CN102275233A - 一种切割170μm硅片的方法 - Google Patents

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朱海亮
刘坤
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Abstract

本发明公开了一种切割170μm硅片的方法，包括如下步骤：(1)粘接硅锭：采用胶水将硅锭和玻璃板粘接成一体、(2)配砂：将碳化硅微粉与切割液搅拌混合成砂浆、(3)设置线切割机的导轮槽距分为三段，分别为320±2μm、317±2μm和313±2μm，使用直径为115μm的钢线带动；步骤(2)中配制的砂浆对步骤(1)中粘接成一体的硅锭和玻璃板进行线切割；(4)脱胶：使用脱胶机将硅片与玻璃板进行脱离；(5)清洗：将脱胶以后残留在硅片表面的金属离子、有机物杂质进行清洗。本发明与现有技术相比具有以下优点：实现了切割170μm的硅片，降低了硅片的厚度、提高了出片率和生产效率，极大程度地降低了生产成本；脱胶清洗硅片的成品率高且质量优异。

Description

一种切割170μm硅片的方法
技术领域
本发明涉及一种切割硅片的方法，具体是涉及一种切割厚度规格为170μm硅片的方法。
背景技术
目前，在太阳能行业中，随着市场行情的变化，太阳能硅片的价格持续走低，为了在市场中提高自身的竞争力，各家企业均致力于降低太阳能硅片的生产成本上。
目前156*156mm多晶硅片的厚度规格标准为200±20μm，太阳能硅片的下一道工序为电池片制作，对电池片行业来说，硅片最重要的指标为转换效率(转化效率＝最大输出功率/太阳能电池的输入功率*100％)，而影响转换效率最重要的因素为硅片表面质量与少子寿命，硅片的厚度不会对其造成影响，因此在同等原料条件下，提高单位长度硅锭的切割片数，将硅片切割得更薄成了各家切片公司降低其生产成本的首要研发任务。而目前，如何降低硅片厚度，同时优化其他参数保证较佳的硅片合格率且不消耗更多的原辅材料成为行业的一大难题。
现有技术中，在使用MB271机型切割200μm(要求为200±20μm)硅片的主要参数条件如下：
切割的总硅锭长度在930mm左右，使用的导轮槽距标准为350μm，切割钢线的直径为120μm，切割用碳化硅微粉的直径为8μm，硅片厚度＝导轮槽距-钢线直径-碳化硅直径*4＝198μm。
切割时由于切割钢线会有一定的磨损，切割930mm长度的硅锭钢线磨损量为7μm左右，导轮的槽距分为三段：350μm，347μm，343μm，长度均为340mm，能保证硅片的厚度在合理的范围内。
另外，硅片在切割后的脱胶及清洗工序如果采用不当，会造成硅片损坏及清洗不净，从而影响硅片的成品率及质量。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种提高出片率、降低生产成本、成品率高、质量优异的切割170μm硅片的方法。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种切割170μm硅片的方法包括如下步骤：
1、粘接硅锭：采用胶水将硅锭和玻璃板粘接成一体；
2、配砂：将碳化硅微粉与切割液搅拌混合成砂浆；
3、线切割：设置线切割机的导轮槽距为320±2μm、317±2μm和313±2μm，使用直径为115μm的钢线带动步骤2中配制的砂浆对步骤1中粘接成一体的硅锭和玻璃杯进行线切割；
4、脱胶：使用脱胶机将硅片与玻璃板进行脱离；
5、清洗：将脱胶以后残留在硅片表面的金属离子、有机物杂质进行清洗。
其中，为了保持硅锭和玻璃板的粘接面干净，从而取得更好的粘结效果，所述步骤1中将硅锭和玻璃板粘接成一体前，优选地，将硅锭和玻璃板放入超音波水槽中进行清洗，清洗水温为30～40℃，清洗时间为15～30min。
所述步骤1中粘接为在25±3℃，湿度≤60％的条件下进行粘接；按粘胶面计算(硅锭和玻璃板的粘接面)，胶水的用量为0.5～0.7g/cm2。
所述步骤2中碳化硅微粉的D50值为8.0μm，D3值19μm，D94值为4.5μm，颗粒大小在7.0～13.3μm的集中度为73％；碳化硅微粉的含量大于98.8％，F.C小于0.4％，Fe2O3小于0.3％。碳化硅微粉具有较强的吸湿性，在空气中极易受潮结团，分散性降低，使料浆的粘度降低，同时在料浆中形成假性颗粒物和团积物，造成切割效率和切割质量下降，因此应避免微粉裸漏在空气中时间过长。使用前打开包装袋的口部，在80℃的烘箱内烘干8h，保证碳化硅的颗粒松散无水份残留，其优点是：①增强了碳化硅微粉分子活性；②与切削液有了更强的适配性；③粉体颗粒吸附性更强，使钢线带砂浆量增大，增强切削能力；④微粉有了更好的流动性和分散性，减少结团。另外，碳化硅微粉在包装、运输、存放过程中容易挤压结团，要求在配制沙浆倒料过程中应慢倒，控制在2.5-5分钟一袋，避免猛倒造成微粉沉底结块搅拌不起来，导致砂浆与实际配比不一致影响切割。
所述步骤2中切割液的色度≤40、折光率(20℃)为1.4540～1.4640、pH值(5％水溶液)为5.5～7.0、含水量≤0.5％、旋转粘度(25℃)为48～60mPa.s、密度(20℃)为1.120～1.130g/cm3、电导率(25℃)≤10μS/cm。
所述步骤2中碳化硅微粉与切割液的质量比为0.92～0.96∶1；其中，将碳化硅微粉与切割液搅拌混合8h以上，且搅拌间的湿度小于50RH。
所述步骤3中线切割机的导轮槽为“V”型，该“V”型夹角为65±5°；导轮槽深为230±20μm；导轮的径向跳动小于15μm。
所述步骤4中脱胶机为5槽脱胶机，其中，一二槽为喷淋槽，喷淋水压为0.01～0.02Mpa，喷淋时间为6min；三四槽为超声波清洗槽，清洗水温为40～45℃，清洗时间为6min；五槽为脱胶槽，采用乳酸脱胶，脱胶温度为70～75℃，时间为5min。
为了将硅片表面清洗干净，所述步骤5中清洗方法为将脱胶的硅片依次经过以下11个槽进行清洗后烘干：
喷淋槽：采用循环水进行喷淋，水温为15～25℃，喷淋时间为180s；
超声清洗槽：采用循环水进行超声清洗，水温为15～25℃，清洗时间为180s；
超声碱洗槽：采用浓度为5～10％的碱性清洗剂进行超声清洗，碱液温度为55～65℃，清洗时间为180s；
超声碱洗槽：采用浓度为5～10％的碱性清洗剂进行超声清洗，碱液温度为55～65℃，清洗时间为180s；
超声清洗槽：采用循环水进行超声清洗，水温为55～65℃，清洗时间为180s；
超声酸洗槽：采用浓度为5～10％的酸性清洗剂进行超声清洗，酸液温度为常温，清洗时间为180s；
超声漂洗槽：采用纯水进行超声清洗，水温为40～50℃，清洗时间为180s；
超声漂洗槽：采用纯水进行超声清洗，水温为40～50℃，清洗时间为180s；
超声漂洗槽：采用纯水进行超声清洗，水温为40～50℃，清洗时间为180s；
慢拉脱水槽：采用纯水进行超声波脱水，水温为85～95℃，漂洗30s，慢提拉150s；
烘干通道：将硅片进行烘干处理，烘干温度为80～90℃，烘干时间为180s。
采用本方法进行切割，使硅片的厚度由原来的200±20μm降低到170±20μm，将单位硅锭出片数提高了(350-320)/350＝8.5％，其他参数条件，如导轮的长度、单位硅片的砂浆用量、单位硅片的钢线用量、切割速度等条件不变。其中，由于钢线前粗后细，所以将导轮槽距设置成前宽后窄，即从前至后按320±2μm、317±2μm、313±2μm的顺序排列，从而降低磨损。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：实现了切割170μm的硅片，降低了硅片的厚度、提高了出片率和生产效率，极大程度地降低了生产成本；脱胶硅片的成品率高且质量优异。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
一种切割170μm硅片的方法，其包括如下步骤：
1、粘接硅锭：先将硅锭和玻璃板放入超音波水槽中进行清洗，清洗水温为30～40℃，清洗时间为15min，然后在25±3℃，湿度≤60％的环境内，采用胶水将硅锭和玻璃板粘接成一体，其中，胶水的用量为0.5～0.7g/cm2，按硅锭和玻璃板的粘接面计算，粘接好的硅锭与玻璃板四周无残余胶水，固化8h后进行后续线切割工序。
2、配砂：碳化硅微粉D50值为8.0μm，D3值为19μm，D94值为4.5μm，颗粒大小在7.0～13.3μm的集中度为73％，其含量大于98.8％，F.C小于0.4％，Fe2O3小于0.3％，购于江苏大阳微粉科技有限公司；切割液的技术参数如表1所示，其购于辽宁奥克化学股份有限公司；将碳化硅微粉与配制的切割液按质量比为0.92～0.96∶1搅拌混合8h成砂浆，控制搅拌间的湿度小于50RH。
3、线切割：使用多线切割机MB271，设置该多线切割机的导轮槽距为320±2μm、317±2μm和313±2μm三段，导轮长度每段为340mm，导轮槽为“V”型，该“V”型夹角为65±5°，槽深为230±20μm，导轮的硬度为95±2(邵氏硬度A)，导轮的直径为350mm，径向跳动小于15μm。使用直径为115μm的钢线带动步骤2中配制的砂浆对步骤1中粘接成一体的硅锭和玻璃杯进行线切割，在切割过程中，切割线速为13.2m/s，切割台速为0.38mm/min，切割深度为165.5mm，砂浆流量为8500Kg/h，砂浆温度为22℃，砂浆用量为110g/片，切割后硅片厚度为170μm，出片率增加至55片/千克，与原始出片率5片/千克，提高了9％的出片率，减少了硅料损耗8％。
4、脱胶：将硅片依次经过5槽脱胶机中的5槽进行脱胶处理，其中，一二槽为喷淋槽，喷淋水压为0.01～0.02Mpa，喷淋时间为6min；三四槽为超声波清洗槽，清洗水温为40～45℃，清洗时间为6min；五槽为脱胶槽，采用乳酸脱胶，脱胶温度为70～75℃，时间为5min。脱胶后清理硅片残余胶条时每次拿取硅片小于等于30mm，胶条清理干净，硅片缝隙无残余胶条。擦胶完成后将硅片置于中转车水槽内，水槽底部垫上橡胶垫，四周围上海绵，同时保持硅片表面湿润。
5、将脱胶的硅片依次经过以下11个槽进行清洗后烘干，如表2所示，去除残留在硅片表面的金属离子及有机物杂质等。
  外观(25℃)   透明液体
  色度(Hazen)   ≤40
  折光率(20℃)   1.4540～1.4640
  pH值(5％水溶液)   5.5～7.0
  含水量   ≤0.5％
  旋转粘度(25℃)，mPa.s   48～60
  密度(20℃)，g/cm3   1.120～1.130
  电导率(25℃)，μS/cm   ≤10
表1
Figure BDA0000089342480000051
表2

Claims (10)

1.一种切割170μm硅片的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)粘接硅锭：采用胶水将硅锭和玻璃板粘接成一体；
(2)配砂：将碳化硅微粉与切割液搅拌混合成砂浆；
(3)线切割：设置线切割机的导轮槽距分为三段，分别为320±2μm、317±2μm和313±2μm，使用直径为115μm的钢线带动步骤(2)中配制的砂浆对步骤(1)中粘接成一体的硅锭和玻璃进行线切割；
(4)脱胶：使用脱胶机将硅片与玻璃板进行脱离；
(5)清洗：将脱胶以后残留在硅片表面的金属离子、有机物杂质进行清洗。
2.根据权利要求1所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(1)中所述将硅锭和玻璃板粘接成一体前，将硅锭和玻璃板放入超音波水槽中进行清洗，清洗水温为30～40℃，清洗时间为15～30min。
3.根据权利要求1或2所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(1)中所述粘接为在25±3℃，湿度≤60％的条件下进行粘接；按粘胶面计算，胶水的用量为0.5～0.7g/cm2。
4.根据权利要求1所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(2)中所述碳化硅微粉的D50值为8.0μm，D3值为19μm，D94值为4.5μm，颗粒大小在7.0～13.3μm的集中度为73％。
5.根据权利要求1所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(2)中所述碳化硅微粉的含量大于98.8％，F.C小于0.4％，Fe2O3小于0.3％。
6.根据权利要求1所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(2)中所述切割液的色度≤40、折光率(20℃)为1.4540～1.4640、pH值(5％水溶液)为5.5～7.0、含水量≤0.5％、旋转粘度(25℃)为48～60mPa.s、密度(20℃)为1.120～1.130g/cm3、电导率(25℃)≤10μS/cm。
7.根据权利要求1、4至6任一项所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(2)中所述碳化硅微粉与切割液的质量比为0.92～0.96∶1；所述将碳化硅微粉与切割液搅拌混合8h以上，且搅拌间的湿度小于50RH。
8.根据权利要求1所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(3)中所述线切割机的导轮槽为“V”型，该“V”型夹角为65±5°；导轮槽深为230±20μm；导轮的径向跳动小于15μm。
9.根据权利要求1所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(4)中所述脱胶机为5槽脱胶机，其中，一二槽为喷淋槽，喷淋水压为0.01～0.02Mpa，喷淋时间为6min；三四槽为超声波清洗槽，清洗水温为40～45℃，清洗时间为6min；五槽为脱胶槽，采用乳酸脱胶，脱胶温度为70～75℃，时间为5min。
10.根据权利要求1所述的切割170μm硅片的方法，其特征在于：步骤(5)中所述清洗方法为将脱胶的硅片依次经过以下11个槽进行清洗后烘干：
喷淋槽：采用循环水进行喷淋，水温为15～25℃，喷淋时间为180s；
超声清洗槽：采用循环水进行超声清洗，水温为15～25℃，清洗时间为180s；
超声碱洗槽：采用浓度为5～10％的碱性清洗剂进行超声清洗，碱液温度为55～65℃，清洗时间为180s；
超声碱洗槽：采用浓度为5～10％的碱性清洗剂进行超声清洗，碱液温度为55～65℃，清洗时间为180s；
超声清洗槽：采用循环水进行超声清洗，水温为55～65℃，清洗时间为180s；
超声酸洗槽：采用浓度为5～10％的酸性清洗剂进行超声清洗，酸液温度为常温，清洗时间为180s；
超声漂洗槽：采用纯水进行超声清洗，水温为40～50℃，清洗时间为180s；
超声漂洗槽：采用纯水进行超声清洗，水温为40～50℃，清洗时间为180s；
超声漂洗槽：采用纯水进行超声清洗，水温为40～50℃，清洗时间为180s；
慢拉脱水槽：采用纯水进行超声波脱水，水温为85～95℃，，漂洗30s，慢提拉150s；
烘干通道：将硅片进行烘干处理，烘干温度为80～90℃，烘干时间为180s。
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