CN102350741A - 硅块切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种硅块切割方法，该方法包括：向砂浆缸中打入冷却液；将金刚石钢线依次缠绕在滑轮和导轮上，以编织成线网；将硅块放置在机床上，并设定机床零点和硅块切割过程中的各项工艺参数；采用金刚石钢线对该硅块进行切割。在本发明所提供的切割方法中，采用将金刚石钢线编织成线网，然后利用线网对硅块进行切割的方式，代替了现有技术中利用钢线带动砂浆对硅块进行切割的方法，由于金刚石颗粒硬度高，切割能力强，因此，金刚石钢线的切割能力要比携带砂浆的钢线切割能力强，从而大大提高了硅块的切割效率，而且提高了硅块切割的速度，降低了切割成本。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，更具体地说，涉及一种硅块切割方法。
背景技术
多线切割机是近年来发展极为迅速的高效切割设备，其主要特点是切割耗材较小，切割的硅片表面粗糙度、TTV值、弯曲度、翘曲度等性能指标均好于其他的加工方式。因而，多线切割机除了在传统的半导体加工中广泛应用外，随着太阳能行业的爆发式发展，也成为了太阳能级硅片切割的主要手段。其中，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。
目前在太阳能电池加工行业，都是采用钢线在高速转动下带动砂浆进行硅块切割的方法。砂浆主要由碳化硅和悬浮液组成，其切割的工作原理是砂浆由砂浆供给泵抽到热交换器内，在热交换器内对砂浆进行恒温到工艺要求的温度，然后通过砂浆供给管道供给到砂浆喷嘴处，砂浆由喷嘴均匀喷覆到线网上，在主辊的带动下，由运动的钢线带到切割区进行切割。
但是砂浆中的切割主体是碳化硅，切割硅块时，必须保证足够的碳化硅参与切割，而碳化硅的制取过程耗能高，污染大，从而导致这种切割方法成本高，而且受到钢线切割能力和碳化硅参与能力的限制，切割速率比较低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种硅块切割方法，提高了硅块切割的切割速率，降低了硅块切割成本。
为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
本发明公开了一种硅块切割方法，该方法包括：
向砂浆缸中打入冷却液；
将金刚石钢线依次缠绕在滑轮和导轮上，以编织成线网；
将硅块放置在机床上，并设定机床零点和硅块切割过程中的各项工艺参数；
采用金刚石钢线对该硅块进行切割。
优选的，所述冷却液为质量分数为3-10％的DI水。
优选的，所述冷却液的流量为150kg/l-180kg/l。
优选的，所述冷却液的温度为20℃-25℃。
优选的，所述金刚石钢线通过在普通钢丝上电镀一层镍，再在镍层上电镀金刚石颗粒制作而成。
优选的，所述线网要编织两遍；其中，第一遍编织线网用低张力编织；第二遍编织线网用高张力编织。
优选的，所述低张力为10N-15N；所述高张力为28N-32N。
优选的，所述金刚石钢线的切割速度为13m/s-15m/s。
优选的，所述机床零点位于工作台上的硅块距离线网1mm-1.5mm的位置。
优选的，所述工作台的速度为400μm/min-600μm/min。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的切割方法，采用将金刚石钢线编织成线网，然后利用线网对硅块进行切割的方式，代替了现有技术中利用钢线带动砂浆对硅块进行切割的方法，由于金刚石颗粒硬度高，切割能力强，因此，金刚石钢线的切割能力要比携带砂浆的钢线切割能力强，从而大大提高了硅块的切割效率。
而且，由于本发明实施例所提供的切割方法中，避免了砂浆的使用，而砂浆主要由悬浮液和碳化硅组成，也就自然避免了切割过程中碳化硅的使用。由于砂浆中的切割主体为碳化硅，因此在钢线带动砂浆进行切割时，必须保证足够的碳化硅参与切割，而碳化硅的制取过程耗能高、污染大，因此切割过程中避免碳化硅的使用，可以有效地降低硅块切割的成本。同时，本发明实施例所提供的切割方法中，利用金刚石钢线进行切割，还解决了在保证砂浆中足够的碳化硅参与切割的同时，由于受到钢线的切割能力和碳化硅的参与能力的限制，从而导致实际操作时切割速率较低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的硅块切割方法装置主视图的结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的硅块切割方法装置俯视图的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
正如背景技术部分所述，现有技术中的切割方法成本高、切割效率低，这是因为在现有技术中，利用钢线带动砂浆对硅块进行切割，而砂浆的主要组成部分为悬浮液和碳化硅，其中，碳化硅为砂浆中的切割主体，因此，在切割硅块时，必须保证足够的碳化硅参与切割，但是，钢线的切割能力和碳化硅的参与能力有限，因此，为了保证切割质量，在切割时就需要对工作台的工作速度进行限制，在实际切割过程中，工作台的速度通常控制290-320μm/min(即每分钟平均切割8块)，或350-380μm/min(即每分钟切割4块)，从而导致现有技术中硅块切割方法的切割速率比较低，而且砂浆中的碳化硅的制取过程耗能高、污染大，使得碳化硅的制取成本较高，而砂浆中的悬浮液的成本也比较高，从而导致现有技术中的的切割方法成本较高。此外，砂浆中的悬浮液在参与切割后，不能直接排放，否则会污染环境。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种硅块切割方法，下面将结合附图对该切割方法进行详细的描述。
参考图1和图2，其中，图1为本发明实施例所公开的硅块切割方法装置主视图的结构示意图；图2为本发明实施例所公开的硅块切割方法装置俯视图的结构示意图。图中示出了：导轮1、金刚石钢线2、硅块3、砂浆嘴4。
本发明实施例所公开的硅块切割方法，包括以下步骤：
S1：向砂浆缸中打入冷却液。
冷却液一般具有良好的冷却、润滑、清洗以及防锈的功能。本发明实施例所提供的切割方法中，在金刚石钢线2切割硅块3时，冷却液从砂浆缸中流出进入砂浆嘴4，然后通过砂浆嘴4喷覆到转动的金刚石钢线2上，这样不仅可以利用冷却液的冷却作用，降低金刚石钢线2表面的温度，从而使得金刚石颗粒不易脱落，而且还可以利用冷却液的润滑和清洗作用，对金刚石钢线2进行润滑和清洗，从而带走切割时金刚石钢线2上留下的硅粉，保持机床的卫生。而且冷却液的防锈性，不仅对机床的表面有保护作用，而且对金刚石钢线2也有一定的保护作用，从而降低了金刚石钢线2的断线率。
需要说明的是，本发明实施例所提供的切割方法中，所使用的冷却液为质量分数为3-10％的DI水，效果比较好。在切割硅块3时，所述冷却液的流量控制在150kg/l-180kg/l，而温度保持在20℃-25℃，用量较少，生产成本较低。
S2：将金刚石钢线2经过滑轮，并缠绕在导轮1上，以编织成线网。
根据切割需要更换新的线轴，所述线轴上附有金刚石钢线2。然后将金刚石钢线2依次经过滑轮、导轮1，进行绕线，以编织成线网，待线网编织完成后，将金刚石钢线2收回到线轴上。其中，所述金刚石钢线2通过在普通钢丝上电镀一层镍，再在镍层上电镀金刚石颗粒制作而成，而金刚石颗粒的硬度高，切割能力强，从而可以提高硅块3切割时的切割效率。
需要说明的是，线网需要编织两次。在第一次编织的时候，使用10N-15N的低张力进行绕线，编织完成后，将金刚石钢线2收回到线轴上，然后使用28N-32N的高张力，再把整个线网编织一遍，从而保证整个线网的金刚石钢线2张力达到预设的高张力。
S3：将硅块3放置在机床上，并设定机床零点和硅块3切割过程中的各项工艺参数。
将硅块3提前粘接到玻璃上，以免切割完成后的硅片掉落。然后将粘接好的硅块3，装载到机床上，并调节硅块3与线网的位置，使其便于切割。硅块3和线网的位置调整好后，下降工作台至硅块3底部距离线网1mm-1.5mm的位置，并将此时工作台的位置设置为机床零点，也称切割零点。
机床零点设置好以后，设定硅块3切割过程中的各项工艺参数。其中，所述的工艺参数包括：
所述冷却液的流量为150kg/l-180kg/l；
所述冷却液的温度为20℃-25℃；
第一遍缠绕金刚石钢线2所使用的低张力为10N-15N；
第二遍缠绕金刚石钢线2所使用的高张力为28N-32N；
所述金刚石钢线2的切割速度为13m/s-15m/s；
所述工作台的工作速度为400μm/min-600μm/min。
需要说明的是，上述硅块3切割过程中的各项工艺参数并不仅仅局限于以上范围，上述参数范围仅是更优的范围，超出上述范围的值同样可以使用。
S4：采用金刚石钢线2对该硅块3进行切割。
在切割硅块3之前，要对机床进行热机，热机一般需要3min-5min，在热机过程中，只转动线网，工作台的位置保持不变。热机结束后，检查线网的平整度，如果线网不平整，则整理线网，然后再次进行热机，直到线网平整为止；如果线网平整，则直接对硅块3进行切割。
需要说明的是，上述步骤中的第一步“向砂浆缸中打入冷却液”，只要放在步骤“采用金刚石钢线2对该硅块3进行切割”前即可，并非仅仅局限于放在第一步进行。
本发明实施例所提供的切割方法，采用将金刚石钢线2编织成线网，然后利用线网对硅块3进行切割的方式，替代了现有技术中利用钢线带动砂浆进行切割的方法，由于金刚石颗粒的硬度高，切割能力强，因而，金刚石钢线2的切割能力要比携带砂浆的钢线切割能力强，从而大大提高了硅块3的切割效率。
而且，本发明实施例所提供的切割方法中，利用金刚石钢线2切割硅块3，从而避免了砂浆的使用，自然也就避免了砂浆中碳化硅和悬浮液的使用，从而有效地解决了由于碳化硅和悬浮液的成本高，进而引起的切割成本高的问题，以及由于钢线切割能力和碳化硅的参与能力有限，而导致的切割速率较低的问题，最终提高了整个工艺过程中太阳能电池的生产效率，降低了生产成本。同时还解决了砂浆中的悬浮液在参与切割后，不能直接排放，否则会污染环境的问题。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种硅块切割方法，其特征在于，该方法包括：
向砂浆缸中打入冷却液；
将金刚石钢线依次缠绕在滑轮和导轮上，以编织成线网；
将硅块放置在机床上，并设定机床零点和硅块切割过程中的各项工艺参数；
采用金刚石钢线对该硅块进行切割。
2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述冷却液为质量分数为3-10％的DI水。
3.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，所述冷却液的流量为150kg/l-180kg/l。
4.根据权利要求3所述的切割方法，其特征在于，所述冷却液的温度为20℃-25℃。
5.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述金刚石钢线通过在普通钢丝上电镀一层镍，再在镍层上电镀金刚石颗粒制作而成。
6.根据权利要求5所述的切割方法，其特征在于，所述线网要编织两遍；其中，第一遍编织线网用低张力编织；第二遍编织线网用高张力编织。
7.根据权利要求6所述的切割方法，其特征在于，所述低张力为10N-15N；所述高张力为28N-32N。
8.根据权利要求7所述的切割方法，其特征在于，所述金刚石钢线的切割速度为13m/s-15m/s。
9.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述机床零点位于工作台上的硅块距离线网1mm-1.5mm的位置。
10.根据权利要求9所述的切割方法，其特征在于，所述工作台的速度为400μm/min-600μm/min。
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