CN109304819A

CN109304819A - 一种晶体硅块高效切割方法

Info

Publication number: CN109304819A
Application number: CN201811424793.4A
Authority: CN
Inventors: 韩秋生; 崔三观; 程正景; 杨恒; 常传波
Original assignee: YANGZHOU RONGDE NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YANGZHOU RONGDE NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2019-02-05

Abstract

本发明公开了太阳能应用领域内的一种晶体硅块高效切割方法，包括以下步骤：1）金刚线、切割液选型：选用单多晶混合砂电镀金刚线(金刚线线径：50~70um)，切割液选用低COD的冷却液与纯水混合值得；2）导轮加工；3）工艺参数设定：将上述金刚线、切割液、导轮配合装配好切割机后，调节工作台的进给速度为800‑3000μm/Min，切割液工艺流量为110‑180KG/Min，切割液冷却温度为17‑23℃；4）自动切割：热机5‑10分钟后，点检各项参数指标正常时，开始自动切割；5）切割结束，提棒完成硅块切割，本发明有效提高切割速度和切割效率，提高良品率，降低金刚线单耗等辅料成本，改善切片盈利能力，可用于硅片生产制造中。

Description

一种晶体硅块高效切割方法

技术领域

本发明涉及一种硅片制造方法，特别涉及一种晶体硅块切割方法。

背景技术

随着社会的发展，太阳能光伏产业逐步成为新的主导产业。在太阳能硅片切割生产过程中，目前行业普遍使用的切割多晶硅片的钢线主要还是单晶金刚石电镀金刚线，如公开号为CN104723229A所述金刚石线生产方法。相比砂浆线切割，金钢石线切割多晶的加工效率提高约40% ，成本下降约60%等，整个加工过程更加环保、高效。

金刚线切割多晶优势主要体现在单片硅耗的降低、切割效率的提升、硅片参数的改善等方面。随着电池端黑硅制绒等制绒技术的逐步突破，金刚线切多晶硅片已无技术壁垒。

金刚线切割为塑性犁削兼脆性崩坑的复合切割，现其已成为线切割多晶硅片的主流技术，它的优势在于以不到30%的硅损耗，单天单台切片机产能可达约2万片。为行业降低成本，提高企业利润带来了很大帮助。

但多晶硅块杂质高、切割难度比单晶大，按照现在的铸锭技术金刚线切割多晶易存在切割线弓大断线，线痕及TTV高，隐裂不良高等缺陷，尤其随省线、细线和快切的推进，普通单晶金刚砂金刚线将难满足切割多晶低线耗，高品质和完美外观的需求。

基于此，我们联合钢线厂家，为改善金刚线切割多晶开发出一种更高效的混砂电镀金刚线，即用单晶金刚石和多晶金刚石按一定比例混合镀覆到母线上，既兼顾了单晶砂的硬度也引入多晶多棱角的锋利特性，从而提升了金刚线的切割力，更好的适用于多晶硅片加工。同时为多晶金刚线切割进一步走细线化、省线化、高效率切割铺平了道路，从而早日推动光伏平价上网。

同时，现有技术中公开了一种硅块切割方法，其公开号为：CN 102350741 A，其公开了切割设备以及切割工艺，其不足之处在于，其切割速度、效率较低，良品率不高，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种晶体硅块高效切割方法，有效提高切割速度和切割效率，提高良品率，降低金刚线单耗等辅料成本，改善切片盈利能力。

本发明的目的是这样实现的：一种晶体硅块高效切割方法，包括以下步骤：

1）金刚线、切割液选型：选用单多晶混合砂电镀金刚线，切割液选用低COD的冷却液与纯水混合得液体；

2）导轮加工：导轮槽两侧倾斜面夹角为30-40°，槽深为：200±20μm；

3）工艺参数设定：将上述金刚线、切割液、导轮配合装配好切割机后，调节工作台的进给速度为800-3000μm/Min，切割液工艺流量为110-180KG/Min，切割液冷却温度为17-23℃；

4）自动切割：热机5-10分钟后，点检各项参数指标正常时，开始自动切割；

5）切割结束，提棒完成硅块切割。

作为本发明的进一步限定，步骤1）中金刚线选用直径为50~70um的单多晶混合砂电镀金刚线；所述冷却液的COD＜80万mg/ L，表面张力≤35mN/m；冷却液与纯水的配合控制在0.8-1.5 L/刀添加在缸体内为300-350L的纯水中。

作为本发明的进一步限定，步骤4）中工艺参数的设定具体如下：

A、钢线切割速度设定为10-30m/s，切割比例是从切片机设定的零点开始到切割结束所经过的整个过程的某个阶段；

B、张力设定，依金刚线的线径粗细选择张力，范围是R/L：8-13N/8-13N，线径越细张力越低；

C、切割液更换设定依据切割硅片表面洁净度、线弓、TTV厚薄值调整添加量，切割过程中切割液回流缸底温度需≤35℃，如不达标需及时清洗热交换器、调整切割方法控制温度；

D、切割液流量和温度，在切割过程中需根据台速、线速控制切割方法中的砂浆流量和温度，浆液的流量为110-180KG/Min，切割过程中的浆液温度为17-23℃；

E、开始切割，将粘好的晶体硅块固定在切割机台上，将金刚线依序缠绕至切割机的导轮上，设定、确认各项工艺参数达标，启动切割，工作台进给速度为800-3000 um /Min，工作台带棒按工艺程序切割直到结束。

作为本发明的进一步限定，步骤5）中切割结束提棒，提升速度需控制在20-40mm/Min,走线速度控制在0.05-0.1m/s的线速走线将硅片从线网中升起，送脱胶、清洗后分选。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明所使用的金刚线可在不增加设备投入的前提下，通过优化切割工艺，缩短工艺耗时，在目前金刚线切割的基础上提升10%-20%的切片产能；

相比普通金刚线切割，本发明可降低10%-20%的钢线单耗，同时能更好的提升硅片切割品质；

本发明因其具有较强的切割能力，切割多晶硅块过程中能降低切割产生的硬质点线痕1.0%-1.5%，同时减少杂质断线；

本发明在提升切片产能的同时，能耗也大大降低，比普通金刚线切割多晶更环保、高效。本发明可用于硅片生产中。

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明中金刚线切割受力模型图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

如图1所示的一种晶体硅块高效切割方法，包括以下步骤：

1）金刚线、切割液选型：选用单多晶混合砂电镀金刚线，以60um线为例，出刃高度控制在5um，包络外径需控制在≤81um；切割液选用低COD的冷却液与纯水混合值得，所述冷却液的COD＜80万mg/ L，表面张力≤35mN/m；冷却液与纯水的配合控制在0.8 L/刀添加在缸体内为300L的纯水中；

2）导轮加工：导轮槽倾斜角度为30°，槽深为：180μm；

3）工艺参数设定：

A、钢线切割速度设定为10m/s，切割比例是从切片机设定的零点开始到切割结束所经过的整个过程的某个阶段；

B、张力设定，依金刚线的线径粗细选择张力，范围是R/L：8N/8N，线径越细张力越低；

D、切割液流量和温度，在切割过程中需根据台速、线速控制切割方法中的砂浆流量和温度，浆液的流量为110KG/Min，切割过程中的浆液温度为17℃；

E、开始切割，将粘好的晶体硅块固定在切割机台上，将金刚线依序缠绕至切割机的导轮上，设定、确认各项工艺参数达标，启动切割，工作台进给速度为800 um /Min，工作台带棒按工艺程序切割直到结束；

4）自动切割：热机5分钟后，点检各项参数指标正常时，开始自动切割；

5）切割结束，提棒，提升速度需控制在20mm/Min,走线速度控制在0.05m/s的线速走线将硅片从线网中升起，送脱胶、清洗后分选。

实施例2

如图1所示的一种晶体硅块高效切割方法，包括以下步骤：

1）金刚线、切割液选型：选用单多晶混合砂电镀金刚线，以60um线为例，出刃高度控制在5.5um，包络外径需控制在≤81um；切割液选用低COD的冷却液与纯水混合值得，所述冷却液的COD＜80万mg/ L，表面张力≤35mN/m；冷却液与纯水的配合控制在1.2 L/刀添加在缸体内为325L的纯水中；

2）导轮加工：导轮槽倾斜角度为35°，槽深为：200μm；

3）工艺参数设定：

A、钢线切割速度设定为20m/s，切割比例是从切片机设定的零点开始到切割结束所经过的整个过程的某个阶段；

B、张力设定，依金刚线的线径粗细选择张力，范围是R/L：10N/10N，线径越细张力越低；

D、切割液流量和温度，在切割过程中需根据台速、线速控制切割方法中的砂浆流量和温度，浆液的流量为150KG/Min，切割过程中的浆液温度为20℃；

E、开始切割，将粘好的晶体硅块固定在切割机台上，将金刚线依序缠绕至切割机的导轮上，设定、确认各项工艺参数达标，启动切割，工作台进给速度为2000 um /Min，工作台带棒按工艺程序切割直到结束；

4）自动切割：热机8分钟后，点检各项参数指标正常时，开始自动切割；

5）切割结束，提棒，提升速度需控制在30mm/Min,走线速度控制在0.08m/s的线速走线将硅片从线网中升起，送脱胶、清洗后分选。

实施例3

如图1所示的一种晶体硅块高效切割方法，包括以下步骤：

1）金刚线、切割液选型：选用单多晶混合砂电镀金刚线，以60um线为例，出刃高度控制在6um，包络外径需控制在≤81um；切割液选用低COD的冷却液与纯水混合值得，所述冷却液的COD＜80万mg/ L，表面张力≤35mN/m；冷却液与纯水的配合控制在1.5 L/刀添加在缸体内为350L的纯水中；

2）导轮加工：导轮槽倾斜角度为40°，槽深为：220μm；

3）工艺参数设定：

A、钢线切割速度设定为30m/s，切割比例是从切片机设定的零点开始到切割结束所经过的整个过程的某个阶段；

B、张力设定，依金刚线的线径粗细选择张力，范围是R/L： 13N/13N，线径越细张力越低；

D、切割液流量和温度，在切割过程中需根据台速、线速控制切割方法中的砂浆流量和温度，浆液的流量为180KG/Min，切割过程中的浆液温度为23℃；

E、开始切割，将粘好的晶体硅块固定在切割机台上，将金刚线依序缠绕至切割机的导轮上，设定、确认各项工艺参数达标，启动切割，工作台进给速度为3000 um /Min，工作台带棒按工艺程序切割直到结束；

4）自动切割：热机10分钟后，点检各项参数指标正常时，开始自动切割；

5）切割结束，提棒，提升速度需控制在40mm/Min,走线速度控制在0.1m/s的线速走线将硅片从线网中升起，送脱胶、清洗后分选。

下面将传统采用单晶砂金刚线切割工艺生产数据与3个实施例生产数据进行对比，结果如下表。

由上表可知，实施例1-3的切割方法其切割效率、切割线耗、不良线痕以及导轮使用寿命明显优于现有切割方法。

下面从工作原理上对本发明做进一步说明。

本发明选用单多晶混合砂电镀金刚线能大大提升钢线切割力，更好的适用金刚线切割多晶，降低杂质导致的线痕及断线不良，同时提升多晶切割机台效率，降低切割成本，选用低COD冷却液更环保。

步骤3-A）中切割工艺参数可根据切割过程中硅片表面的线弓大小适当调整钢线回线比例及进给台速，减小切割线弓，提升硅片表面外观质量，如图2所示的金刚线切割受力模型：

线网附加张力：

总进给力:

。

步骤3-B）中张力的选择同比是根据钢线的破断拉力值及切割线弓叠线线网产生的附加张力值设定的一个合理张力参数值，张力设置过高易断线，设置过低切割容易产生厚薄TTV及切不透加切不良。

步骤3-C）中切割液更换量根据切割过程硅片的外观情况及切后下机情况合理调整添加量，切割液量多了易打滑,导致切割力不足，切割液量少了易导致切割默擦力大，硅片脏污;选用合理的切割液添加比例可降低加切，减少脏污色差不良。

目前业内所用电镀金刚线全为单晶金刚石镀覆至母线上，切割力虽比之前砂浆线有很大提升，但随省线化、细线化、快切化推进，难进一步提升其切割力实现更高效切割。本发明所用钢线最大区别在于引入具备更锋利、多棱角属性的多晶金刚石，采用新工艺将其和单晶金刚石按一定比例混合镀覆到母线上，从而制作出混砂金刚线，其既保留了传统单晶金刚石金刚线优点，又极大提升金刚线切割能力和品质；并依此开发出一套完整的混砂金刚线高效切割多晶硅片技术解决方案；使用该切割工艺，企业在不增加设备投入的情况下可提升切片产能约10%-20%，综合切割良品率提升1.5-3%。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种晶体硅块高效切割方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）金刚线、切割液选型：选用单多晶混合砂电镀金刚线，切割液选用低COD的冷却液与纯水混合值得；

3）工艺参数设定：将上述金刚线、切割液、导轮配合装配好切割机后，调节工作台的进给速度为800-3000μm /Min，切割液工艺流量为110-180KG/Min，切割液冷却温度为17-23℃；

5）切割结束，提棒完成硅块切割。

2. 根据权利要求1所述的一种晶体硅块高效切割方法，其特征在于，步骤1）中金刚线选用直径为50~70um的单多晶混合砂电镀金刚线；所述冷却液的COD＜80万mg/ L，表面张力≤35mN/m；冷却液与纯水的配合控制在0.8-1.5 L/刀添加在缸体内为300-350L的纯水中。

3.根据权利要求2所述的一种晶体硅块高效切割方法，其特征在于，步骤4）中工艺参数的设定具体如下：

4.根据权利要求3所述的一种晶体硅块高效切割方法，其特征在于，步骤5）中切割结束提棒，提升速度需控制在20-40mm/Min,走线速度控制在0.05-0.1m/s的线速走线将硅片从线网中升起，送脱胶、清洗后分选。