CN112078039B - 一种晶硅多线切割降低金刚线损耗的切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶硅多线切割降低金刚线损耗的切割方法，属于晶硅加工技术领域，线网从左向右切割晶硅，切割过程依次包括第一切割过程和第二切割过程，第一切割过程中进线量大于回线量，第二切割过程中进线量小于回线长度，第一切割过程和第二切割过程采用已使用过的金刚线，实现金刚线的重复利用，降低金刚线的损耗，降低多线切割的成本，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于晶硅加工技术领域，具体地说涉及一种晶硅多线切割降低金刚线损耗的切割方法。
背景技术
目前，硅片是太阳电池最主要的制作材料，随着光伏技术的不断发展，硅片采用多线切割工艺。多线切割装置包括量2个横向分布的切割辊左，切割辊右，切割辊上开有线槽且布满线网。金钢线沿切割辊左进线端进线，沿线槽将2个主辊布满，并从切割辊右的钢线出线端出线。钢线从进线端和出线端出来以后，经过小导轮与金刚线收放线控制装置相连，金刚线控制装置用来控制金刚线的进出线，以控制金刚线的线运行速度、加减速和线张力。
切片端如何降本增效是硅切片生存下去的方向，金刚线是硅切片端一个重要的辅材，耗线的降低，对硅片成本的下降有明显的影响。目前行业技术升级，普遍采用金刚线专用机进行硅片加工，采用母线55μm金刚线进行切割，且如果线网从右向左进行切割，是采用新线进刀，中间用的是旧线，后面是旧线，如果这样，中间采用旧线，切割力不强，会导致不能快速切割，导致切割时间降低，耗线问题一直居高不下。因此，探寻一种能够有效降低金刚线线耗的切割方法对多线切割具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的种种不足，现提出一种晶硅多线切割降低金刚线损耗的切割方法。
线网从左向右进行切割的过程，是采用旧线进刀，中间用的是新线，后面是旧线，即：旧线→新线→旧线，入刀阶段台速不能过快，所以使用旧线不会影响切割时间和线量，而后中间采用新线切割，新线切割力强，便于快速提升台速，减少切割时间，后面收刀时候台速也要放慢，所以可以使用旧线(中间切割过程用过的和入刀时用过的金刚线)。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种晶硅多线切割降低金刚线损耗的切割方法，线网从左向右切割晶硅，切割过程依次包括第一切割过程和第二切割过程，第一切割过程中进线量大于回线量，第二切割过程中进线量小于回线长度，实现第一切割过程中采用已使用过的金刚线，实现金刚线的重复利用，降低金刚线的损耗。
优选地，第一切割过程和第二切割过程中金刚线的张力设置为可调。
优选地，包括以下步骤：
S1：零点设置：切割时单晶硅棒刚接触线网的位置设为零点，开始切割位置的坐标为-0.5mm；
S2：设置喷淋方式与喷淋位置；
S3：设置工艺参数；
S4：开机。
优选地，第一切割过程线网位于距离零点0～110mm之间，第二切割过程线网位于距离零点110mm至切割结束位置。
优选地，步骤S2中，喷淋采用溢流管形式，溢流管下端离线网高度为5～7mm。
优选地，步骤S3中，包括以下步骤：
步骤a：进刀阶段，距离零点0～30mm位置之间，台速设定为1300～1500μm/min，设定进线量大于回线量；
步骤b：台速提升阶段，距离零点30～140mm位置之间，台速设定为3300～4000μm/min，切割液温度设定为17～20℃；
步骤c：收刀台速降低阶段，距离零点140mm至切割结束，台速逐渐降至100～300μm/min，进线量小于回线量。
优选地，步骤a中，进线量设定为1000～1200m，回线量设定为900～1100m；线速设定为1600～1800m/min，切割液温度为20～22℃。
优选地，步骤b中，包括第一子切割过程和第二子切割过程：所述第一子切割过程，切割位置为距离零点30～110mm之间，设置进线量＞回线量；第二子切割过程，切割位置在距离零点110～140mm之间，设置进线量＜回线量。
优选地，所述第一子切割过程中，进线量为550～700m，回线量为500～650m；所述第二子切割过程中，进线量为500～650m，回线量为550～700m。
优选地，步骤c中，回线量设定为1000～1200m，进线量设定为900～1100m。
本发明的有益效果是：
本发明在距离零点0～110mm之间设置第一切割过程，在距离零点110mm至切割结束位置，设置第二切割过程，第一切割过程中进线量大于回线量，第二切割过程中进线量小于回线长度，第一切割过程和第二切割过程中采用了已使用过的金刚线，根据旧线张力的承受张力不同，采用不同的台速、以及不同的进线量和回线量，保证最佳的切割效果，实现金刚线的重复利用，有效降低金刚线的损耗，有效降低切片成本。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种晶硅多线切割降低金刚线损耗的切割方法，线网从左向右切割晶硅，切割过程依次包括第一切割过程和第二切割过程，第一切割过程中进线量大于回线量，第二切割过程中进线量小于回线长度，实现第一切割过程中采用已使用过的金刚线，实现金刚线的重复利用，降低金刚线的损耗。第一切割过程和第二切割过程中金刚线的张力设置为可调。
实施例一：
具体操作过程包括以下步骤：
设置零点：硅棒开始切割位置的坐标为-0.5mm，随着切割开始硅棒下压，硅棒坐标逐渐增大。工作人员站在硅棒一侧观看硅棒与线网缝隙，保证零点位置线网完全无光透过的同时(硅棒头尾均完全无光透过)，-0.5mm位置透过的光越多越好(缝隙越大越好，保证线网完全远离硅棒)。
设置喷淋方式：喷淋方式采用溢流管形式，溢流管下端距离线网高度5～7mm。本实施例中，将溢流管的下端距离线网高度设置为5mm。
所述第一切割过程线网在距离零点0～110mm之间，第二切割过程线网在距离零点110mm至切割结束位置。
设置工艺参数：在控制面板上按照以下步骤设置参数。
进刀阶段，线网距离零点0～30mm位置之间，进刀台速设定为1300μm/min，此处为旧线(已经切割过晶硅的切割线)入刀，钢线切割力较弱，不宜快速入刀，因此，使用大周期进线和回线，有效改善旧线入刀情况，增加钢线使用长度，提升切割力，此时进线量大于回线量，进线量设定为1000m，回线量设定为900m，因入刀厚薄问题，采用低线速入刀，线速设定为1600m/min。同时，由于此时入刀摩擦较小，产生的热量较低，因此将切割液温度设定为20～22℃。
台速提升阶段，距离零点30～140mm位置之间，待新线进入，金钢线的切割力达到最高，故台速逐渐增加至3300μm/min，此处钢线切割力最强，台速最大，为了取得更好的切割纹路，故采用小周期进行解决。按照距离零点的位置，将台速提升阶段分为第一子切割过程和第二子切割过程。
第一子切割过程过程切割位置为距离零点30mm～110mm之间，设置进线量＞回线量，本实施例中，第一子切割过程的进线量在550m，回线量在500m；第二子切割过程切割位置在距离零点110～140mm之间，设置进线量＜回线量，本实施例中，第二子切割过程进线量在500m，回线量在550m。将线速设定为最高线速，本实施例中最高线速为1800m/min，其他实施例中最高线速还可以为2100m/min。因此，此时切割力增加至最大，同时，此时金刚线与晶硅之间的摩擦最大，产生的热量最多，因此将切割液温度设定为17～20℃。
收刀台速降低阶段，距离零点140mm至切割结束，台速最终降低至100μm/min，此时使用的全部为旧线，切割力逐渐降低至最小；金钢线切割力逐渐降低至最小，为了改善此类收刀情况，故采用大周期进行切割，设定进线量＜回线量，本实施例中，回线量设定为1000m，进线量设定为900m。
当以上工艺设定完毕后，操作人员进行读取，编译，无问题后即可点击切割确认按钮进行开机，设备进入自动切割状态。
实施例二
具体操作过程包括以下步骤：
设置零点：硅棒开始切割位置的坐标为-0.5mm，随着切割开始硅棒下压，硅棒坐标逐渐增大。工作人员站在硅棒一侧观看硅棒与线网缝隙，保证零点位置线网完全无光透过的同时(硅棒头尾均完全无光透过)，-0.5mm位置透过的光越多越好(缝隙越大越好，保证线网完全远离硅棒)。
设置喷淋方式：喷淋方式采用溢流管形式，溢流管下端距离线网高度7mm。
所述第一切割过程线网在距离零点0～110mm之间，第二切割过程线网在距离零点110mm至切割结束位置。
设置工艺参数：在控制面板上按照以下步骤设置参数。
进刀阶段，线网距离零点0～30mm位置之间，进刀台速设定为1500μm/min，此处为旧线入刀，钢线切割力较弱，不宜快速入刀，因此，使用大周期进线和回线，有效改善旧线入刀情况，增加钢线使用长度，提升切割力，此时进线量大于回线量，进线量设定为1200m，回线量设定为1100m，因入刀厚薄问题，采用低线速入刀，线速设定为1800m/min。同时，由于此时入刀摩擦较小，产生的热量较低，因此将切割液温度设定为20～22℃。
台速提升阶段，距离零点30～140mm位置之间，待新线进入，钢线的切割力达到最高，故台速逐渐增加至4000μm/min；此处钢线切割力最强，台速最大，为了取得更好的切割纹路，故采用小周期进行解决。按照距离零点的位置，将台速提升阶段分为第一子切割过程和第二子切割过程。
第一子切割过程过程切割位置为距离零点30mm～110mm之间，设置进线量＞回线量，本实施例中，第一子切割过程的进线量在700m，回线量在650m；第二子切割过程切割位置在距离零点110～140mm之间，设置进线量＜回线量，本实施例中，第二子切割过程进线量为650m，回线量为700m；将线速设定为最高线速，本实施例中最高线速为1800m/min，其他实施例中最高线速还可以为2100m/min。因此，此时切割力增加至最大，同时，此时金刚线与晶硅之间的摩擦最大，产生的热量最多，因此将切割液温度设定为17～20℃。
收刀台速降低阶段，距离零点140mm至切割结束，台速最终降低至300μm/min，此时使用的全部为旧线，切割力逐渐降低至最小；此时金钢线切割力逐渐降低至最小，为了改善此类收刀情况，故采用大周期进行切割，且此时设定进线量＜回线量，本实施例中，回线量设定为1200m，进线量设定为1100m。
当以上工艺设定完毕后，操作人员进行读取，编译，无问题后即可点击切割确认按钮进行开机，设备进入自动切割状态。
实施例三
具体操作过程包括以下步骤：
设置零点：硅棒开始切割位置的坐标为-0.5mm，随着切割开始硅棒下压，硅棒坐标逐渐增大。工作人员站在硅棒一侧观看硅棒与线网缝隙，保证零点位置线网完全无光透过的同时(硅棒头尾均完全无光透过)，-0.5mm位置透过的光越多越好(缝隙越大越好，保证线网完全远离硅棒)。
设置喷淋方式：喷淋方式采用溢流管形式，溢流管下端距离线网高度6mm。
所述第一切割过程线网在距离零点0～110mm之间，第二切割过程线网在距离零点110mm至切割结束位置。
设置工艺参数：在控制面板上按照以下步骤设置参数。
进刀阶段，线网距离零点0～30mm位置之间，进刀台速设定为1400μm/min，此处为旧线入刀，钢线切割力较弱，不宜快速入刀，因此，使用大周期进线和回线，有效改善旧线入刀情况，增加钢线使用长度，提升切割力，此时进线量大于回线量，进线量设定为1100m，回线量设定为1000m，因入刀厚薄问题，采用低线速入刀，线速设定为1700m/min。同时，由于此时入刀摩擦较小，产生的热量较低，因此将切割液温度设定为20～22℃。
台速提升阶段，距离零点30～140mm位置之间，待新线进入，金钢线的切割力达到最高，故台速逐渐增加至3500μm/min；此处钢线切割力最强，台速最大，为了取得更好的切割纹路，故采用小周期进行解决。按照距离零点的位置，将台速提升阶段分为第一子切割过程和第二子切割过程。
第一子切割过程过程切割位置为距离零点30mm～110mm之间，设置进线量＞回线量，本实施例中，第一子切割过程的进线量在600m，回线量在550m；第二子切割过程切割位置在距离零点110～140mm之间，设置进线量＜回线量，本实施例中，第二子切割过程进线量在600m，回线量在650m；此时将线速设定为最高线速，本实施例中最高线速为1800m/min，其他实施例中最高线速还可以为2100m/min。因此，此时切割力增加至最大，同时，此时金刚线与晶硅之间的摩擦最大，产生的热量最多，因此将切割液温度设定为17～20℃。
收刀台速降低阶段，距离零点140mm至切割结束，台速最终可降低至200μm/min，此时使用的全部为旧线，切割力逐渐降低至最小；此时金钢线切割力逐渐降低至最小，为了改善此类收刀情况，故采用大周期进行切割，设置进线量＜回线量，本实施例中，回线量设定为1100m，进线量设定为1000m。
当以上工艺设定完毕后，操作人员进行读取，编译，无问题后即可点击切割确认按钮进行开机，设备进入自动切割状态。
常规实验：
正切割：采用左→右的切割模式，进线量X＞回线量Y，切割张力不变。
过程：1.上棒及设置零点：将处理好的晶棒用工具车安装进设备内部，并将晶棒底端轻触线网，点击屏幕上的零点设置；
2.设置喷淋方式与位置：与正反切割一致；
3.设置工艺参数：包括步骤a.进刀加工台速度：此时为旧线进刀，台速设定为1300～1500μm/min，初始为旧线切割，
步骤b：台速提升阶段，台速设定为3300～4000μm/min，温度设定为19℃；
步骤c：台速下降阶段，台速下降至300mm进行收刀动作。
反切割：采用右→左的切割模式，进线量X＞回线量Y，切割张力不变；
过程：1.上棒及设置零点：将处理好的晶棒用工具车安装进设备内部，并将晶棒底端轻触线网，点击屏幕上的零点设置；
2.设置喷淋方式与位置：与正反切割一致；
3.设置工艺参数：步骤a.进刀加工台速度：此时为新线进刀，台速设定为1800～2300μm/min，初始为新线切割，切割力强，周期采用小周期入刀(650～550米)；
步骤b：台速提升阶段，台速设定为2800～3300μm/min，温度设定为19℃；
步骤c：台速下降阶段，台速下降至300mm进行收刀动作。
表一是实施例一与常规正切割和反切割实验的对比数据
表一
| 切割模式 | 可使用线量(m) | 单刀耗线(m) | 单片耗线(m) |
| 正切割 | ＜7000 | 3000 | 1.09 |
| 反切割 | ＜7000 | 3000 | 1.09 |
| 实施例一 | ＞10000 | 2400 | 0.85 |
表一中正切割和反切割以及实施例一均采用50母线切割，槽距0.248mm，晶棒长度为680mm，由表一可看出单片耗线量下降0.24m/pcs，大幅度降低了切片成本，且切片质量(色差、TTV和线痕)均可满足市场需求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (1)
1.一种晶硅多线切割降低金刚线损耗的切割方法，其特征在于，线网从左向右切割晶硅，切割过程依次包括第一切割过程和第二切割过程，第一切割过程中进线量大于回线量，第二切割过程中进线量小于回线长度，第一切割过程和第二切割过程采用已使用过的金刚线，实现金刚线的重复利用，降低金刚线的损耗;
第一切割过程和第二切割过程中金刚线的张力设置为可调；
包括以下步骤：
S1：零点设置：切割时单晶硅棒刚接触线网的位置设为零点，开始切割位置的坐标为-0.5mm；
S2：设置喷淋方式与喷淋位置；
S3：设置工艺参数；
S4：开机;
第一切割过程线网位于距离零点0~110mm之间，第二切割过程线网位于距离零点110mm至切割结束位置；
步骤S2中，喷淋采用溢流管形式，溢流管下端离线网高度为5~7mm；
步骤S3中，包括以下步骤：
步骤a：进刀阶段，距离零点0~30mm位置之间，台速设定为1300~1500μm/min，设定进线量大于回线量；
步骤b：台速提升阶段，距离零点30~140mm位置之间，台速设定为3300~4000μm/min，切割液温度设定为17~20℃；
步骤c：收刀台速降低阶段，距离零点140mm至切割结束，台速逐渐降至100~300μm/min，进线量小于回线量；
步骤a中，进线量设定为1000~1200m，回线量设定为900~1100m；线速设定为1600~1800m/min，切割液温度为20~22℃；
步骤b中，包括第一子切割过程和第二子切割过程：所述第一子切割过程，切割位置为距离零点30~110mm之间，设置进线量＞回线量；第二子切割过程，切割位置在距离零点110~140mm之间，设置进线量＜回线量；
所述第一子切割过程中，进线量为550~700m，回线量为500~650m；所述第二子切割过程中，进线量为500~650m，回线量为550~700m；
步骤c中，回线量设定为1000~1200m，进线量设定为900~1100m。
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