CN114851413A - 一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法 - Google Patents

一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114851413A
CN114851413A CN202210307279.2A CN202210307279A CN114851413A CN 114851413 A CN114851413 A CN 114851413A CN 202210307279 A CN202210307279 A CN 202210307279A CN 114851413 A CN114851413 A CN 114851413A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cutting
ultrasonic vibration
groove
diamond wire
vibration plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210307279.2A
Other languages
English (en)
Inventor
李飞龙
黄金亮
翟传鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henan University of Science and Technology
Original Assignee
Henan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henan University of Science and Technology filed Critical Henan University of Science and Technology
Priority to CN202210307279.2A priority Critical patent/CN114851413A/zh
Publication of CN114851413A publication Critical patent/CN114851413A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/042—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with blades or wires mounted in a reciprocating frame
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/0058—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material
    • B28D5/0076—Accessories specially adapted for use with machines for fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material for removing dust, e.g. by spraying liquids; for lubricating, cooling or cleaning tool or work
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及金刚线切片机技术领域，具体涉及一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法，金刚线切片机包括左右两个切割主辊和接片槽，接片槽包括用于盛装冷却液且设置在两个切割主辊之间的槽本体，槽本体包括左右布置的两个槽侧壁以及连接在两个槽侧壁之间的槽底壁，槽本体内于两个槽侧壁上分别固定有侧壁超声震板，槽本体内于槽底壁上固定有底壁超声震板。本发明提供的金刚线切片机以及大尺寸硅棒的切割方法，切割力更强，硅片的TTV、线痕等异常显著低于常规方法；在切割过程中断线率也显著下降，提升了切割效率并降低了用线量，有利于降低硅片切割加工成本；使用此方法加工大尺寸硅棒切割良率显著提升，为大尺寸硅片加工提供了解决思路。

Description

一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法
技术领域
本发明涉及金刚线切片机技术领域，具体涉及一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法。
背景技术
光伏硅片的加工主要依靠金刚线切片机，金刚线切片机是采用固定在钢线上的微小金刚石颗粒为切割刃具，金刚线高速运行，通过硅棒与金刚线的相对运动来实现切割，并采用切割液进行冷却的设备。
例如授权公告号为CN209408997U的中国实用新型专利公开的一种金刚线切片机，包括切割机构及位于切割机构上方的进料机构，切割机构包括并行设置的两个主辊，两个主辊之间螺旋缠绕有金刚线，金刚线形成一线网，待切割的硅棒安装于进料机构的底部。金刚线在两个主辊的带动下移动，从而形成锯切动作，同时硅棒在进料机构的驱动下朝向金刚线移动进料，最终切割成片。
再例如申请公布号为CN113524471A的中国发明专利申请公开的一种硅片的金刚线切片工艺，其中在两个主辊之间设置有接片槽，接片槽可以承载切割过程中掉落的碎片、保证线网干净，否则切割过程中产生的碎硅片将直接掉落到下层线网，导致钢线发生扰动，轻者影响硅片表面质量，产生厚度不良的硅片；严重者将导致钢线发生断线，造成硅片报废。
目前，大尺寸硅片已成为光伏行业切片工序的关键技术方向，相比传统157mm规格硅棒，166mm，182mm及以上尺寸硅棒在切割过程中，断线率、TTV比例、崩边率以及碎片率上升较多，导致大尺寸硅棒切割良率相对偏低，切片成本上升，使得切片端的性价比有所下降，大尺寸硅棒切割加工难度较高的主要原因有以下几个方面：
第一，硅棒尺寸变大后，切割时间变长，对金刚线的磨损时间加长，使得电镀金刚线表面的金刚石过度磨损脱落，切割力下降，造成局部线弓过大，金刚线承受的拉力超过其断裂极限，从而导致断线。
第二，硅棒尺寸变大后，切割通道变长，排出切屑(硅粉)的难度增加，同时冷却液进入硅棒切割通道中心的路程也有所增加，加剧了排出切屑的难度，使得切割通道中心处的切屑不易排出，堵塞切割通道，加剧了金刚线的摩擦，摩擦造成的热量蓄积提升了切割通道中心处的温度，进而加剧了金刚石的磨损，切割力下降，产生诸如线痕、TTV、崩边等异常。
第三，细线化、薄片化技术的发展，使得前两个方面的问题更加突出，严重制约了大尺寸硅片切割良率的提升。
因此，如何提升大尺寸硅棒的切割良率，降低切片成本，是目前本领域技术人员面对的一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接片槽，以解决现有技术中大尺寸硅棒的切割良率偏低、切片成本高的问题；本发明的目的还在于提供一种使用上述接片槽的金刚线切片机；本发明的目的还在于提供一种大尺寸硅棒的切割方法，以解决现有技术中大尺寸硅棒的切割良率偏低、切片成本高的问题。
为实现上述目的，本发明中的接片槽采用如下技术方案：
一种接片槽，包括用于盛装冷却液且设置在金刚线切片机的左右两个切割主辊之间的槽本体，槽本体包括左右布置的两个槽侧壁以及连接在两个槽侧壁之间的槽底壁，槽本体内于左右两个槽侧壁上分别固定有侧壁超声震板，槽本体内于所述的槽底壁上固定有底壁超声震板。
上述技术方案的有益效果在于：本发明中槽本体内于所述的两个槽侧壁上分别固定有侧壁超声震板，左右两侧的侧壁超声震板刚好与硅棒切割后相邻两个硅片之间的间隙对应，这样就可以利用超声的空泡作用，增加冷却液中有机成分的乳化效果，提高分散性，使得液体表面张力显著降低，从而增加冷却液在间隙中的渗透作用，及时去除切割通道中的硅粉，方便新产生的切屑排出，避免切割通道堵塞，从而减少金刚线的摩擦磨损，保证金刚线的切割力。同时，槽本体内于所述的槽底壁上固定有底壁超声震板，底壁超声震板可以对底部冷却液起到搅拌作用，使切割后的硅粉均匀地分散在冷却液中，避免硅粉团聚造成切割通道阻塞而导致断线。因此，通过侧壁超声震板和底壁超声震板的设置，可以提高大尺寸硅棒的切割良率，降低切片成本。
进一步地，两个槽侧壁上的侧壁超声震板均沿上下方向间隔设置有两块，上方的侧壁超声震板的频率大于下方的侧壁超声震板的频率，上方的侧壁超声震板的超声强度小于下方的侧壁超声震板的超声强度。
上述技术方案的有益效果在于：上方的侧壁超声震板的频率大且超声强度小，使得上方的侧壁超声震板主要起到增加冷却液分散能力的作用，由于上方的侧壁超声震板更加靠近切割中的金刚线，切割中的金刚线与硅棒之间存在较大的机械应力，若超声强度太大，其所传递的机械能叠加切割过程的机械应力，容易超出硅片的断裂强度，导致切割中的硅片碎裂，碎裂后的硅片会挤压金刚线，造成断线。
进一步地，上方的侧壁超声震板的频率取值范围为[3，5]MHz，下方的侧壁超声震板的频率取值范围为[1，3)MHz；上方的侧壁超声震板的超声强度取值范围为[1，2]W/cm2，下方的侧壁超声震板的超声强度取值范围为(2，3]W/cm2。
上述技术方案的有益效果在于：频率和超声强度控制在以上范围内，可以起到更好的切割效果。
进一步地，下方的侧壁超声震板与底壁超声震板的频率和超声强度均相同。
上述技术方案的有益效果在于：下方的侧壁超声震板与底壁超声震板主要起到分散硅粉的作用，使硅粉分散的更均匀。
进一步地，上下两块侧壁超声震板在上下方向上的宽度均为100mm，且上下两块侧壁超声震板之间的间距为10mm。
上述技术方案的有益效果在于：该尺寸能够满足加工要求，同时能够达到更好的切割效果。
进一步地，侧壁超声震板的频率大于底壁超声震板的频率，侧壁超声震板的超声强度小于底壁超声震板的超声强度。
上述技术方案的有益效果在于：使侧壁超声震板主要起到增加冷却液分散能力的作用，使底壁超声震板主要起到分散硅粉的作用。
进一步地，槽本体的四周顶端分别设置有加高板，加高板为塑料板，左右两侧的加高板用于与切割过程中的金刚线接触。
上述技术方案的有益效果在于：加高板可以提高槽本体内冷却液的液面高度，使金刚线和切割通道置于液面以下进行切割，提高金刚线携带冷却液的能力，冷却液可以显著去除金刚线表面的硅粉，提高金刚线的切割力；同时，加高板为塑料板，左右两侧的加高板用于与切割过程中的金刚线接触，可以限制金刚线在进刀阶段的左右摆动，减少进刀缺陷的比例，并且可以作为刮板及时刮掉金刚线上粘附的硅粉，对金刚线起到一定的开刃效果。
为实现上述目的，本发明中的金刚线切片机采用如下技术方案：
一种金刚线切片机，包括左右两个切割主辊，金刚线切片机还包括接片槽，接片槽包括用于盛装冷却液且设置在左右两个切割主辊之间的槽本体，槽本体包括左右布置的两个槽侧壁以及连接在两个槽侧壁之间的槽底壁，槽本体内于左右两个槽侧壁上分别固定有侧壁超声震板，槽本体内于所述的槽底壁上固定有底壁超声震板。
上述技术方案的有益效果在于：本发明中槽本体内于所述的两个槽侧壁上分别固定有侧壁超声震板，左右两侧的侧壁超声震板刚好与硅棒切割后相邻两个硅片之间的间隙对应，这样就可以利用超声的空泡作用，增加冷却液中有机成分的乳化效果，提高分散性，使得液体表面张力显著降低，从而增加冷却液在间隙中的渗透作用，及时去除切割通道中的硅粉，方便新产生的切屑排出，避免切割通道堵塞，从而减少金刚线的摩擦磨损，保证金刚线的切割力。同时，槽本体内于所述的槽底壁上固定有底壁超声震板，底壁超声震板可以对底部冷却液起到搅拌作用，使切割后的硅粉均匀地分散在冷却液中，避免硅粉团聚造成切割通道阻塞而导致断线。因此，通过侧壁超声震板和底壁超声震板的设置，可以提高大尺寸硅棒的切割良率，降低切片成本。
进一步地，两个槽侧壁上的侧壁超声震板均沿上下方向间隔设置有两块，上方的侧壁超声震板的频率大于下方的侧壁超声震板的频率，上方的侧壁超声震板的超声强度小于下方的侧壁超声震板的超声强度。
上述技术方案的有益效果在于：上方的侧壁超声震板的频率大且超声强度小，使得上方的侧壁超声震板主要起到增加冷却液分散能力的作用，由于上方的侧壁超声震板更加靠近切割中的金刚线，切割中的金刚线与硅棒之间存在较大的机械应力，若超声强度太大，其所传递的机械能叠加切割过程的机械应力，容易超出硅片的断裂强度，导致切割中的硅片碎裂，碎裂后的硅片会挤压金刚线，造成断线。
进一步地，上方的侧壁超声震板的频率取值范围为[3，5]MHz，下方的侧壁超声震板的频率取值范围为[1，3)MHz；上方的侧壁超声震板的超声强度取值范围为[1，2]W/cm2，下方的侧壁超声震板的超声强度取值范围为(2，3]W/cm2。
上述技术方案的有益效果在于：频率和超声强度控制在以上范围内，可以起到更好的切割效果。
进一步地，下方的侧壁超声震板与底壁超声震板的频率和超声强度均相同。
上述技术方案的有益效果在于：下方的侧壁超声震板与底壁超声震板主要起到分散硅粉的作用，使硅粉分散的更均匀。
进一步地，上下两块侧壁超声震板在上下方向上的宽度均为100mm，且上下两块侧壁超声震板之间的间距为10mm。
上述技术方案的有益效果在于：该尺寸能够满足加工要求，同时能够达到更好的切割效果。
进一步地，侧壁超声震板的频率大于底壁超声震板的频率，侧壁超声震板的超声强度小于底壁超声震板的超声强度。
上述技术方案的有益效果在于：使侧壁超声震板主要起到增加冷却液分散能力的作用，使底壁超声震板主要起到分散硅粉的作用。
进一步地，槽本体的四周顶端分别设置有加高板，加高板为塑料板，左右两侧的加高板用于与切割过程中的金刚线接触。
上述技术方案的有益效果在于：加高板可以提高槽本体内冷却液的液面高度，使金刚线和切割通道置于液面以下进行切割，提高金刚线携带冷却液的能力，冷却液可以显著去除金刚线表面的硅粉，提高金刚线的切割力；同时，加高板为塑料板，左右两侧的加高板用于与切割过程中的金刚线接触，可以限制金刚线在进刀阶段的左右摆动，减少进刀缺陷的比例，并且可以作为刮板及时刮掉金刚线上粘附的硅粉，对金刚线起到一定的开刃效果。
为实现上述目的，本发明中的大尺寸硅棒的切割方法采用如下技术方案：
一种大尺寸硅棒的切割方法，包括在左右两个切割主辊之间设置接片槽，通过在接片槽的槽本体的左右两个槽侧壁上分别固定侧壁超声震板，提高接片槽中冷却液的渗透能力，及时去除切割通道中的硅粉；同时，通过在槽本体的槽底壁上固定底壁超声震板，对底部冷却液起到搅拌作用，使切割后的硅粉均匀地分散在冷却液中。
上述技术方案的有益效果在于：通过在两个槽侧壁上分别固定侧壁超声震板，左右两侧的侧壁超声震板刚好与硅棒切割后相邻两个硅片之间的间隙对应，这样就可以利用超声的空泡作用，增加冷却液中有机成分的乳化效果，提高分散性，使得液体表面张力显著降低，提高接片槽中冷却液的渗透能力，及时去除切割通道中的硅粉，方便新产生的切屑排出，避免切割通道堵塞，从而减少金刚线的摩擦磨损，保证金刚线的切割力。同时，通过在槽本体的槽底壁上固定底壁超声震板，对底部冷却液起到搅拌作用，使切割后的硅粉均匀地分散在冷却液中，避免硅粉团聚造成切割通道阻塞而导致断线。因此，通过侧壁超声震板和底壁超声震板的设置，可以提高大尺寸硅棒的切割良率，降低切片成本。
进一步地，通过在槽本体的四周顶端分别设置加高板，提高槽本体内冷却液的液面高度，使金刚线和切割通道置于液面以下进行切割；同时采用塑料板作为加高板，使左右两侧的加高板与切割过程中的金刚线接触，限制金刚线在进刀阶段的左右摆动，并及时刮掉金刚线上粘附的硅粉。
上述技术方案的有益效果在于：金刚线和切割通道置于液面以下，提高金刚线携带冷却液的能力，冷却液可以显著去除金刚线表面的硅粉，提高金刚线的切割力。同时，左右两侧的加高板与切割过程中的金刚线接触，限制金刚线在进刀阶段的左右摆动，减少进刀缺陷的比例，并且作为刮板及时刮掉金刚线上粘附的硅粉，对金刚线起到一定的开刃效果。
附图说明
图1为本发明金刚线切片机的使用状态原理图；
图2为本发明金刚线切片机中接片槽和左右两个切割主辊的示意图；
图3为本发明金刚线切片机中接片槽的立体图。
图中：1、左切割主辊；2、右切割主辊；3、接片槽；31、槽侧壁；32、槽底壁；33、侧壁上超声震板；34、侧壁下超声震板；35、底壁超声震板；36、加高板；4、硅棒；5、左导流板；6、右导流板；7、右导线轮；8、右张力轮；9、右排线轮；10、放线轮；11、左导线轮；12、左张力轮；13、左排线轮；14、收线轮；15、水箱；16、金刚线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。
本发明中金刚线切片机的实施例如图1所示，包括左切割主辊1、右切割主辊2、接片槽3、左导流板5、右导流板6、右导线轮7、右张力轮8、右排线轮9、放线轮10、左导线轮11、左张力轮12、左排线轮13、收线轮14及水箱15。其中，左切割主辊1和右切割主辊2平行间隔设置，金刚线16从放线轮10上放出后依次绕过右排线轮9、右张力轮8以及右导线轮7后螺旋缠绕于左切割主辊1和右切割主辊2上，形成切割线网，然后依次经左导线轮11、左张力轮12、左排线轮13后收绕于收线轮14上。金刚线16在左右两个切割主辊的带动下移动，形成锯切动作，待切割的硅棒4在进料机构(图中未示出)的驱动下朝向金刚线16移动，最终切割成片。切割过程中，左导流板5和右导流板6的冷却液对金刚线16进行冲洗冷却。
接片槽3设置在左切割主辊1和右切割主辊2之间，可以承接冷却液和切割过程中掉落的碎片和粉末，并且接片槽3中装满冷却液，水箱15设置在接片槽3和两个切割主辊的正下方，用于承接从接片槽3中漫出的冷却液。接片槽3包括槽本体，如图2和图3所示，槽本体整体呈长方体盒状，顶部开口，包括左右布置的两个槽侧壁31以及连接在两个槽侧壁31之间的槽底壁32，当然槽本体还包括前后布置的两个槽侧壁。左右两个槽侧壁31的顶部设置有相背延伸的倾斜段，扩大了顶部的开口。
槽本体内于左右两个槽侧壁31上分别固定有侧壁超声震板，两个槽侧壁31上的侧壁超声震板均沿上下方向间隔设置有两块。上方的侧壁超声震板(即侧壁上超声震板33)的频率大于下方的侧壁超声震板(即侧壁下超声震板34)的频率，侧壁上超声震板33的超声强度小于侧壁下超声震板34的超声强度。侧壁上超声震板33的频率取值范围为[3，5]MHz，具体可以是3MHz、4MHz或5MHz，侧壁下超声震板34的频率取值范围为[1，3)MHz，具体可以是1MHz、2MHz或2.9MHz。侧壁上超声震板33的超声强度取值范围为[1，2]W/cm2，具体可以是1W/cm2、1.5W/cm2或2W/cm2，侧壁下超声震板34的超声强度取值范围为(2，3]W/cm2，具体可以是2.1W/cm2、2.5W/cm2或3W/cm2。
侧壁超声震板与硅棒切割后相邻两个硅片之间的间隙对应，这样就可以利用超声的空泡作用，增加冷却液中有机成分的乳化效果，提高分散性，使得液体表面张力显著降低，从而增加冷却液在间隙中的渗透作用，及时去除切割通道中的硅粉，方便新产生的切屑排出，避免切割通道堵塞，从而减少金刚线的摩擦磨损，保证金刚线的切割力。
其中，侧壁上超声震板33的频率更高，主要起到增加冷却液分散能力的作用，而侧壁上超声震板33的超声强度较低，这是由于侧壁上超声震板33更加靠近切割中的金刚线16，切割中的金刚线16与硅棒4之间存在较大的机械应力，若超声强度太大，其所传递的机械能叠加切割过程的机械应力，容易超出硅片的断裂强度，导致切割中的硅片碎裂，碎裂后的硅片会挤压金刚线，造成断线。
此外，如图2和图3所示，槽本体内于槽底壁32上固定有底壁超声震板35，底壁超声震板35与侧壁下超声震板34的频率和超声强度均相同，两者位于槽本体的下部，可以对底部冷却液起到搅拌作用，使切割后的硅粉均匀地分散在冷却液中，避免硅粉团聚造成切割通道阻塞而导致断线。
需要说明的是，本发明的关键在于设置合适的超声震板(尺寸及安装位置)和超声参数(频率及强度)，超声一直作为常规手段应用于硅片预清洗和清洗环节，主要采用超声的空泡效应，去除粘附在硅片表面的杂物，达到清洁硅片表面的目的。也有文献报道将超声加在金刚线上，通过金刚线高频率的抖动来增加切割力。第一种应用场景，主要作用于切割完成后的硅片，硅片在清洗过程中，处于静止或低速0.01-0.05m/s上下移动(漂洗环节)，相对运动较小。第二种应用场景，将超声加载在高速移动的金刚线体上，一般适用于线径在120um以上的金刚线，针对超细型金刚线，直接在钢线上加载超声，易造成钢线断线。本发明针对超细钢线(50um以下)切割大尺寸硅片(180mm以上)引入的超声，根据切割位置的差异，以切割210硅棒为例，侧面设置上下两块超声震板，上下超声震板宽度均为100mm，侧面居中安装，两块震板间隔10mm，通过上下超声震板频率和超声强度的不同，既增加了冷却液分散能力，提高了金刚线带液能力，又可以避免切割中的硅片碎裂而导致断线，同时还考虑了硅粉的沉淀效应，使硅粉分散的更均匀，可以提高大尺寸硅棒的切割良率，降低切片成本。
此外，如图2和图3所示，槽本体的四周顶端分别设置有1-2cm的加高板36，槽本体为金属材质，加高板36为塑料板，具体可以采用聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、ABS树脂等。左右两侧的加高板36用于与切割过程中的金刚线16接触，作用有三个，一是在切割初期，线网接触硅棒4时，硅棒4下压线网的力度较小，金刚线16前后摆动较为自由，导致切割硅片存在进刀线痕或翘曲等不良，设置加高板36后，金刚线16切入板材内起到一定的固定作用，提高进刀阶段限制金刚线前后摆动的作用，减少进刀缺陷的比例。二是设置加高板36可以提高水位，使切割通道和金刚线16置于液面以下进行切割，提高金刚线16携带冷却液的能力，提高切割力。三是选择工程塑料作为板材，其硬度不大，基本不损失金刚线的切割力，金刚线切入后在加高板36上形成线槽，使得加高板36还可以作为刮板，及时“刮掉”金刚线上粘附的大颗粒，对金刚线也起到一定的开刃效果。
本发明大尺寸硅棒的切割方法的实施例如图1～图3所示，包括以下步骤：
步骤一，粘接固化：将表面研磨好的硅棒4粘接在基座(图中未示出)上并进行固化，待切割使用。
步骤二，配置金刚线切割冷却液：将350-400L纯水注入金刚线切割机的冷却液罐体内，开启搅拌和内循环；使用量筒量取0.5-0.8L冷却液，置于2L烧杯中，置于超声清洗机槽内，超声30分钟，超声完毕后分三次倒入金刚线切割机冷却液罐，搅拌5分钟后，测量冷却液罐体内的混合溶液的表面张力，通过添加冷却液(表面张力过大)或纯水(表面张力过小)，将溶液的表面张力调整至28-30N/m。
步骤三，布置金刚线切割机线网：将步骤一中粘好的硅棒安装至金刚线切割机的加工室；将设置有超声震板的接片槽3放置于切片机的左切割主辊1和右切割主辊2之间；将切割用的金刚线16从金刚线切割机的放线室的放线轮10上引出，通过导轮将金刚线16布置在切割主辊上对应的线槽内，待金钢线16布满整个切割主辊后，将金刚线16的线头引出至金刚线切割机的收线室的收线轮14，完成线网的布线工作。
步骤四，线网布置完成后，打开冷却液供应系统，设置5000-8000立方/小时的流量，将接片槽3内注满冷却液，直至冷却液从接片槽3溢流，打开接片槽3内超声，完成切割前的准备工作。
其中，通过在接片槽3的槽本体四周顶端分别设置加高板36，提高槽本体内冷却液的液面高度，使金刚线16和切割通道置于液面以下进行切割；并且采用塑料板作为加高板，使左右两侧的加高板36与切割过程中的金刚线16接触，限制金刚线16在进刀阶段的左右摆动，并及时刮掉金刚线16上粘附的硅粉。同时，通过在接片槽3的槽本体的两个槽侧壁上分别固定侧壁超声震板，在槽底壁上固定底壁超声震板35，其中侧壁超声震板有上下两块，上方震板的频率大于下方震板的频率，超声强度小于下方震板的超声强度，底壁超声震板35的频率和超声强度与下方震板相同，如此，上方震板主要起到提高冷却液渗透能力的作用，提高金刚线带液能力，及时去除切割通道中的硅粉，避免金刚线断线，下方震板和底壁超声震板主要起到对冷却液进行搅拌的作用，使切割后的硅粉均匀地分散在冷却液中，避免硅粉团聚造成切割通道阻塞而导致断线。
步骤五，设置切割参数：将冷却液流量设置为8000-10000立方/小时，根据选用钢线的线径，在左右两侧建立相应的张力，对于母线线径为35-40μm的电镀金刚线，张力设置为3-4N，对于母线线径40-45μm的电镀金刚线，张力设置为4-5N，热机循环；热机结束后，按照线速35-40m/s和台速0.3-2.7mm/min，进行双向切割。
步骤六，切割完成后，停机、取下硅棒，对切割形成的硅片机械能脱胶、清洗和分选，完成硅片的加工。
通过本发明提供的金刚线切片机以及大尺寸硅棒的切割方法，切割力更强，硅片的TTV、线痕等异常显著低于常规方法，如表1所示；在切割过程中断线率也显著下降，提升了切割效率并降低了用线量，有利于降低硅片切割加工成本；使用此方法加工大尺寸硅棒切割良率显著提升，为大尺寸硅片加工提供了解决思路。
表1本发明切割210mm单晶硅棒与常规方法各项参数对比图
Figure BDA0003566041030000111
其中，断线率：切割过程中发生断线的刀数/该机台统计周期内切割总刀数*100％；
直通率：切割合格片数/理论出片数*100％，其中理论出片数是指切割硅棒长度/切割槽距；
A合计：A级片合计片数/理论出片数*100％，A合计中包含A级轻微色差(非切割因素引起)；
B线痕：表面线痕深度15-30um的硅片数/理论出片数*100％；
B-线痕：表面线痕深度30-40um的硅片数/理论出片数*100％；
B-TTV：TTV在30-40um之间的硅片数/理论出片数*100％，其中TTV表示总厚度偏差，单张硅片厚度最大值-该硅片厚度最小值；
C线痕：表面线痕深度＞40um的硅片数/理论出片数*100％；
CTTV：TTV＞40um的硅片数/理论出片数*100％；
D合计：是指缺角超过2cm以上的硅片数/理论出片数*100％；
制程损耗：制程过程中损失的硅片数/理论出片数*100％。
在大尺寸硅棒的切割方法和金刚线切片机的其他实施例中：槽本体的四周顶端可以不设置加高板，此时可以尽量将接片槽靠近金刚线，因槽本体为金属材质不能与金刚线接触，通过调整金刚线合适的张紧力，使金刚线尽可能处于液面以下进行切割，即使金刚线不能与冷却液接触，但是两个硅片之间间隙的绝大部分可以处于液面以下，通过超声震板的作用，间隙之间的硅粉被快速去除，同样有利于金刚线刚切割出来的硅粉顺利排出。
在大尺寸硅棒的切割方法和金刚线切片机的其他实施例中：底壁超声震板的频率小于下方的侧壁超声震板，底壁超声震板的超声强度大于下方的侧壁超声震板。
在大尺寸硅棒的切割方法和金刚线切片机的其他实施例中：左右两个槽侧壁上的侧壁超声震板可以分别只有一块，该侧壁超声震板的频率大于底壁超声震板的频率，同时该侧壁超声震板的超声强度小于底壁超声震板的超声强度，侧壁超声震板主要是提高接片槽中冷却液的渗透能力，底壁超声震板主要对底部冷却液起到搅拌作用。
在大尺寸硅棒的切割方法和金刚线切片机的其他实施例中：在保证搅拌作用以及不超过硅片断裂强度的情况下，侧壁超声震板的频率和超声强度均可以与底壁超声震板相同。
在金刚线切片机的其他实施例中：上下两块侧壁超声震板的尺寸和间距可以根据接片槽的具体尺寸进行设计调整。
在金刚线切片机的其他实施例中：根据实际情况，上下两块侧壁超声震板的频率和超声强度的取值范围可以进行调整。
本发明中接片槽的实施例为：接片槽的具体结构与上述金刚线切片机实施例中的接片槽相同，在此不再重述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种接片槽，包括用于盛装冷却液且设置在金刚线切片机的左右两个切割主辊之间的槽本体，槽本体包括左右布置的两个槽侧壁(31)以及连接在两个槽侧壁(31)之间的槽底壁(32)，其特征在于，槽本体内于左右两个槽侧壁(31)上分别固定有侧壁超声震板，槽本体内于所述的槽底壁(32)上固定有底壁超声震板(35)。
2.根据权利要求1所述的接片槽，其特征在于，两个槽侧壁(31)上的侧壁超声震板均沿上下方向间隔设置有两块，上方的侧壁超声震板的频率大于下方的侧壁超声震板的频率，上方的侧壁超声震板的超声强度小于下方的侧壁超声震板的超声强度。
3.根据权利要求2所述的接片槽，其特征在于，上方的侧壁超声震板的频率取值范围为[3，5]MHz，下方的侧壁超声震板的频率取值范围为[1，3)MHz；上方的侧壁超声震板的超声强度取值范围为[1，2]W/cm2，下方的侧壁超声震板的超声强度取值范围为(2，3]W/cm2。
4.根据权利要求2或3所述的接片槽，其特征在于，下方的侧壁超声震板与底壁超声震板(35)的频率和超声强度均相同。
5.根据权利要求2或3所述的接片槽，其特征在于，上下两块侧壁超声震板在上下方向上的宽度均为100mm，且上下两块侧壁超声震板之间的间距为10mm。
6.根据权利要求1所述的接片槽，其特征在于，侧壁超声震板的频率大于底壁超声震板(35)的频率，侧壁超声震板的超声强度小于底壁超声震板(35)的超声强度。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述的接片槽，其特征在于，槽本体的四周顶端分别设置有加高板(36)，加高板(36)为塑料板，左右两侧的加高板(36)用于与切割过程中的金刚线(16)接触。
8.一种金刚线切片机，包括左右两个切割主辊，其特征在于，金刚线切片机还包括权利要求1～7中任意一项所述的接片槽。
9.一种大尺寸硅棒的切割方法，包括在左右两个切割主辊之间设置接片槽，其特征在于，通过在接片槽(3)的槽本体的左右两个槽侧壁(31)上分别固定侧壁超声震板，提高接片槽(3)中冷却液的渗透能力，及时去除切割通道中的硅粉；同时，通过在槽本体的槽底壁(32)上固定底壁超声震板(35)，对底部冷却液起到搅拌作用，使切割后的硅粉均匀地分散在冷却液中。
10.根据权利要求9所述的大尺寸硅棒的切割方法，其特征在于，通过在槽本体的四周顶端分别设置加高板(36)，提高槽本体内冷却液的液面高度，使金刚线(16)和切割通道置于液面以下进行切割；同时采用塑料板作为加高板(36)，使左右两侧的加高板(36)与切割过程中的金刚线(16)接触，限制金刚线(16)在进刀阶段的左右摆动，并及时刮掉金刚线(16)上粘附的硅粉。
CN202210307279.2A 2022-03-25 2022-03-25 一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法 Pending CN114851413A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210307279.2A CN114851413A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210307279.2A CN114851413A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114851413A true CN114851413A (zh) 2022-08-05

Family

ID=82628920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210307279.2A Pending CN114851413A (zh) 2022-03-25 2022-03-25 一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114851413A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116277560A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 浙江求是半导体设备有限公司 晶棒切割系统及金刚线寿命检测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN206306269U (zh) * 2016-09-26 2017-07-07 微钻石线材设备有限公司 切割装置
EP3292968A1 (en) * 2016-09-13 2018-03-14 AUO Crystal Corporation Wire saw apparatus, a method of sawing an object, and a method of producing etched wafers
CN207495841U (zh) * 2017-11-29 2018-06-15 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 用于金刚线切片机的接片装置及碎片清理系统
CN111186041A (zh) * 2020-02-25 2020-05-22 青岛高测科技股份有限公司 一种沉浸式金刚线切割晶硅及冷却润滑的方法
CN113524471A (zh) * 2020-04-22 2021-10-22 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种硅片的金刚线切片工艺
CN113858462A (zh) * 2021-10-21 2021-12-31 晶澳太阳能有限公司 一种接料盒、多线切割设备及其切割工艺

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3292968A1 (en) * 2016-09-13 2018-03-14 AUO Crystal Corporation Wire saw apparatus, a method of sawing an object, and a method of producing etched wafers
CN206306269U (zh) * 2016-09-26 2017-07-07 微钻石线材设备有限公司 切割装置
CN207495841U (zh) * 2017-11-29 2018-06-15 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 用于金刚线切片机的接片装置及碎片清理系统
CN111186041A (zh) * 2020-02-25 2020-05-22 青岛高测科技股份有限公司 一种沉浸式金刚线切割晶硅及冷却润滑的方法
CN113524471A (zh) * 2020-04-22 2021-10-22 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 一种硅片的金刚线切片工艺
CN113858462A (zh) * 2021-10-21 2021-12-31 晶澳太阳能有限公司 一种接料盒、多线切割设备及其切割工艺

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116277560A (zh) * 2023-05-17 2023-06-23 浙江求是半导体设备有限公司 晶棒切割系统及金刚线寿命检测方法
CN116277560B (zh) * 2023-05-17 2023-08-11 浙江求是半导体设备有限公司 晶棒切割系统及金刚线寿命检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8075647B2 (en) Slurry for slicing silicon ingot and method for slicing silicon ingot using the same
CN107160576B (zh) 一种电镀金刚线快速切割硅片的方法
CN107901256B (zh) 金刚线切割多晶硅片的装置及切割方法
WO2011024910A1 (ja) 太陽電池用シリコンウェーハおよびその製造方法
CN114851413A (zh) 一种接片槽、金刚线切片机及大尺寸硅棒的切割方法
CN105216127B (zh) 多线切割方法及多线切割机
CN101554757A (zh) 一种晶体硅块切割方法
CN106738395A (zh) 一种晶体硅的线切割的方法
CN213563665U (zh) 用于晶体硅切割装置的冷却装置及切割装置
CN110076919A (zh) 一种蓝宝石晶棒浸没式多线切割装置及方法
CN102172996A (zh) 浸晶切割方法
JP2010194706A (ja) 基板の製造方法
KR101279681B1 (ko) 단결정 잉곳 절단장치
WO2011034439A1 (en) Sawing of blocks into wafers using diamond coated wires
JP5371355B2 (ja) 基板の製造方法および太陽電池素子
CN106830632A (zh) 一种玻璃压延成型机
CN103085179A (zh) 超声波线切割方法及专用设备
CN112092225B (zh) 晶棒档片及晶棒切割方法
CN213005970U (zh) 晶棒线切割辊及晶棒多线切割装置
JP2008103690A (ja) シリコンインゴット切断用スラリー
JP2016101611A (ja) 基板の製造方法
CN111546519A (zh) 一种改善大直径硅圆片几何参数的切割工艺
CN115609777B (zh) 一种用于led芯片制造的切割液循环处理工艺
KR101275923B1 (ko) 단결정 잉곳 절단장치
JP5430144B2 (ja) 基板の製造方法および太陽電池素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination