CN107415067B - 一种利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，利用金刚石线高速进给对单晶硅圆棒产生切割；该开方方法的具体步骤包括如下步骤：(1)绕线：金刚石通过切割轮和导轮后缠绕成呈井字结构的线网；(2)安装单晶硅圆棒：将单晶硅圆棒安装到工作台上，金刚石切割线在单晶硅圆棒和位于其前后左右的导向轮之间形成了一个张角；(3)设定参数：根据单晶硅圆棒的直径设定线张力、进给速度、新线进给量；(4)切割：金刚石切割线与待切割的单晶硅圆棒的相对运动，使切割不断地进行；(5)切割完成，程序结束。本发明的优点在于：进给速度得以提高，新线进给量减少，钢线消耗量减少，且开方后准方棒质量处于受控状态。

Description

一种利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法
技术领域
本发明涉及单晶硅加工技术领域，尤其涉及一种利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法。
背景技术
在现有的线开方技术起源于多线切割技术，是一种不影响工件特性的物理加工方法。通过交错的金属丝网的高速往复运动，把磨粒带入工件加工区域进行研磨，最终把单晶硅圆棒切割成准方棒。在整个切割过程中，主要涉及高速运动的金属线，切割砂(绿碳化硅)，切割液和切割工件。切割过程是金属丝，切割液中的切割砂与工件相互接触的复杂过程。切割砂在此起着刀具的作用，金属线并不进行磨削加工而是主要起着将切割液高速带入切割区并对切割砂起载荷的作用，切割液主要起分散切割砂和冷却作用。
随着全球各国绿色能源的推广和近年来光伏产业的超规模发展，硅片市场的供需已极度不平衡，加工能力落后的砂浆线开方技术已构成了硅片加工的瓶颈。
金刚线开方是一种新型的硅棒开方加工技术，具有加工效率高，精度高，损耗小和方便后续加工等特点。通过提高进给速度，减少新线进给量等工艺条件达到减少加工时间和降低切割钢线的消耗量，逐渐成为硅片加工企业的新宠。
但是，在实际的生产过程中，利用上述生产工艺生产单晶方棒，发现采用金刚石切割线方法进行加工的情况下，金刚石切割线的规格及选用的切割参数不同，成品受到的影响较大：有的方棒表面平整度不好，切割效率低，切割面有凹凸面，垂直度差，容易出现大小头，即头部边距大或尾部边距小。
因此，如何针对上述现有技术所存在的缺点进行研发改良，实为相关业界所需努力研发的目标，本发明设计人有鉴于此，乃思及创作的意念，遂以多年的经验加以设计，经多方探讨并试作样品试验，及多次修正改良，乃推出本发明。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了改善了切割参数及选用适宜金刚石切割线的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法。
(二)技术方案
本发明提供了一种利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，利用金刚石线高速进给对单晶硅圆棒产生切割；
单晶硅圆棒的规格尺寸：直径216±3mm，长度根据拼棒要求确定长度；
所述金刚石切割线为：基体是直径为0.39～0.42mm的高碳钢丝，基体上嵌布有粒径为40～50um的金刚石颗粒；
该开方方法的具体步骤如下：
(1)绕线：金刚石切割线自绕线筒伸出，绕设在错开布置的张紧轮上，又通过切割轮和导轮后缠绕成呈井字结构的线网，在电机驱动下，带动切割轮转动，切割轮再带动切割线运动，切割线再带动导轮转动，从而通过金刚石线将所有导轮联系起来，切割轮、导轮和切割线便快速运转；
(2)安装单晶硅圆棒：将单晶硅圆棒安装到工作台上，金刚石切割线在单晶硅圆棒和位于其前后左右的导向轮之间形成了一个张角；
(3)设定参数：根据单晶硅圆棒的直径设定，线张力105N，进给速度为0.9～1.1mm/min，新线进给量8～10m/min；
(4)切割：高速旋转并往复回转的绕线筒带动金刚石切割线做往复运动，金刚石切割线被张紧轮所张紧，同时加设导向轮以确保切割精度和面型；金刚石切割线在单晶硅圆棒和导向轮之间形成了一个张角，金刚石线成弧状，因此在单晶硅圆棒上施加切割力，金刚石切割线与待切割的单晶硅圆棒产生相对运动，使切割不断地进行；切割完成，程序结束。
在本发明的一些实施例中，所述步骤(4)中，切割位置持续喷洒冷却液。
在本发明的一些实施例中，所述冷却液流量为380kg/min。
在本发明的一些实施例中，所述冷却液为水。
在本发明的一些实施例中，所述水的温度为23℃。
在本发明的一些实施例中，所述步骤(2)中，单晶硅圆棒和导向轮之间张角的范围为10°～20°。
在本发明的一些实施例中，所述金刚石切割线的为电镀金刚石切割线。
在本发明的一些实施例中，所述单晶方棒相邻面的垂直度小于1mm。
在本发明的一些实施例中，所述张紧轮具有三个，包括从下至上依次错开布置的第一张紧轮、第二张紧轮及第三张紧轮。
在本发明的一些实施例中，所述第二张紧轮为张力检测轮，其上设有检测金刚石线张力的张力传感器，其轮心处垂直安装有一段方头安装柱，所述方头安装柱的末端具有一段具有外螺纹的紧固柱。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明至少具有以下有益效果其中之一：
(1)进给速度得以提高，新线进给量减少，钢线消耗量减少，且开方后准方棒质量处于受控状态；
(2)采用水作为冷却液，成本大大降低，且容易操作，切割室中比较干净；
(3)单晶硅圆棒与金刚石切割线之间产生切割力，因此作用在单晶硅圆棒与导向轮之间的金刚石切割线具有角度，配合金刚石切割线的高速进给，实现切割单晶硅圆棒；
(4)第二张紧轮为张力检测轮，通过方头安装柱和锁紧柱实现可拆卸的目的，安装柱保证第二张紧轮安装处不产生旋转，锁紧柱将第二张紧轮锁紧在机架上，该结构可以实现张力检测轮的更换。
附图说明
图1为本发明实施例的张紧轮的示意图。
图2为本发明实施例的第二张紧轮示意图。
【本发明主要元件符号说明】
1、第一张紧轮； 2、第二张紧轮； 21、安装柱；
22、锁紧柱； 3、第三张紧轮。
具体实施方式
本发明提供了一种利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法。进给速度得以提高，新线进给量减少，钢线消耗量减少，且开方后准方棒质量处于受控状态。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
实施例一
在本发明的一个示例性实施例中，提供了利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法。利用金刚石线高速进给对单晶硅圆棒产生切割；
其中，单晶硅圆棒的规格尺寸：直径216±3mm，长度根据拼棒要求确定长度。
金刚石切割线为：基体是直径为0.39mm-0.42mm的高碳钢丝，基体上嵌布有粒径为40um-50um的金刚石颗粒；
该开方方法的具体步骤如下：
(1)绕线：金刚石切割线自绕线筒伸出，绕设在错开布置的张紧轮上，又绕到导向轮上，并将金刚石切割线横架在工作台上方；通过切割轮和导轮缠绕有井字结构的线网；
(2)安装单晶硅圆棒：将单晶硅圆棒安装到工作台上，金刚石切割线在单晶硅圆棒和位于其前后左右的导向轮之间形成了一个张角，张角角度在15度-20度左右；
(3)设定参数：根据单晶硅圆棒的直径设定，线张力105N，进给速度为0.9mm/min，新线进给量10m/min，新线进给量为一个循环水流量380kg/min，切割水温度23摄氏度。在此工艺条件下生产出的硅方棒几何尺寸满足公差要求，相邻面垂直度小于1mm，后续平磨滚磨加工无质量异常反馈；
(4)切割：高速旋转并往复回转的绕线筒带动金刚石切割线做往复运动，金刚石切割线被两个张紧轮所张紧，同时加设导向轮以确保切割精度和面型；金刚石切割线在单晶硅圆棒和导向轮之间形成了一个张角，金刚石线成弧状(线弓)，因此施加到被切割物件上的连同金刚石切割线与待切割的单晶硅圆棒的相对运动才使切割不断地进行，切割位置持续喷洒冷却液，冷却液为廉价易得的水，水的温度为23℃，流量为380kg/min；
(5)切割完成，程序结束。
实施例二
其他方案与实施例一相同的情况下，进给速度提高到1.0mm/min，新线进给量从10m/min，减少至8m/min。如图1、图2所示，由于张紧轮具有三个，包括从下至上依次错开布置的第一张紧轮1、第二张紧轮2及第三张紧轮3。第二张紧轮2轮心处垂直安装有一段方头安装柱21，方头安装柱21的末端具有一段具有外螺纹的紧固柱22，此时，更换第二张紧轮2，保证张力检测的有效性和准确性。
实施例三
其他方案与实施例一相同的情况下，进给速度提高到1.1mm/min，新线进给8m/min。相应更换第二张紧轮的大小，保证线张力。
一般加工后的单晶硅方棒的表面粗糙度在0.8～1.0um左右，切割面的垂直度在90±0.2°或90±0.3°，取实施例一、实施例二及实施例三所得单晶硅方棒样品，分别检测其相邻面垂直度、表面粗糙度及切割所需时间，得表1，如下：
表1
切割面垂直度(°) 表面粗糙度(um) 所需时间(min)
实施例一 90±0.1 0.69 660
实施例二 90±0.1 0.62 590
实施例三 90±0.1 0.58 600
从上表可见，切割面垂直度稳定，垂直度较好；表面粗糙度有较大的改善，切割时间没有延长。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，利用金刚石线高速进给对单晶硅圆棒产生切割；
单晶硅圆棒的规格尺寸：直径216±3mm，长度；根据拼棒要求确定长度；
所述金刚石切割线为：基体是直径为0.39～0.42mm的高碳钢丝，基体上嵌布有粒径为40～50um的金刚石颗粒；
该开方方法的具体步骤如下：
(1)绕线：金刚石切割线自绕线筒伸出，绕设在错开布置的张紧轮上，又通过切割轮和导轮后缠绕成呈井字结构的线网，在电机驱动下，带动切割轮转动，切割轮再带动切割线运动，切割线再带动导轮转动，从而通过金刚石线将所有导轮联系起来，切割轮、导轮和切割线便快速运转；
(2)安装单晶硅圆棒：将单晶硅圆棒安装到工作台上，金刚石切割线在单晶硅圆棒和位于其前后左右的导向轮之间形成了一个张角；
(3)设定参数：根据单晶硅圆棒的直径设定，线张力105N，进给速度为0.9～1.1mm/min，新线进给量8～10m/min；
(4)切割：高速旋转并往复回转的绕线筒带动金刚石切割线做往复运动，金刚石切割线被张紧轮所张紧，同时加设导向轮以确保切割精度和面型；金刚石切割线在单晶硅圆棒和导向轮之间形成了一个张角，金刚石线成弧状，因此在单晶硅圆棒上施加切割力，金刚石切割线与待切割的单晶硅圆棒产生相对运动，使切割不断地进行；
(5)切割完成，程序结束。
2.根据权利要求1所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，切割位置持续喷洒冷却液。
3.根据权利要求2所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述冷却液流量为380kg/min。
4.根据权利要求2所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述冷却液为水。
5.根据权利要求4所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述水的温度为23℃。
6.根据权利要求1所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，单晶硅圆棒和导向轮之间张角的范围为10°～20°。
7.根据权利要求1所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述金刚石切割线的为电镀金刚石切割线。
8.根据权利要求1所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述单晶硅圆棒相邻面的垂直度小于1mm。
9.根据权利要求1所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述张紧轮具有三个，包括从下至上依次错开布置的第一张紧轮、第二张紧轮及第三张紧轮。
10.根据权利要求9所述的利用金刚线对单晶硅圆棒切割开方的方法，其特征在于，所述第二张紧轮为张力检测轮，其上设有检测金刚石线张力的张力传感器，其轮心处垂直安装有一段方头安装柱，所述方头安装柱的末端具有一段具有外螺纹的紧固柱。
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Address after: Room 705-2, 7th floor, Building A, Zhongyuan Science and Technology Innovation Park, No. 6596 Dongfanghong East Road, Yuanqiao Town, Economic and Technological Development Zone, Dezhou City, Shandong Province, 253000 (production address: Workshop 1 of Yifang Steel Structure Co., Ltd. in Chongde, Yuanqiao Town)

Patentee after: Dezhou Beili Tool Co.,Ltd.

Address before: Room 1203, No. 2 Houkenanli, Haicang District, Xiamen City, Fujian Province, 361000

Patentee before: Xiamen Luan Chuang Technology Co.,Ltd.