外，在本实施例中，磨料纤维束100′的下段100b′中磨料纤维通过在其外周缠绕纤维而被预先固定成束，然而这并不是必须的，例如，通过粘合剂粘合磨料纤维进行固定，或在其外周缠绕带状物如胶带而被预先固定成束、亦或通过树脂类或金属类固定环进行固定也能够达到相同的效果。

此外，根据本发明的另外一个实施例，还提出了一种抛光机，所述抛光机具有上述的抛光盘。因为抛光机的其他部件和现有技术的部件相同，为了简洁起见，在此省略对其说明。通过使用该抛光机对硅锭进行抛光，能进一步提高抛光镜面效果，同时还能达到进一步简化工艺、降低能耗、节约成本的效果。

此外，根据本发明的另外一个实施例，还提出了一种太阳能电池用硅片的抛光方法，包括以下步骤：将硅锭安装于抛光机上，所述抛光机上设置有上述抛光盘；通过所述抛光盘与所述硅锭表面的相对高速运动对所述硅锭的待抛光表面进行抛光。通过该抛光方法，能够更有效去除方形硅锭表面的机械损伤层，且具有抛光镜面效果较高、工艺简单、能耗低、成本低的优点。虽然本实施例中以太阳能电池用硅片为例对抛光方法进行了阐述，然而，对于本领域的普通技术人员来说，将该抛光方法应用于Ge晶片、水晶晶片等的抛光也是显而易见的，这些应用同样落入本发明的保护范围内。

以上尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (17)

1.一种磨料纤维抛光盘，其特征在于，包括：

下安装盘；

上安装盘，在所述上安装盘的圆周方向上间隔设置有多个孔，且所述上安装盘以可拆卸的方式安装于所述下安装盘之上；和

磨料纤维束，所述磨料纤维束由多根带有磨料的纤维集束形成，且所述磨料纤维束被设置于所述上安装盘的所述孔内。

2.如权利要求1所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料纤维束以可分离方式被设置于所述上安装盘的所述孔内。

3.如权利要求1所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料纤维束通过可去除型粘结剂而被设置于所述上安装盘的所述孔内。

4.如权利要求3所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述可去除型粘结剂为热塑性树脂，所述热塑性树脂选自包括聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的组的任一种。

5.如权利要求3所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述可去除型粘结剂为溶剂型粘结剂，所述溶剂型粘结剂包括虫胶或丁基橡胶。

6.如权利要求1所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述上安装盘的所述孔在与所述下安装盘相邻一侧的孔径大于另一侧的孔径，

在设置于所述上安装盘之前所述磨料纤维束在根部处被预先固定成束，且其根部外径大于顶端外径并与所述上安装盘的所述孔相匹配。

7.如权利要求1所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料纤维束的外周从根部至预定高度处被固定。

8.如权利要求7所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料纤维束的外周从根部至预定高度处通过粘合剂粘合所述磨料纤维而进行固定。

9.如权利要求7所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料纤维束的外周从根部至预定高度处缠绕线状或带状物或通过固定环进行固定。

10.如权利要求1至9的任一项所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料为氧化铝颗粒、碳化硅颗粒、或金刚石颗粒的任一种。

11.如权利要求10所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料的粒径为10～105μm。

12.如权利要求10所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述磨料为金刚石颗粒，所述金刚石颗粒表面被覆有由过渡金属形成的金属膜。

13.如权利要求10所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述金刚石颗粒表面被覆有由Ni形成的金属膜。

14.如权利要求1至9的任一项所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述纤维选自包括尼龙纤维、PET纤维、PBT纤维的组的任一种纤维。

15.如权利要求14所述的磨料纤维抛光盘，其特征在于，所述树脂纤维的直径为0.2～1mm。

16.一种抛光机，其特征在于，所述抛光机具有如权利要求1所述磨料纤维抛光盘。

17.一种太阳能电池用硅片的抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

将硅锭安装于抛光机上，所述抛光机上设置有如权利要求1所述的磨料纤维抛光盘；和

通过所述抛光盘与所述硅锭表面的相对高速运动对所述硅锭的待抛光表面进行抛光。

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