CN107199643B - 一种金刚线切割硅棒的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金刚线切割硅棒的方法，切割时，钢线正向走线至完全切入硅棒内部后再反向走线。在切割时，a、待切割的硅棒夹紧后，缓慢下降硅棒，待硅棒的最低点接触金刚线网时，将该位置设置为进刀零点；b、进刀起始位置设置为P，P＞0；c、当硅棒下降至0～‑5mm范围内时，工作台下降的速度设定为V1，钢线行走的速度设定为V2，钢线正向走线距离设定为S，钢线反向走线距离设定为S1。其通过切割时钢线正向走线在完全切入硅棒后再反向走线，从而避免换向时抖动造成左右移位，解决了硅棒尺寸不均匀和操作人员零点对刀复位偏差导致的进刀侧硅片厚度不良问题。

Description

一种金刚线切割硅棒的方法
技术领域
本发明涉及硅棒加工技术领域，尤其涉及一种树脂金刚线或电镀金刚线切割硅棒的方法。
背景技术
太阳能光伏发电作为最有潜力的可再生资源利用形式之一，在近年来取得了飞速的发展。硅片制备的太阳能电池具有光电转换效率较高且成本较低的优势，已逐渐占据了整个光伏行业的80％以上的市场份额。而且随着“平价上网”政策的驱动，这一比例还有望继续提高。
在硅片制造行业，目前比较成熟的制造工艺为钢线携带碳化硅和聚乙二醇悬浮液对硅棒进行切割。由于此切割方法是通过钢线携带碳化硅对硅棒进行三体磨削，碳化硅进入到切割区域的量相对较少，所以每次对硅棒的加工过程需要7～9h，这种切割方式生产效率较低，而且切割结束后碳化硅和聚乙二醇难以完全回收利用，会产生大量的废弃物，对环境造成一定污染。
最近1～2年内，随着电池片制绒技术的进步，尤其湿法黑硅技术的量产，金刚线切割硅棒技术才得以大规模应用和发展。与常规的碳化硅切割模式不同，金刚线切割硅棒是两体磨削方式，金刚石固结在钢线表面，通过钢线的高速运动金刚石可直接对硅棒进行磨削加工。这种切割模式效率较高，每次对硅棒的加工过程可缩短至2～3h，而且切割过程产生的硅粉可直接回收利用，无多余污染物产生。
金刚线切割硅棒生产效率大幅提高，工作台下降的速度大幅提升，但是由于硅棒尺寸存在差异或零点对刀存在误差，钢线在加速或减速过程中切割力较弱，若此时钢线接触硅棒，将发生左右位移摆动，这样容易导致硅片在进刀口出现厚薄片，硅片总厚度偏差(Total Thickness Variation，TTV)比例较高，硅片合格率偏低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种金刚线切割硅棒的方法，能够解决硅棒尺寸不均匀和操作人员零点对刀复位偏差导致的进刀侧硅片厚度不良问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种金刚线切割硅棒的方法，切割时，钢线正向走线至完全切入硅棒内部后再反向走线。优选的，切入硅棒内部的距离为1.5～2mm，例如可以为1.5mm、 1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2mm。
作为优选，在切割时，需满足以下条件：
a、待切割的硅棒夹紧后，缓慢下降硅棒，待硅棒的最低点接触金刚线网时，将该位置设置为进刀零点；
b、进刀起始位置设置为P，单位为mm，P＞0，即：硅棒下降至进刀零点后上升至位置P；
当切片机自动运行后，硅棒开始下降的起始位置为距离金刚线网P；
c、当硅棒下降至0～-5mm范围内时，
工作台下降的速度设定为V1，单位为mm/min，
钢线行走的速度设定为V2，单位为m/s，
钢线正向走线距离设定为S，单位为m，
钢线反向走线距离设定为S1，单位为m，
其中，
S＝[(P+A)/V1]×60×V2，A为1.5～2；例如A可以为1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2等。通过上述公式计算可知，在本发明中，S取值在857-2400m左右。
S1＝S-Y，Y为20～50m，例如Y可以为20m、21m、22m、23m、24m、25m、 26m、27m、28m、29m、30m、31m、32m、33m、34m、35m、36m、37m、38m、39m、40m、41m、42m、43m、44m、45m、46m、47m、48m、49m、50m等。
作为优选，金刚线切割的时长为2.3～2.6h。例如2.3h、2.4h、2.5h、2.6h。
作为优选，进刀起始位置设置P为1～2mm；例如1mm、1.1mm、1.2mm、 1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、2.0mm。
当硅棒下降至0～-5mm范围内时，工作台下降的速度设定为1.0～1.4mm/min，例如1.0mm/min、1.1mm/min、1.2mm/min、1.3mm/min、1.4mm/min；
钢线行走的速度设定为8～10m/s，例如8m/s、8.5m/s、8.75m/s、9m/s、9.3m/s、9.75m/s、10m/s；其中，步骤c中，钢线行走的速度为8.75m/s；
钢线正向走线距离设定为1500～1800m，例如1500m、1550m、1600m、 1650m、1700m、1750m、1800m。
作为优选，在切割之前还包括硅棒粘接，在切割时，硅棒夹紧固定在切片机上。
作为优选，硅棒的边长为156.5～157.3mm。例如156.5mm、156.6mm、 156.7mm、156.8mm、156.9mm、157.0mm、157.1mm、157.2mm、157.3mm。
作为优选，在切割之后还包括：
硅片脱胶：将切割得到的硅片放入稀释乳酸中浸泡，以使硅片与树脂板脱离；
硅片插片：将硅片脱胶得到的硅片逐片插入到清洗花篮内；
硅片清洗：将装有硅片的花篮放置到硅片自动清洗机内清洗干净，得到硅片。
作为优选，在硅片脱胶中，稀释乳酸的温度为60～75℃，例如可以为60℃、 62℃、65℃、68℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃。
作为优选，在硅片脱胶中，稀释乳酸的体积分数为9～11％，例如9％、9.2％、9.4％、9.6％、9.8％、10％、10.2％、10.4％、10.6％、10.8％、11％。
作为优选，在硅片脱胶中，稀释乳酸的浸泡时长为4～6min，例如4min、 4.1min、4.2min、4.3min、4.4min、4.5min、4.6min、4.7min、4.8min、4.9min、 5min、5.1min、5.2min、5.3min、5.4min、5.5min、5.6min、5.7min、5.8min、5.9min、 6min。
本发明的金刚线切割硅棒的方法，具有如下优势：
1)通过切割时钢线正向走线在完全切入硅棒后再反向走线，从而避免正反向换向时钢线抖动造成钢线在垂直走线的方向发生移位，解决了硅棒尺寸不均匀和操作人员零点对刀复位偏差导致的进刀侧硅片厚度不良问题。
2)通过对金刚线切割硅棒的切割进刀工艺进行优化，利用进刀正、反向走线采用长循环，通过工作台下降速度和钢线正向走线速度、正向走线距离的匹配，保证钢线在正向走线过程中完全切割到硅棒内部，然后再降速换向走线，从而使得零点对刀的允许偏差范围能够放宽至2mm，与现有金刚线切割硅棒的方法相比，该方法切割硅片的总厚度偏差(TTV)比例可下降1％～2％。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本发明的金刚线切割硅棒的方法，其硅棒可以是多晶硅棒，也可以是单晶硅棒。在切割时，钢线正向走线至完全切入硅棒内部后再反向走线。优选的，切入硅棒内部的距离为1.5～2mm，例如可以为1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、 1.9mm、2mm。该切入的距离主要通过以下内容实现。在切割时，需满足以下条件：
a、待切割的硅棒夹紧后，缓慢下降硅棒，待硅棒的最低点接触金刚线网时，将该位置设置为进刀零点；
b、进刀起始位置设置为P，单位为mm，P＞0，即：硅棒下降至进刀零点后上升至位置P；
当切片机自动运行后，硅棒开始下降的起始位置为距离金刚线网P；
c、当硅棒下降至0～-5mm范围内时，
工作台下降的速度设定为V1，单位为mm/min，
钢线行走的速度设定为V2，单位为m/s，
钢线正向走线距离设定为S，单位为m，
钢线反向走线距离设定为S1，单位为m，
其中，
S＝[(P+A)/V1]×60×V2，A为1.5～2。
S1＝S-Y，Y为20～50m。
通过上述的关系运算，可以确定硅棒在切割时下降过程中相关参数的配合，使得正向走线时金刚线完全切入硅棒中后再进行换向反向走线。
实施例1
一种金刚线切割硅棒的方法，包括以下步骤：
1)硅棒粘接：得到硅棒组件；其中，步骤1)中，硅棒的边长为156.7mm；固化时长5h，使胶层达到最大粘接强度。
2)金刚线切割：将步骤1)得到的硅棒组件放入金刚线多线切片机内进行切割形成硅片，切割时，钢线正向走线至完全切入硅棒内部后再反向走线；其中，步骤2)中，切割时长为2.5h。
具体地，金钢线切割满足以下条件：
a、硅棒组件夹紧后，缓慢下降硅棒组件，待硅棒的最低点接触金刚线网时，将该位置设置为进刀零点；此零点复位方法可以包容不同硅棒之间的尺寸偏差范围至2mm；
b、进刀起始位置P设置为2mm，即：硅棒下降至进刀零点后上升2mm；
当切片机自动运行后，硅棒开始下降的起始位置为距离金刚线网2mm；
c、当硅棒下降至0～-5mm的范围内，工作台下降的速度设定为1.4mm/min，钢线行走的速度设定为8.75m/s，钢线正向走线距离设定为1500m，钢线反向走线距离设定为1450m。
这样可以确保钢线切入硅棒2mm，硅棒尺寸可能不均匀，若切入尺寸小于 2mm可能有的部位金刚线尚未切入硅棒。
3)硅片脱胶：将步骤2)得到的硅片放入稀释乳酸中浸泡，以使硅片与树脂板脱离；其中，步骤3)中，稀释乳酸的温度为70℃，稀释乳酸的体积分数为10％，稀释乳酸的浸泡时长为5min。
4)硅片插片：将步骤3)得到的硅片逐片插入到清洗花篮内；
5)硅片清洗：将步骤4)中装有硅片的花篮放置到硅片自动清洗机内清洗干净，得到硅片。
与现有方法相比，零点对刀的允许偏差可以放宽至2mm，且采用该方法切割硅片的总厚度偏差(TTV)比例可下降1.7％。
实施例2
一种金刚线切割硅棒的方法，包括以下步骤：
1)硅棒粘接：得到硅棒组件；其中，步骤1)中，硅棒的边长为157mm；固化时长5.5h，使胶层达到最大粘接强度。
2)金刚线切割：将步骤1)得到的硅棒组件放入金刚线多线切片机内进行切割形成硅片，切割时，钢线正向走线至完全切入硅棒内部后再反向走线；其中，步骤2)中，切割时长为2.6h。
具体地，金钢线切割满足以下条件：
a、硅棒组件夹紧后，缓慢下降硅棒组件，待硅棒的最低点接触金刚线网时，将该位置设置为进刀零点；此零点复位方法可以包容不同硅棒之间的尺寸偏差范围至2mm；
b、进刀起始位置P设置为1mm，即：硅棒下降至进刀零点后上升1mm；
当切片机自动运行后，硅棒开始下降的起始位置为距离金刚线网1mm；
c、当硅棒下降至0～-5mm的范围内，工作台下降的速度设定为1.1mm/min，钢线行走的速度设定为10m/s，钢线正向走线距离设定为1600m，钢线反向走线距离设定为1580m。这样可以确保钢线切入硅棒2mm，硅棒尺寸可能不均匀，若切入尺寸小于2mm可能有的部位金刚线尚未切入硅棒。
3)硅片脱胶：将步骤2)得到的硅片放入稀释乳酸中浸泡，以使硅片与树脂板脱离；其中，步骤3)中，稀释乳酸的温度为60℃，稀释乳酸的体积分数为11％，稀释乳酸的浸泡时长为6min。
4)硅片插片：将步骤3)得到的硅片逐片插入到清洗花篮内；
5)硅片清洗：将步骤4)中装有硅片的花篮放置到硅片自动清洗机内清洗干净，得到硅片。
与现有方法相比，零点对刀的允许偏差可以放宽至2mm，且采用该方法切割硅片的总厚度偏差(TTV)比例可下降1.3％。
实施例3
一种金刚线切割硅棒的方法，包括以下步骤：
1)硅棒粘接：得到硅棒组件；其中，步骤1)中，硅棒的边长为157.3mm；固化时长4.5h，使胶层达到最大粘接强度。
2)金刚线切割：将步骤1)得到的硅棒组件放入金刚线多线切片机内进行切割形成硅片，切割时，钢线正向走线至完全切入硅棒内部后再反向走线；其中，步骤2)中，切割时长为2.3h。
具体地，金钢线切割满足以下条件：
a、硅棒组件夹紧后，缓慢下降硅棒组件，待硅棒的最低点接触金刚线网时，将该位置设置为进刀零点；此零点复位方法可以包容不同硅棒之间的尺寸偏差范围至2mm；
b、进刀起始位置设置为1.8mm，即：硅棒下降至进刀零点后上升1.8mm；
当切片机自动运行后，硅棒开始下降的起始位置为距离金刚线网1.8mm；
c、当硅棒下降至0～-5mm的范围内，工作台下降的速度设定为1.2mm/min，钢线行走的速度设定为9.5m/s，钢线正向走线距离设定为1800m，钢线反向走线距离设定为1750m。
这样可以确保钢线切入硅棒2mm，硅棒尺寸可能不均匀，若切入尺寸小于 2mm可能有的部位金刚线尚未切入硅棒。
3)硅片脱胶：将步骤2)得到的硅片放入稀释乳酸中浸泡，以使硅片与树脂板脱离；其中，步骤3)中，稀释乳酸的温度为75℃，稀释乳酸的体积分数为9％，稀释乳酸的浸泡时长为4min。
4)硅片插片：将步骤3)得到的硅片逐片插入到清洗花篮内；
5)硅片清洗：将步骤4)中装有硅片的花篮放置到硅片自动清洗机内清洗干净，得到硅片。
与现有方法相比，零点对刀的允许偏差可以放宽至2mm，且采用该方法切割硅片的总厚度偏差(TTV)比例可下降1.5％。
对比例1
常规金刚线切割硅棒的进刀工艺如下：
1)零点复位：硅棒组件夹紧后，缓慢下降硅棒，要求所有切割硅棒底部全部接触金刚线网时的位置设置为进刀零点，并且要求切割硅棒的尺寸偏差必须控制在0.5mm以内，否则不能切割；
2)进刀起始位置设置为2mm；
3)在硅棒下降至距金刚线网0.5mm前，工作台下降的速度设定为 1.2mm/min，钢线行走的速度设定为10m/s，钢线正向走线距离设定为630m，钢线反向走线距离设定为620m；
4)在硅棒下降至距金刚线网0.5mm～金刚线切入硅棒2mm内(对应坐标 -2mm)，这一阶段工作台下降的速度设定为1.2mm/min，钢线行走的速度设定为10m/s，钢线正向走线距离设定为630m，钢线反向走线距离设定为615m。
表1本发明实施例与对比例同期切割质量对比
由表1可知，对比例中，由于其正向走线与反向走线采用短循环，来回切换快，切换行走的距离短，因此，当正向走线刚刚接触硅棒就换向，会因为钢线的抖动造成钢线在垂直走线的方向发生移位，从而难以保证切片厚度的一致性。
而本发明中，采用硅棒低点接触线网作为入刀零点，同时配合采用钢线正反转长循环进刀切割，即：保证钢线切入硅棒内部2mm之前始终保持为正向切割，走线速度不会出现加减的过程；待钢线完全切入硅棒内部以后才开始反向走线，这一方法可以完全解决掉硅棒尺寸存在差异、员工零点复位对刀差异等问题。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金刚线切割硅棒的方法，其特征在于，切割时，钢线正向走线至完全切入硅棒内部后再反向走线，切入硅棒内部的距离为1.5～2mm；
在切割时，需满足以下条件：
a、待切割的硅棒夹紧后，缓慢下降硅棒，待硅棒的最低点接触金刚线网时，将该位置设置为进刀零点；
b、进刀起始位置设置为P，单位为mm，P＞0，即：硅棒下降至进刀零点后上升至位置P；
当切片机自动运行后，硅棒开始下降的起始位置为距离金刚线网P；
c、当硅棒下降至0～-5mm范围内时，
工作台下降的速度设定为V1，单位为mm/min，
钢线行走的速度设定为V2，单位为m/s，
钢线正向走线距离设定为S，单位为m，
钢线反向走线距离设定为S1，单位为m，
其中，
S＝[(P+A)/V1]×60×V2，A为1.5～2；
S1＝S-Y，Y为20～50m。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，金刚线切割的时长为2.3～2.6h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进刀起始位置设置P为1～2mm；
当硅棒下降至0～-5mm范围内时，工作台下降的速度设定为1.0～1.4mm/min，钢线行走的速度设定为8～10m/s，钢线正向走线距离设定为1500～1800m。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，在切割之前还包括硅棒粘接，在切割时，硅棒夹紧固定在切片机上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，硅棒的边长为156.5～157.3mm。
6.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，在切割之后还包括：
硅片脱胶：将切割得到的硅片放入稀释乳酸中浸泡，以使硅片与树脂板脱离；
硅片插片：将硅片脱胶得到的硅片逐片插入到清洗花篮内；
硅片清洗：将装有硅片的花篮放置到硅片自动清洗机内清洗干净，得到硅片。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在硅片脱胶中，稀释乳酸的温度为60～75℃。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在硅片脱胶中，稀释乳酸的体积分数为9～11％。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在硅片脱胶中，稀释乳酸的浸泡时长为4～6min。
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