CN107901256B - 金刚线切割多晶硅片的装置及切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金刚线切割多晶硅片的装置及切割方法。金刚线切割多晶硅片的装置，包括切割机，所述切割机包括有两个间隔设置的大导轮、绕设在两个大导轮之间的若干根金刚线、用于喷冷却液的冷却液喷嘴，其特征是：在两个所述大导轮的上方位置平行设置有两个直径小于所述大导轮直径的小导轮，两个所述小导轮位于两个所述大导轮之间内侧且两个所述小导轮的上表面平齐，所述小导轮的表面上间隔设置有若干线槽，所述金刚线自两个小导轮的上表面绕过并分别位于所述小导轮上的线槽内，两个小导轮之间为切割区域，所述金刚线可双向运动。本发明的装置，在切割过程中线网平衡，切割过程中不易产生断线，能够提高硅片成品率。

Description

金刚线切割多晶硅片的装置及切割方法

技术领域

本发明涉及一种金刚线切割多晶硅片的装置，属于多晶硅加工技术领域。本发明还涉及采用该金刚线切割多晶硅片的装置进行切割多晶硅片的方法。

背景技术

多晶硅在光伏等行业有广泛的应用。根据需要，多晶硅块需要通过切割机将其切割为规定厚度的硅片。由于多晶硅硬度高，目前针对大尺寸的多晶硅的切割，均采用金刚石砂线进行加工。金刚石砂线包括母线和金刚石电镀层，金刚石颗粒固结在母线表面且暴露在电镀层外。

现有技术中多晶硅切割通常采用砂浆切割方式进行切割，砂浆切割设备包括两个固定安装在切割机上的导轮，两端安装有轴承箱，通过电机的带动，搭配绕线系统、张力系统、冷却系统、砂浆系统的控制，实现金钢线带动砂浆对硅片进行切割，采用的是直线单方向切割。该设备的导轮的间距一般在500～600mm左右，在直线单方向切割的过程中，不会有什么问题，但是在往复切割的过程中，由于导轮间距过大，金刚线网不稳定，在切割的过程中，容易产生断线和切割异常，无法实现金刚线往复切割。

现有技术中，在采用金刚线切割多晶硅块的时候，通常是将待切割的多晶硅块通过粘接剂粘接在树脂板上，树脂板粘接在晶拖上。在切割过程中，当切割至粘胶面时，很容易出现崩边和缺口的情况，导致产品质量不合格，成品率低。

通常，金刚线母线上的金刚石颗粒越大，切割效率越高，但是会在切割过程中造成过多浪费，反之，金刚石颗粒越小，切割效率越低，同时对碳化硅体的浪费越小。现有技术中通常是将金刚石颗粒的粒径控制在15-50微米，但单晶材料损耗依然很大。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种在切割过程中不易产生断线和切割异常、成品率高、能够降低加工成本的金刚线切割多晶硅片的装置。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种金刚线切割多晶硅片的装置，包括切割机，所述切割机包括有两个间隔设置的大导轮、绕设在两个大导轮之间的若干根金刚线、冷却液喷嘴，其特征是：在两个所述大导轮的上方位置平行设置有两个直径小于所述大导轮直径的小导轮，两个所述小导轮位于两个所述大导轮之间内侧且两个所述小导轮的上表面平齐，所述小导轮的表面上间隔设置有若干线槽，所述金刚线自两个小导轮的上表面绕过并分别位于所述小导轮上的线槽内，两个小导轮之间为切割区域，所述金刚线可双向运动。

本发明中，两个小导轮设置在两个大导轮之间，硅块在两个小导轮之间上方切割，这样缩短了两个大导轮之间的距离，能够稳定金刚线网，切割过程中线网平衡，在切割的过程中不易产生断线，能够提高硅片成品率。金刚线双向切割可降低加工成本。

进一步的，为了确保切割的精度和面型，所述大导轮、小导轮的材质均为聚氨酯树脂，邵氏硬度大于93。

进一步的，所述金刚线为电镀金刚线，金刚线外径为65-75微米，金刚石颗粒粒径为6-10微米，金刚石露在镀层外面的高度为4-6微米，金刚线上的金刚石间隔均匀设置，单面金刚石颗粒数在60-80颗。在保证加工效率、加工质量及保证金刚线强度的情况下，通过减小金刚线外径、减小金刚石颗粒粒径及限定金刚石露在镀层外面的高度及单面金刚石颗粒数，可减少材料损耗，增加单位长度的硅块所产出的硅片的数量，降低加工成本。

进一步的，所述冷却液喷嘴为帘状喷嘴结构，所述冷却液喷嘴包括冷却液导槽、设置在所述冷却液导槽前端的挡板、倾斜设置在所述冷却液导槽前端下部并与所述冷却液导槽前端连接的导流板，所述导流板的下端具有向上弯曲的弧形缓冲槽，所述挡板下部与所述冷却液导流槽之间具有条形的冷却液通道。高流速的冷却液自挡板下部的条形冷却液通道流出，在倾斜设置的导流板上形成倾斜板式水流，能够减少切割回路中泡沫的产生，达到快速降温的目的，减少硅氧化层的产生，并且可以消除泡沫带来的断流概率，提高了产品质量。

本发明还提供了一种利用上述的金刚线切割多晶硅片的装置进行切割多晶硅片的方法，待切割硅块通过胶粘剂粘接在树脂板上，所述树脂板粘接在晶拖上，待切割的硅块置于金刚线网上，通过金刚线对硅块进行切割，其特殊之处是：所述胶粘剂为双组份环氧树脂AB胶胶粘剂，所述胶粘剂中的A组分与B组分的重量比例配比为1:1，混合均匀后涂在粘接面上，用量为每平方厘米0.005-0.006g，待切割硅块粘接在树脂板上静置4-6小时后再进行切割；切割时将待切割硅块置于两个所述小导轮之间上方，金刚线进行双向切割，切割过程中通过冷却液喷嘴喷出冷却液进行冷却。

本发明中，采用独特的粘胶工艺，通过对胶水的成分及用量进行控制，可以有效控制粘结程度及控制胶水的厚度，在切割的过程中能够大大减少粘胶面崩边和缺口，大大提高产品的成品率。切割装置中设置了两个小导轮，可以有效稳定金刚线网，切割过程中线网平衡，在切割的过程中不易产生断线，能够提高硅片成品率。本发明采用双向切割，可以减少金刚线的用量，能够大大降低加工成本。切割过程中，通过冷却液喷嘴喷出冷却液，可达到快速降温的目的，减少硅氧化层的产生，提高产品质量。

进一步的，在初始切割时，金刚线在一个往复周期内其送线的距离大于回线的距离，在切割至靠近硅块的粘接面一定距离时，金刚线在一个往复周期内其送线的距离小于回线的距离。通过采用该种加工工艺，可在切割至靠近硅块的粘接面的某一位置之前，由于送线的距离大于回线的距离，对硅块切割时使用的是旧线切割，这样可以节省金刚线，达到节省成本的目的，而在切割至靠近硅块的粘接面时，由于送线的距离小于回线的距离，对硅块切割时使用的是新线切割，这样切割能力强，达到快速收线弓的目的。

优选的是，由硅块的初始切割位置切割至总切割深度的80％时，金刚线在一个往复周期内其送线的距离小于回线的距离。

进一步的，所述金刚线为电镀金刚线，金刚线外径为65-75微米，金刚石颗粒粒径为6-10微米，金刚石露在镀层外面的高度为4-6微米，金刚线上的金刚石间隔均匀设置，单面金刚石颗粒数在60-80颗。

进一步的，为了减少切割回路中泡沫的产生，达到快速降温的目的，所述冷却液喷嘴为帘状喷嘴结构，所述冷却液喷嘴包括冷却液导槽、设置在所述冷却液导槽前端的挡板、倾斜设置在所述冷却液导槽前端下部并与所述冷却液导槽前端连接的导流板，所述导流板的下端具有向上弯曲的弧形缓冲槽，所述挡板下部与所述冷却液导流槽之间具有条形的冷却液通道。

进一步的，所述冷却液为水溶性金刚线切割冷却液，其主要包括非离子表面活性剂、聚乙二醇、醇类渗透剂、防锈剂，为水基混合物。该冷却液为水基混合物，具有较好的亲水性起到分散硅粉、冷却降温的作用，，保证在切割的过程中进行排渣与降温。其可以和水快速均匀的互相溶解，乳化性好，且具有一定的清洗、润滑、防锈功能，能有效防止切割过程中硅片发生脆性崩裂或者产生划痕，其能够清洗切割后的硅片表面，减少机台生锈，快递降低切割区域的温度，切割后硅粉能有效悬浮，不产生沉淀；且该冷却液不容易挥发，这样清洗机台就相对容易。

本方面的有益效果是：本发明中的装置通过在两个大导轮件设置两个小导轮，硅块在两个小导轮之间上方切割，这样缩短了两个大导轮之间的距离，能够稳定金刚线网，切割过程中线网平衡，在切割的过程中不易产生断线，能够提高硅片成品率。本发明中的切割方法中，通过采用独特的粘胶工艺，通过对胶水的成分及用量进行控制，可以有效控制粘结程度及控制胶水的厚度，在切割的过程中能够大大减少粘胶面崩边和缺口，大大提高产品的成品率；通过在切割装置中设置了两个小导轮，可以有效稳定金刚线网，切割过程中线网平衡，在切割的过程中不易产生断线，能够提高硅片成品率；通过明采用双向切割，能够大大降低钢线用量，降低生产成本。

附图说明

图1是现有技术中的切割机的切割示意图；

图2是本发明中的切割示意图；

图3是本发明中的小导轮的结构示意图；

图4是本发明中的冷却液喷嘴的结构示意图；

图5是本发明中的冷却液喷嘴的侧视示意图；

图中，1、大导轮，2、待切割硅块，3、金刚线，4、小导轮，5、线槽，6、冷却液导槽，7、挡板，8、导流板，9、弧形缓冲槽，10、冷却液通道。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：

如附图所示，一种金刚线切割多晶硅片的装置，包括切割机，该切割机是由现有技术中的采用直线切割的硅片切割机改进而成，所述切割机包括有两个间隔设置的大导轮1、绕设在两个大导轮1之间的若干根金刚线3、冷却液喷嘴，其改进之处是：在两个所述大导轮1的上方位置平行设置有两个直径小于所述大导轮1直径的小导轮4，两个所述小导轮4位于两个所述大导轮1之间内侧且两个所述小导轮4的上表面平齐，所述小导轮4的表面上间隔设置有若干线槽5，所述金刚线自两个小导轮4的上表面绕过并分别位于所述小导轮4上的线槽内，两个小导轮4之间为切割区域，所述金刚线可双向运动。

为了防止绕线不良，本发明还可在金刚线外侧5-10cm的位置设置有用于检测金刚线断线的报警装置。

为了确保切割的精度和面型，本实施例中，所述大导轮1、小导轮4均采用高硬度耐磨导轮，所述大导轮1、小导轮4的材质均采用高强度高硬度的聚氨酯树脂，其邵氏硬度大于93。小导轮采用高速轴承安装方式，冷却方式采用水冷和油冷的方式，可减少轴承故障。

为了保证切割质量、切割效率及降低材料损耗，提高单位长度硅块的硅片出片数量，本实施例中，所述金刚线为电镀金刚线，金刚线外径为65-75微米，金刚石颗粒粒径为6-10微米，金刚石露在镀层外面的高度为4-6微米，金刚线上的金刚石间隔均匀设置，单面金刚石颗粒数在60-80颗。通过减小金刚线外径、减小金刚石颗粒粒径及限定金刚石露在镀层外面的高度及单面金刚石颗粒数，可减少材料损耗，增加单位长度的硅块所产出的硅片的数量，降低加工成本。

由于在切割过程中冷却液中的有机成分会在切割产生的高温下发生化学变化，形成气泡，不利于切割加工。为了减少切割回路中泡沫的产生，达到快速降温的目的，减少硅氧化层的产生，本实施例中优选所述冷却液喷嘴为帘状喷嘴结构，所述冷却液喷嘴包括冷却液导槽6、设置在所述冷却液导槽6前端的挡板7、倾斜设置在所述冷却液导槽6前端下部并与所述冷却液导槽6前端连接的导流板8，所述导流板8的下端具有向上弯曲的弧形缓冲槽9，所述挡板7下部与所述冷却液导流槽6之间具有条形的冷却液通道10。高流速的冷却液自挡板7下部的条形冷却液通道10流出，在倾斜设置的导流板8上形成倾斜板式水流，能够减少切割回路中泡沫的产生，达到快速降温的目的，并且可以消除泡沫带来的断流概率。

切割机的其他部分均为现有技术，其结构与现有的切割硅片的切割机相同，在此不再赘述。

利用上述的金刚线切割多晶硅片的装置进行切割多晶硅片的方法，其是将待切割硅块2通过胶粘剂粘接在树脂板上，树脂板粘接在晶拖上，待切割硅块2置于两个小导轮4之间的金刚线网上，利用上述切割装置的金刚线3对硅块进行切割，切割时，金刚线3进行双向切割，切割过程中通过冷却液喷嘴喷出冷却液进行冷却。其中，所述胶粘剂为双组份环氧树脂AB胶胶粘剂，所述胶粘剂中的A组分与B组分的重量比例配比为1:1，混合均匀后涂在粘接面上，用量为每平方厘米0.005-0.006g，待切割硅块粘接在树脂板上静置4-6小时后再进行切割。

切割过程中，优选的是，在初始切割时，金刚线3在一个往复周期内其送线的距离大于回线的距离，在切割至靠近硅块的粘接面一定距离时，金刚线在一个往复周期内其送线的距离小于回线的距离。更优选的是，由硅块的初始切割位置切割至总切割深度的80％时，金刚线在一个往复周期内其送线的距离小于回线的距离。这样可保证在初始切割时，采用旧线切割，可以节省金刚线，达到节省成本的目的，而在切割至粘胶面时，使用新线进行切割，切割能力强，可达到快速收线弓的目的。

本发明中，切割过程中采用的冷却液为水溶性金刚线切割冷却液，其主要包括非离子表面活性剂、聚乙二醇、醇类渗透剂、防锈剂，为水基混合物，其可以很好的溶在水里面，具有较好的亲水性，起到分散硅粉、冷却降温的作用，可保证在切割的过程中进行排渣与降温。与现有技术中的冷却液相比，本发明中采用的冷却液可以和水快速均匀的互相溶解，乳化性好，且具有一定的清洗、润滑、防锈功能，能有效防止切割过程中硅片发生脆性崩裂或者产生划痕，本发明中采用的冷却液能够清洗切割后的硅片表面，减少机台生锈，快递降低切割区域的温度，切割后硅粉能有效悬浮，不产生沉淀；不容易挥发，这样清洗机台就相对容易。

如表1所示，为本发明在切割过程中采用的切割工艺，其在初始切割过程中，在一个往复周期内采用送线长度大于回线长度，在切割至第13步开始，采用送线长度小于回线长度，且送线长度及回线长度较开始均逐渐变大，回线长度与送线长度的差值也逐渐变大，以保证在逐渐切割至粘胶面的时候，能够使用新线切割，这样切割能力强，能达到快速收线弓的目的。

表1：

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

Claims (3)

1.一种利用金刚线切割多晶硅片的装置进行切割多晶硅片的方法，所述金刚线切割多晶硅片的装置包括切割机，所述切割机包括有两个间隔设置的大导轮(1)、绕设在两个大导轮(1)之间的若干根金刚线、用于喷冷却液的冷却液喷嘴，待切割硅块通过胶粘剂粘接在树脂板上，所述树脂板粘接在晶拖上，待切割的硅块置于金刚线网上，通过金刚线对硅块进行切割，其特征是：在切割机的两个所述大导轮(1)的上方位置平行设置有两个直径小于所述大导轮(1)直径的小导轮(4)，两个所述小导轮(4)位于两个所述大导轮(1)之间内侧且两个所述小导轮(4)的上表面平齐，所述小导轮(4)的表面上间隔设置有若干线槽，所述金刚线自两个小导轮(4)的上表面绕过并分别位于所述小导轮(4)上的线槽内，两个小导轮(4)之间为切割区域，所述金刚线可双向运动；所述金刚线为电镀金刚线，金刚线外径为65-75微米，金刚石颗粒粒径为6-10微米，金刚石露在镀层外面的高度为4-6微米，金刚线上的金刚石间隔均匀设置，单面金刚石颗粒数在60-80颗；

所述胶粘剂为双组份环氧树脂AB胶胶粘剂，所述胶粘剂中的A组分与B组分的重量比例配比为1:1，混合均匀后涂在粘接面上，用量为每平方厘米0.005-0.006g，待切割硅块粘接在树脂板上静置4-6小时后再进行切割；切割时将待切割硅块置于两个所述小导轮(4)之间上方，金刚线进行双向切割；切割过程中通过冷却液喷嘴喷出冷却液进行冷却；在初始切割时，金刚线在一个往复周期内其送线的距离大于回线的距离，在切割至总切割深度的80％时，金刚线在一个往复周期内其送线的距离小于回线的距离。

2.根据权利要求1所述的切割多晶硅片的方法，其特征是：所述冷却液喷嘴为帘状喷嘴结构，所述冷却液喷嘴包括冷却液导槽(6)、设置在所述冷却液导槽(6)前端的挡板(7)、倾斜设置在所述冷却液导槽(6)前端下部并与所述冷却液导槽(6)前端连接的导流板(8)，所述导流板(8)的下端具有向上弯曲的弧形缓冲槽(9)，所述挡板(7)下部与所述冷却液导流槽(6)之间具有条形的冷却液通道(10)。

3.根据权利要求1或2所述的切割多晶硅片的方法，其特征是：所述冷却液为水溶性金刚线切割冷却液，其主要包括非离子表面活性剂、聚乙二醇、醇类渗透剂、防锈剂，为水基混合物。

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