CN111267253A - 一种电镀金刚线及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电镀金刚线及其应用，所述电镀金刚线包括母线、镀覆在母线表面的电镀层以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为5.0～7.5μm。本发明的电镀金刚线在切割多晶杂质硅棒时，显著降低硅片线痕、TTV和碎片比例，提高多晶杂质棒的切割良率，降低断线率，同时降低单片钢线用量，显著降低切片加工成本。
Description
技术领域
本发明属于多晶硅片加工技术领域，涉及一种电镀金刚线及其应用。
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。2017年全球光伏市场强劲增长，新增装机容量达到102GW，同比增长超过37％，累计光伏容量达到了405GW。2017年我国新增装机量53GW，同比增长超过53.6％，连续5年位居世界第一，累计装机达到130GW，连续3年位居全球首位。而且多晶组件具有性价比高、发电效率长期稳定等优势，多晶硅片占据光伏市场份额已经连续多年超过80％。
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，每次对多晶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。
与树脂金刚线相比，电镀金刚线切割力相对较强，在切割多晶硅棒中的占比超过90％以上，而且加工工艺时间可以缩短至70～80min，极大地提升了切割效率和产能。但是，目前市场上量产供应的电镀金刚线在切割多晶杂质棒时存在切割良率低、断线率高、单片耗线量高等问题。主要原因为电镀线切割到硅棒内的杂质点(如SiC等)时，钢线表面的金刚石发生异常磨损、甚至部分金刚石出现脱落，进而导致电镀线切割能力下降，硅片表面容易出现线痕和厚度不均匀等质量问题，甚至由于钢线磨损过大或切割线弓过大而导致金刚线断线，这严重影响了切片良率和单片耗线量，增加了切片加工成本。
因此，针对目前多晶杂质棒切割中存在的以上问题，多晶切片领域急需开发定制一种专门用于多晶杂质硅棒切割的电镀金刚线。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电镀金刚线及其应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种电镀金刚线，所述电镀金刚线包括母线、镀覆在母线表面的电镀层以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为5.0～7.5μm。
在本发明的电镀金刚线中，通过将金刚石颗粒层的颗粒出刃高度控制在5.0～7.5μm的范围内，使得金刚线能够显著提升多晶杂质棒的切割良率，降低断线率，同时降低单片钢线用量，显著降低切片加工成本。
在本发明中，通过控制金刚石在母线表面的附着状态，使金刚石颗粒的出刃高度保持在所述范围内。
在本发明中，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度可以为5.0μm、5.2μm、5.5μm、5.8μm、6.0μm、6.2μm、6.5μm、6.8μm、7.0μm、7.2μm或7.5μm等，优选6.0～7.5μm；如果金刚石颗粒层的颗粒出刃高度小于5.0μm，电镀金刚线在切割多晶杂质棒时容易出现切割力不足，切割的硅片表面出现严重线痕、总厚度偏差(Total Thickness Variation,TTV)的问题；如果金刚石颗粒层的颗粒出刃高度大于7.5μm，则电镀金刚线在切割多晶杂质棒时容易产生金刚石颗粒脱落的问题，所切割的硅片出现暗裂、裂片等异常，硅片损耗率升高。
在本发明中，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度是指电镀层表面金刚石颗粒出露最高点至镀层表面的距离。
优选地，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃率为280～470粒/mm，例如280粒/mm、285粒/mm、290粒/mm、295粒/mm、300粒/mm、330粒/mm、350粒/mm、380粒/mm、400粒/mm、420粒/mm、450粒/mm或470粒/mm等，优选330～420粒/mm。
在本发明中，将金刚石颗粒层的颗粒出刃率控制在所述范围内，能够保证电镀金钢线切割多晶杂质棒所产出硅片的表面质量和良品率得到显著提升、切割加工的制程稳定性也得到提升，同时电镀线的用线量可以大幅降低，降低硅片加工成本。如果出刃率过低，则电镀金刚线在切割多晶杂质棒时容易出现切割力不足，切割的硅片表面出现严重线痕、总厚度偏差(Total Thickness Variation,TTV)的问题；如果出刃率过高，则在电镀过程中，金刚石颗粒容易在母线表面出现团聚和堆积等问题，导致电镀金刚线的等效直径在不同区域内出现较大波动，从而导致电镀线切割硅片表面出现厚度不均匀，碎片比例升高。
在本发明中，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃率是指电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数。
优选地，所述所述电镀层厚度为1～3μm，例如1μm、1.3μm、1.5μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.5μm、2.8μm或3μm。
优选地，所述电镀金刚线的等效直径为D与母线直接D1满足以下关系：D1+13μm≤D≤D1+21μm。
在本发明中，所述电镀金刚线的等效直径是指母线中心点至金刚石颗粒凸出顶点的总长度的二倍。也可以表述为电镀金刚线的等效直径＝母线直径+2×金刚石颗粒出刃高度+2×电镀层厚度。
优选地，所述母线为钢丝线。
优选地，所述母线的抗拉强度为4000～5500N/mm2，4000N/mm2、4300N/mm2、4500N/mm2、4800N/mm2、5000N/mm2、5200N/mm2或5500N/mm2。
选择具有合适抗拉强度的母线，有助于控制本发明所述电镀金刚线的抗破断变形率在合适的范围内。
本发明所述电镀金刚线的抗破断变形率为0.6％～1.0％，例如0.6％、0.65％、0.68％、0.7％、0.75％、0.78％、0.8％、0.85％、0.88％、0.9％、0.95％、0.98％或1.0％。
在本发明中，所述抗破断变形率＝(抗破断最大变形量/试样长度)×100％。
在本发明中，采用高强度母线来制备电镀线，使电镀金刚线具备较大的破断变形量，使得电镀线的抗破断变形率控制在较佳的范围内。
作为本发明的优选技术方案，所述电镀金刚线包括母线、镀覆在母线表面的电镀层以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为5.0～7.5μm，出刃率为280～470粒/mm，电镀金刚线的等效直径为D与母线直径D1满足D1+13μm≤D≤D1+21μm，所述母线的直径为50-70μm，所述电镀金刚线的抗破断变形率为0.6％～1.0％。
进一步优选地，所述电镀金刚线包括母线、镀覆在母线表面的电镀层以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为6.0～7.5μm，出刃率为330-420粒/mm，电镀金刚线的等效直径为78～86μm，所述母线直径为65μm，所述母线为钢丝线，所述电镀金刚线的抗破断变形率为0.6％～1.0％。
另一方面，本发明提供了如上所述的电镀金刚线在金刚线切割中的应用。
优选地，所述电镀金刚线用于切割多晶杂质硅棒。
在本发明的应用中，多晶硅棒采用红外探伤仪检测(Semilab，IRB-50)内部杂质情况，把杂质点≤5mm的硅棒单独隔离，集中粘接在金刚线切片机工件板上，等待切割，使用本发明所述的电镀金刚线对已经粘接固化后的杂质硅棒进行切片。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的电镀金刚线在切割多晶杂质硅棒时，显著降低硅片线痕、TTV和碎片比例，提高多晶杂质棒的切割良率，降低断线率，同时降低单片钢线用量，显著降低切片加工成本。
附图说明
图1为本发明电镀金刚线的结构示意图，其中1为母线、2为镀覆在母线表面的电镀层，3为嵌在电镀层上的金刚石颗粒，a表示金刚石颗粒层的颗粒出刃高度。
图2为本发明电镀金刚线的出刃率计算时电镀层表面单位毫米长度的选择示意图。
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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中，提供一种电镀金刚线，结构示意图如图1所示，所述电镀金刚线包括母线1、镀覆在母线表面的电镀层2以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层3，采用科波尔线锯分析仪测试金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为6.6μm，出刃率为345粒/mm(所述出刃率为图2中所示在电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数)，其中母线为直径为65μm的钢线，所述电镀层厚度为2μm，所述母线的抗拉强度为4500N/mm2，采用千分尺测量电镀金刚线的等效直径为82μm，采用电子式万能试验机测试电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为3.5mm和0.7％。
实施例2
在本实施例中，提供一种电镀金刚线，结构示意图如图1所示，所述电镀金刚线包括母线1、镀覆在母线表面的电镀层2以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层3，采用科波尔线锯分析仪测试金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为7.0μm，出刃率为345粒/mm(所述出刃率为图2中所示在电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数)，其中母线为直径为65μm的钢线，所述电镀层厚度为2μm，所述母线的抗拉强度为4300N/mm2采用千分尺测量电镀金刚线的等效直径为83μm，采用电子式万能试验机测试电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为3.8mm和0.76％。
实施例3
在本实施例中，提供一种电镀金刚线，结构示意图如图1所示，所述电镀金刚线包括母线1、镀覆在母线表面的电镀层2以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层3，采用科波尔线锯分析仪测试金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为7.4μm，出刃率为411粒/mm(所述出刃率为图2中所示在电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数)，其中母线为直径为65μm的钢线，所述电镀层厚度为1.5μm，所述母线的抗拉强度为4800N/mm2，采用千分尺测量电镀金刚线的等效直径为83μm，采用电子式万能试验机测试电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为3.4mm和0.68％。
实施例4
在本实施例中，提供一种电镀金刚线，结构示意图如图1所示，所述电镀金刚线包括母线1、镀覆在母线表面的电镀层2以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层3，采用科波尔线锯分析仪测试金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为6.0μm，出刃率为420粒/mm(所述出刃率为图2中所示在电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数)，其中母线为直径为65μm的钢线，所述电镀层厚度为1μm，所述母线的抗拉强度为5000N/mm2，采用千分尺测量电镀金刚线的等效直径为80μm，采用电子式万能试验机测试电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为3.2mm和0.64％。
实施例5
在本实施例中，提供一种电镀金刚线，结构示意图如图1所示，所述电镀金刚线包括母线1、镀覆在母线表面的电镀层2以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层3，采用科波尔线锯分析仪测试金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为7.5μm，出刃率为330粒/mm(所述出刃率为图2中所示在电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数)，所述电镀层厚度为1.5μm，所述母线的抗拉强度为4000N/mm2其中母线为直径为65μm的钢线，采用千分尺测量电镀金刚线的等效直径为83μm，采用电子式万能试验机测试电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为5.0mm和1.0％。
实施例6
在本实施例中，提供一种电镀金刚线，结构示意图如图1所示，所述电镀金刚线包括母线1、镀覆在母线表面的电镀层2以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层3，采用科波尔线锯分析仪测试金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为5.0μm，出刃率为470粒/mm(所述出刃率为图2中所示在电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数)，其中母线为直径为65μm的钢线，所述电镀层厚度为2μm，所述母线的抗拉强度为5500N/mm2，采用千分尺测量电镀金刚线的等效直径为79μm，采用电子式万能试验机测试电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为3.0mm和0.60％。
实施例7
在本实施例中，提供一种电镀金刚线，结构示意图如图1所示，所述电镀金刚线包括母线1、镀覆在母线表面的电镀层2以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层3，采用科波尔线锯分析仪测试金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为5.5μm，出刃率为280粒/mm(所述出刃率为图2中所示在电镀层表面单位毫米长度范围内，线圆周上所有金刚石颗粒数)，其中母线为直径为65μm的钢线，所述电镀层厚度为1μm，所述母线的抗拉强度为5600N/mm2，采用千分尺测量电镀金刚线的等效直径为78μm，采用电子式万能试验机测试电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率分别为2.5mm和0.5％。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为4.8μm，等效直径为78μm。
对比例2
与实施例1的区别仅在于，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度a为8.0μm，等效直径分别为87μm。
对比例3
与实施例1的区别仅在于，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃率为230粒/mm。
对比例4
与实施例1的区别仅在于，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃率为550粒/mm。
对比例5
与实施例1的区别在于，电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为2.2mm和0.44％。
对比例6
与实施例1的区别在于，电镀金刚线的最大抗破断变形量和变形率(电镀线测试长度500mm)分别为6.5mm和1.3％。
实施例8
利用实施例1-7以及对比例1-6的电镀金刚线切割X厂家的多晶杂质棒。硅棒内杂质点尺寸介于0～5mm，杂质点个数不限。实施例的切割工艺与对比例保持一致，均为100min+单卷12刀/卷(50km)。
表1
由表1可以看出，利用本发明的电镀金刚线进行多晶杂质棒切割，其单卷实际切割刀数达到了14刀，平均直通率在93％以上，A片率达到88.65％以上，B级线痕和总厚度偏差(TTV)占比3.5％以下，C级线痕和TTV占比在3.05％以下，碎片占比3.25％以下，在平均单片耗线量为1.51米/片以下，相比之下，对比例1-2由于出刃高度太低或太高，导致直通率和A片率下降，B级线痕和总厚度偏差(TTV)占比、C级线痕和TTV占比或者碎片占比有所提升。对比例3-4由于金刚石颗粒层的颗粒出刃率太低或太高，导致导致直通率和A片率下降，B级线痕和总厚度偏差(TTV)占比提高，以及C级线痕和TTV占比或者碎片占比有所提升。对比例5由于电镀金刚线的最大抗破断变形率太小，平均单片耗线量显著升高，对比例6由于电镀金刚线的最大抗破断变形率太大，导致导致直通率和A片率下降，B级线痕和总厚度偏差(TTV)占比和C级线痕和TTV占比均升高。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的电镀金刚线及其应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种电镀金刚线，其特征在于，所述电镀金刚线包括母线、镀覆在母线表面的电镀层以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为5.0～7.5μm。
2.根据权利要求1所述的电镀金刚线，其特征在于，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为6.0～7.5μm。
3.根据权利要求1或2所述的电镀金刚线，其特征在于，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃率为280～470粒/mm，优选330～420粒/mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电镀金刚线，其特征在于，所述电镀层厚度为1～3μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的电镀金刚线，其特征在于，所述电镀金刚线的等效直径D与母线直径D1满足以下关系：D1+13μm≤D≤D1+21μm。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的电镀金刚线，其特征在于，所述母线的直径为50-70μm，优选65μm；
优选地，所述母线为钢丝线；
优选地，所述母线的抗拉强度为4000～5500N/mm2。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的电镀金刚线，其特征在于，所述电镀金刚线的抗破断变形率为0.6％～1.0％；
优选地，所述电镀金刚线包括母线、镀覆在母线表面的电镀层以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为5.0～7.5μm，出刃率为280～470粒/mm，电镀金刚线的等效直径D与母线直径D1满足D1+13μm≤D≤D1+21μm，所述母线的直径为50-70μm，所述电镀金刚线的抗破断变形率为0.6％～1.0％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电镀金刚线，其特征在于，所述电镀金刚线包括母线、镀覆在母线表面的电镀层以及嵌在电镀层上的金刚石颗粒层，所述金刚石颗粒层的颗粒出刃高度为6.0～7.5μm，出刃率为330-420粒/mm，电镀金刚线的等效直径为78～86μm，所述母线直径为65μm，所述母线为钢丝线，所述电镀金刚线的抗破断变形率为0.6％～1.0％。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的电镀金刚线在金刚线切割中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述电镀金刚线用于切割多晶杂质硅棒。
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