CN106956375A - 一种多边结构尺寸硅片的切割方法及粘棒工装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多边结构尺寸硅片的切割方法及粘棒工装，其中包含如下步骤：(1)粘胶；(2)上料；(3)线切割，通过对现有金刚线多线切割工艺做优化，实施对多边结构晶棒的切片；(4)下料，采用上下料工装将加工完成后的硅片运送脱胶机中；(5)脱胶，清洗检测，包装。本发明的优点在于，能够在现有的多线切割设备、辅材不变的基础上，对切割工艺进行简单调整，完成多线切割多边结构的晶棒，同时能够在现有的晶圆直径不变的基础上，切割出的单张硅片表面积比现有的单张硅片表面积增加22.5％以上，进一步提高了设备产能。

Description

一种多边结构尺寸硅片的切割方法及粘棒工装
【技术领域】
本发明涉太阳能级硅片切割技术领域，具体是一种多边结构尺寸硅片的切割方法及粘棒工装。
【背景技术】
目前，用来在多线切割机上，用来切割太阳能级硅片的硅棒形状主要为四方棱柱，其中主要分为单晶、多晶两大类尺寸，其中主流尺寸为8.4英寸，其余也有6英寸，但目前已逐渐淘汰，主要原因是随着技术进步与市场需求的推动，对硅片单位面积发电量有了更高要求。为此，太阳能级硅片尺寸从最初的3英寸圆片逐渐增加到今天主流的8.4英寸方片，在同样为8英寸的硅片中，单晶硅片比多晶硅片转换效率高，然而单晶硅片的有效面积却要稍微小一点，主要是因为单晶硅片的方棒是由圆棒切割四个边角形成，为了进一步提高单晶单张硅片面积，不得已才有了四个圆弧倒角。长期以来，从单晶圆棒成本、切方去除边料成本、单张硅片面积大小、组件有效发电表面积等因素综合计算，得出现在主流的8.4寸单晶硅片，边长156.75mm，圆弧投影长度8.5mm。尽管现有的8.4吋单晶硅片综合成本已经下降不少，但为了进一步提高材料与能源的有效利用，还需要进一步的采取措施。
【发明内容】
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种多边结构尺寸硅片的切割方法及粘棒工装，通过该方法能够提高硅片与晶圆面积比，以降低单晶硅片的综合成本。
本发明所采用的技术方案如下：
一种多边结构尺寸硅片的切割方法，包括如下步骤：
步骤一、粘胶，将树脂板、晶托和边数不少于五的多边形晶棒粘接为粘棒工装；
步骤二、上料，将粘棒工装安装到上下料工装上；
步骤三、切割，通过线切割将粘棒工装沿径向切割成切割片；
步骤四、下料，通过上下料工装将加工完成后的切割片从切片机中卸下；
步骤五、脱胶，将切割片进行脱胶，使树脂板、晶托和硅片分离。
所述步骤一中，先将树脂板与晶托粘接，固化20-30min，再将多边形晶棒与树脂板粘接，预固化20-40min，再将多边形晶棒、树脂板和晶托粘接而成的粘棒工装放置到二次固化区，固化2-4h。
所述步骤二中，将粘棒工装安装到上下料工装上后，对晶棒进行清洁。
所述步骤三中，线切割粘棒工装时，采用双向往复切割，随着多边形晶棒切割面积大小的变化，单位时间需求钢线量做同步变化，以使得参与切割的钢线磨损更加均匀。
线切割粘棒工装时，将多边形晶棒沿径向等分为若干段，随着多边形晶棒切割面积大小的变化趋势，单位时间需求钢线量以及进给量做同步变化。
在开始线切割粘棒工装时，钢线速度设定为500-800m/min，进给速度设定为0.4-1mm/min，当切割到2-3mm时，钢线速度设定为1000-1500m/min，切割最大进给速度设定为1.5mm/min。
一种多边结构尺寸硅片的粘棒工装，包括树脂板、晶托和边数不少于五的多边形晶棒，树脂板与晶托粘接，多边形晶棒粘接于树脂板的表面。
所述树脂板为平板状，多边形晶棒的一个面与树脂板粘接。
所述树脂板与多边形晶棒粘接的面上设有V形槽，该V形槽两边的夹角的与多边形晶棒相邻两个面的夹角相同。
所述多边形晶棒的截面形状为正多边形。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的多边结构尺寸硅片的切割方法通过粘胶、上料、切割、下料和脱胶工艺对边数不少于五的多边形晶棒进行切割，能够在现有的多线切割设备、辅材不变的基础上，对切割工艺进行调整，完成多线切割多边结构的晶棒，同时能够在现有的晶圆直径不变的基础上，切割出的单张硅片表面积比现有的单张硅片表面积增加22.5％以上，进一步提高了设备产能。
进一步的，线切割粘棒工装时，采用双向往复切割，随着多边形晶棒切割面积大小的变化，单位时间需求钢线量做同步变化，采用这种方式使得参与切割的钢线磨损更加均匀，从而保证加工出的硅片品质不受影响；采用这种方式切割能够保证出刀时顺利切透，进一步降低崩边、边缘的不良。
进一步的，线切割粘棒工装时，将多边形晶棒沿径向等分为若干段，随着多边形晶棒切割面积大小的变化趋势，单位时间需求钢线量以及进给量做同步变化，因此能够满足不同边数的晶棒切割，而且在切割时可操作性更强。
【附图说明】
图1为本发明所使用的树脂版的结构示意图；
图2为本发明所使用的晶托的结构示意图；
图3为本发明所使用的晶棒的一种实施例的结构示意图；
图4为本发明的实施1和实施例2中所使用的晶托、树脂板、晶棒三者粘接方式示意图；
图5为本发明的截面为正六棱柱的晶棒在切割仓中安装待切割示意图；
图6为本发明实例1中对六棱柱晶棒分割方式示意图；
图7本发明实例1中切割位置、进给速度、分割数、线速度关系图；
图8为本发明六棱柱需求的另一种树脂板结构示意图；
图9为本发明实例2中切割正六棱柱晶棒另一种分割方式示意图；
图10为本发明实例2中切割正六棱柱晶棒的另一种分割方式示意图；
图11为本发明实例2中切割位置、进给速度、分割数、线速度关系图；
图12为本发明实例3中切割正五棱柱晶棒在切割仓中安装待切割示意图；
图13为本发明实例3中切割正五棱柱晶棒的一种分割方式示意图；
图14为本发明实例3中切割位置、进给速度、分割数、线速度关系图。
其中，1-树脂板，2-晶托，2-1-安装孔，3-晶棒，4-等分线，5-线网，6-1-第一主辊，6-2-第二主辊，7-槽，8-切割起始位置，9-分割线。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。
如图1-图14所示，本发明的多边结构尺寸硅片的粘棒工装，包括树脂板1、晶托2和边数不少于五的正多边形晶棒3，树脂板1与晶托2粘接，多边形晶棒3粘接于树脂板1的表面。
如图1、图4和图12所示，树脂板为平板状，多边形晶棒的一个面与树脂板粘接。
如图8和图9所示，树脂板与多边形晶棒粘接的面上设有V形槽，该V形槽两边的夹角与多边形晶棒相邻两个面的夹角相同。
本发明的一种多边结构尺寸硅片的切割方法，包括如下步骤：
步骤一、粘胶，将树脂板1、晶托2和边数不少于五的多边形晶棒3粘接为粘棒工装，具体的，先将树脂板与晶托粘接，固化20-30min，再将多边形晶棒与树脂板粘接，预固化20-40min，再将多边形晶棒、树脂板和晶托粘接而成的粘棒工装放置到二次固化区，固化2-4h；
步骤二、上料，先对晶棒进行清洁，检查棱边有无破损缺口，再将粘棒工装安装到上下料工装上；
步骤三、切割，通过线切割将粘棒工装沿径向切割成切割片，具体的，线切割粘棒工装时，采用双向往复切割，将多边形晶棒沿径向等分为若干段，随着多边形晶棒切割面积大小的变化趋势，单位时间需求钢线量以及进给量做同步变化，以使得参与切割的钢线磨损更加均匀；
在开始线切割粘棒工装时，钢线速度设定为500-800m/min，进给速度设定为0.4-1mm/min，当切割到2-3mm时，钢线速度设定为1000-1500m/min，切割最大进给速度设定为1.5mm/min；
步骤四、下料，通过上下料工装将加工完成后的切割片从切片机中卸下，运送脱胶机中，加工完成的料包含树脂板、晶托、硅片三者粘接成的一体；
步骤五、脱胶，将切割片进行脱胶，使树脂板、晶托和硅片分离。
实施例1
一种多边结构太阳能光伏硅片的切割方法，其步骤：(1)粘胶；(2)上料；(3)切割；(4)下料；(5)脱胶，清洗检测，包装，其中，
(1)粘胶：如图1所示，树脂板1厚度5-20mm，长度600-700mm，宽度100-150mm，图2所示为，晶托2粘胶表面长×宽为600×120mm，优选为620×115mm，更优选为650×110mm，所述晶托上设有与上下料工装夹具以及设备连接的连接孔2-1；图3所示，所述晶棒3的形状为正六棱柱，边长尺寸为100-110mm，优选为108mm。所述将树脂板1与晶托2粘接，固化20-30min；所述将正六边形棱柱晶棒3其中一个侧平面与树脂板粘接，预固化20-40min；所述将树脂板、晶托、多边结构晶棒三者粘接成的一体放置到二次固化区，固化2-4h，如图4所示。
(2)上料：使用上料工装将树脂板1、晶托2、正六棱柱晶棒3三者粘接成的一体(粘棒工装)安装到上下料工装上，并用酒精对晶棒做清洁，检查棱边有无破损缺口。所述，安装位置为晶托上的安装孔2-1与上下料工装配合。
(3)线切割：切割钢线为通常所用电镀金刚线。切割方法为随着切割面积的变化，单位时间内所需求钢线量也在做同步变化。
如图5所示，粘接好的料在线网5上方，线网安装在两个对称主辊(即第一主辊6-1和第二主辊6-2)上，所述主辊上涂覆有弹性材料，优选为聚氨酯。弹性材料上刻有均匀一致的槽7，用来承载钢线，保证切割出硅片的厚度。
如图6所示，晶棒等分分割示意图，将晶棒横断面等分为N＝N1+N2＝10份；以分割线9为界线将晶棒横断面分为上下两部分，其中N1＝5为下半部分分割数，N2＝5为上半部分分割数。开始切割时，钢线速度设定为500m/min，进给速度设定为0.6mm/min，当切割到2mm(即到达切割线起始位置8)处时，钢线速度设定为1200m/min，切割最大进给速度设定为1.5mm/min，采用往复双向切割，每分割数需要钢线量依照逐渐递增、逐渐递减方式进给。如：设定总新线供给量SN＝6.3km，硅棒横断面总分割数N＝N1+N2＝10，N1＝5，N2＝5。分割数从下向上依次记为1，2，3…10。前5个分割数的新线供给量以等差数列形式递增，其中第1个分割数新线供给量记作a1＝0.3km，第2个分割数新线供给量a2＝0.5km，依次，第5个分割数新线供给量a5＝1.1km，公差为D1＝a2-a1＝200m，且D1＞0；第6个至第9个分割数的新线供给量以等差数列形式递减，第9个分割数的新线供给量与第10个分割数的新线供给量相等，其中第6个分割数新线供给量a6＝0.9km，第7个分割数新线供给量a7＝0.7km，第9、10个分割数新线供给量a9＝a10＝0.3km，公差为D2＝a6-a7＝200m，且D2＞0。如图7所示，为该实例切割位置与新线供给量关系曲线。
(4)下料：使用上下料工装将切完成后的料卸下，所述，下料工装应通过晶托插孔来完成下料。下料后需要切割硅片外观有无破损。
(5)脱胶，清洗检测，包装：工艺要求脱胶、清洗、包装工艺与现有的相同；所述检测工艺中要求设定检测设备硅片尺寸为本发明多边结构硅片尺寸。检测设备可选为汉尼科，可选为应用材料等。
实施例2：一种多边结构太阳能光伏硅片的切割方法，其步骤：(1)粘胶；(2)上料；(3)切割；(4)下料；(5)脱胶，清洗检测，包装。其中，
(1)粘胶：如图8所示，树脂板为楔形结构，所述与晶托粘接表面尺寸：长度为600-700mm，宽度100-150mm；树脂板的第一上表面1.1与第二上表面1.2与晶棒上同一棱边两侧的表面粘接，晶托2粘胶表面长×宽为600×120mm。所述晶托上具有与上下料工装夹具以及设备连接的连接孔2-1。所述晶棒3为正六棱柱，边长尺寸为100-110mm，优选为108mm。所述将树脂板与晶托2粘接，固化20-30min；所述将正六边形棱柱晶棒3其中2个平面即上同一棱边两侧的表面与树脂板的第一上表面1.1和第二上表面1.2粘接，预固化20-40min；所述将树脂板、晶托、多边结构晶棒三者粘接成的一体放置到二次固化区，固化2-4h。
(2)上料：使用上料工装将树脂板、晶托2、正六棱柱晶棒3三者粘接成的一体安装到上下料工装上，并用酒精对晶棒做清洁，检查棱边有无破损缺口。所述，安装位置为晶托上的安装孔2-1与上下料工装配合。
(3)线切割：将料装入切片机后，如图9所示，为切割六棱柱晶棒在切片机中的另一种切割示意图。其中粘接好的料在线网5上方，线网安装在两个对称主辊上，所述主辊上涂覆有弹性材料，优选为聚氨酯。弹性材料商刻有均匀一致的槽，用来承载钢线，保证切割出硅片的厚度。
如图10所示，晶棒等分分割示意图，总体以分割线9为界线将晶棒横断面分为上中下三部分，通过等分线4将晶棒横断面分为N＝13份，下部分为N1＝5份，中部分为N2＝3份，上部分为N3＝5份。开始切割时，钢线速度设定为700m/min，进给速度设定为0.8mm/min，当切割到2mm(即到达切割线起始位置8)处时，钢线速度设定为1400m/min，切割最大进给速度设定为1.5mm/min，采用往复双向切割，每分割数需要钢线量依照逐渐递增、恒定、逐渐递减方式进给。如：设定总新线供给量SN＝7km，硅棒横断面总分割数N＝N1+N2+N3＝13，N1＝5，N2＝3，N3＝5，分割数从下向上依次记为0，2，3…12。N1分割为5部分，前5个分割数的新线供给量以等差数列形式递增，其中第0个分割数新线供给量记作a0＝0.1km，第1个分割数新线供给量a1＝0.2km，依次第4个分割数新线供给量a4＝0.5km，公差为D1＝a2-a1＝100m,且D1＞0；N2分割为3部分，分割数新线供给量分别记作a5、a6、a7且各部分新线供给量均为C＝0.9km；N3分割为5部分，分别记为a8,a9….a12。第8个至第11个分割数的新线供给量以等差数列形式递减，第11个分割数的新线供给量与第12个分割数的新线供给量相等，其中第8个分割数新线供给量a8＝0.7km，第9个分割数新线供给量a9＝0.6km，第10个分割数新线供给量a10＝0.5km，第11、12个分割数新线供给量a11＝a12＝0.4km，公差为D2＝a8-a9＝200m,且D2＞0。如图11所示，为该实例切割位置与新线供给量关系曲线。
(4)下料：使用上下料工装将切完成后的料卸下，所述，下料工装应通过晶托插孔来完成下料。下料后需要切割硅片外观有无破损。
(5)脱胶，清洗检测，包装：工艺要求脱胶、清洗、包装工艺与现有的相同；所述检测工艺中要求设定检测设备硅片尺寸为本发明多边结构硅片尺寸。检测设备可选为汉尼科，可选为应用材料等。
实施例3：一种多边结构太阳能光伏硅片的切割方法，其步骤：(1)粘胶；(2)上料；(3)切割；(4)下料；(5)脱胶，清洗检测，包装。其中，
(1)粘胶：如图12所示，切割晶棒为五棱柱体。树脂板1：长度为680mm，宽度为125mm；树脂板1上表面与晶棒的一个侧面粘接，晶托2粘胶表面长×宽优选为650×115mm，更优选为680×110mm。所述晶棒3为正五棱柱，边长尺寸为123mm，优选为123.6mm。所述将树脂板1与晶托2粘接，固化20-30min；将正五边形棱柱晶棒3其中1个平面与树脂板上表面粘接，预固化20-40min；树脂板、晶托、多边结构晶棒三者粘接成的一体3放置到二次固化区，固化2-4h。
(2)上料：使用上料工装将树脂板1、晶托2、正六棱柱晶棒3三者粘接成的一体安装到上下料工装上，并用酒精对晶棒做清洁，检查棱边有无破损缺口。所述，安装位置为晶托上的安装孔2-1与上下料工装配合。
(3)线切割：如图13所示，晶棒分割示意图，总体以分割线9为界线将晶棒横断面分为上下两部分，通过等分线4将晶棒横断面分为10份，下部分为N1＝4份，上部分为N2＝6份。开始切割时，钢线速度设定为650m/min，进给速度设定为0.8mm/min，当切割到3mm(即到达切割线起始位置8)处时，钢线速度设定为1500m/min，切割进给速度设定为1.5mm/min，采用往复双向切割，每分割数需要钢线量依照逐渐递增、逐渐递减方式进给。设定总新线供给量SN＝6km，硅棒横断面总分割数N＝N1+N2，N1＝4，N2＝6。分割数从下向上依次为1,2,3…10。第1-4个分割数依次记为a1,a2,a3,a4，前4个分割数的新线供给量以等差数列形式递增，其中第1个分割数新线供给量记作a1＝0.1km，第2个分割数新线供给量a2＝0.3km，依次第4个分割数新线供给量a4＝0.7km，差为D1＝a2-a1＝200m,且D1＞0；第5-10个分割数依次记为a5,a6...a9,a10，第5个至第10个分割数的新线供给量以等差数列形式递减，其中第5个分割数新线供给量a5＝1km，第6个分割数新线供给量a6＝0.9km，第10个分割数新线供给量a10＝0.5km，公差为D2＝a5-a6＝100m,且D2＞0。如图14所示，为切割位置与新线供给量关系曲线。
(4)下料：使用上下料工装将切完成后的料卸下，所述，下料工装应通过晶托插孔来完成下料。下料后需要切割硅片外观有无破损。
(5)脱胶，清洗检测，包装：工艺要求脱胶、清洗、包装工艺与现有的相同；所述检测工艺中要求设定检测设备硅片尺寸为本发明多边结构硅片尺寸。检测设备可选为汉尼科，可选为应用材料等。
本发明的有益性在于，所述切割钢线为通常所用电镀金刚线。切割方法为随着切割面积的变化，单位时间内所需求钢线量也在做同步变化，原因是：采用这种方式使得参与切割的钢线磨损更加均匀，从而保证加工出的硅片品质不受影响；采用这种方式切割能够保证出刀时顺利切透，进一步降低崩边、边缘的不良。同时切割出的单张硅片表面积比现有的单张硅片表面积增加22.5％，进一步提高了设备产能，也能够提高电池组件单位面积发电量。
以上仅为本发明的优选实施方式，旨在体现本发明特征所带来的优越性，并非是对本发明技术方法的限制。本领域技术人员应当了解，一切基于本发明技术内容所做的修改、变化或者替代技术特征，皆应涵盖于本发明所附权利要求主张的技术范畴。

Claims (10)

1.一种多边结构尺寸硅片的切割方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、粘胶，将树脂板(1)、晶托(2)和边数不少于五的多边形晶棒(3)粘接为粘棒工装；
步骤二、上料，将粘棒工装安装到上下料工装上；
步骤三、切割，通过线切割将粘棒工装沿径向切割成切割片；
步骤四、下料，通过上下料工装将加工完成后的切割片从切片机中卸下；
步骤五、脱胶，将切割片进行脱胶，使树脂板、晶托和硅片分离。
2.根据权利要求1所述的一种多边结构尺寸硅片的切割方法，其特征在于，所述步骤一中，先将树脂板与晶托粘接，固化20-30min，再将多边形晶棒与树脂板粘接，预固化20-40min，再将多边形晶棒、树脂板和晶托粘接而成的粘棒工装放置到二次固化区，固化2-4h。
3.根据权利要求1所述的一种多边结构尺寸硅片的切割方法，其特征在于，所述步骤二中，将粘棒工装安装到上下料工装上后，对晶棒进行清洁。
4.根据权利要求1所述的一种多边结构尺寸硅片的切割方法，其特征在于，所述步骤三中，线切割粘棒工装时，采用双向往复切割，随着多边形晶棒切割面积大小的变化，单位时间需求钢线量做同步变化，以使得参与切割的钢线磨损更加均匀。
5.根据权利要求4所述的一种多边结构尺寸硅片的切割方法，其特征在于，线切割粘棒工装时，将多边形晶棒沿径向等分为若干段，随着多边形晶棒切割面积大小的变化趋势，单位时间需求钢线量以及进给量做同步变化。
6.根据权利要求1所述的一种多边结构尺寸硅片的切割方法，其特征在于，在开始线切割粘棒工装时，钢线速度设定为500-800m/min，进给速度设定为0.4-1mm/min，当切割到2-3mm时，钢线速度设定为1000-1500m/min，切割最大进给速度设定为1.5mm/min。
7.一种多边结构尺寸硅片的粘棒工装，其特征在于，包括树脂板(1)、晶托(2)和边数不少于五的多边形晶棒(3)，树脂板(1)与晶托(2)粘接，多边形晶棒(3)粘接于树脂板(1)的表面。
8.根据权利要求7所述的一种多边结构尺寸硅片的粘棒工装，其特征在于，所述树脂板为平板状，多边形晶棒的一个面与树脂板粘接。
9.根据权利要求7所述的一种多边结构尺寸硅片的粘棒工装，其特征在于，所述树脂板与多边形晶棒粘接的面上设有V形槽，该V形槽两边的夹角的与多边形晶棒相邻两个面的夹角相同。
10.根据权利要求7所述的一种多边结构尺寸硅片的粘棒工装，其特征在于，所述多边形晶棒的截面形状为正多边形。
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