CN207128104U - 一种刻槽主辊以及切割设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种刻槽主辊以及切割设备，涉及硅片加工技术领域，包括主辊本体，所述主辊本体上设置有刻槽，所述刻槽的槽底呈圆弧形。在上述技术方案中，为了能够减少金刚线在切割硅片时所形成的晃动问题，基于现有技术中的刻槽主辊结构将所述刻槽主辊上的刻槽的槽底改进成圆弧形的结构，所以在切割的过程中，圆弧形的槽底会对金刚线形成充分的支撑，防止金刚线形成大幅度的晃动，这样金刚线切割硅片的时候是更加稳定的，也直接避免了硅片会形成线痕和翘曲的问题，大大提高了切割的良率。

Description

一种刻槽主辊以及切割设备

技术领域

本实用新型涉及硅片加工技术领域，尤其是涉及一种刻槽主辊以及切割设备。

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。预计到2050年，光伏发电(PV)将供应全球电力总生产量的11％，而太阳能发电将占全球总发电量的20％～25％。

光伏电池一般包含有晶体硅电池、薄膜电池、有机电池、染料敏化电池以及钙钛矿等。在众多光伏电池中，晶体硅电池一直牢牢占据霸主地位，自2006年以来市场份额一直在80％以上。

在生产制造当中，晶硅电池的主要原料为单晶硅片和多晶硅片，硅片的主要加工方式为多线切割，即钢线从放线轮经过多个换向小导轮后到达刻槽的主辊上，钢线在刻槽主辊上织成2000至3000条平行的平面线网，随后钢线又对称地经过换向小导轮后回到收线轮。

与传统的SiC和PEG组成的砂浆多线切割不同，金刚线多线切割方式具备加工效率高、硅料损耗少以及切割硅片质量稳定等优势，已经在单晶硅片制造领域全部推广，并且随着金刚线多晶硅片黑硅制绒技术的量产，金刚线切割多晶硅片技术也开始得到重视和推广应用，预计多晶硅片的金刚线加工方法也将在不久的将来完全替代传统的砂浆多线切割方式。

但是，在现有技术中，当更换新主辊后，金刚线切割硅片时的前几刀总会导致硅片在进刀位置出现线痕或翘曲问题，直到经过了一段时间的切割才能够逐渐减轻这种问题，使硅片的切割达到合格标准。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种刻槽主辊以及切割设备，以解决现有技术中存在的金刚线切割过程中出现线痕或翘曲的情况，造成硅片切割不合格的技术问题。

经研究发现，在切割硅片的过程当中，当金刚线下落以后会与刻槽的内壁形成接触，并同时可以利用与刻槽内壁的接触形成支撑作用。

而现有技术中的刻槽一般是呈V型结构的，而基于这种结构，在切割硅片的过程当中，当金刚线下落以后会部分的与刻槽的内壁接触，具体的，在这种金刚线与刻槽的内壁接触的过程中，由于刻槽的形状是呈V型结构的，所以所述金刚线与刻槽的内壁之间是呈线接触的，也就是说，金刚线的左右两侧与所述刻槽的左右内壁之间会形成有沿着所述金刚线长度方向的线接触。

所以，在金刚线与刻槽的内壁形成线接触的状态时，其实金刚线与刻槽的内壁之间的接触面积是很小的，这样的话，刻槽的内壁对于金刚线的支撑也相对应的较小。

所以，在金刚线进行切割工作的时候，由于支撑的作用较小，就容易使金刚线在切割的过程中发生晃动，并不时的处于悬空的状态，而这种情况就是金刚线切割硅片时，造成硅片出现线痕和翘曲问题的关键原因。

而为了解决上述技术问题，本申请便提供了如下的技术方案：

本实用新型提供的一种刻槽主辊，包括主辊本体，所述主辊本体上设置有刻槽，所述刻槽的槽底呈圆弧形；

所述槽底的半径等于金刚线的等效半径减去3至9μm。

在上述技术方案中，为了能够减少金刚线在切割硅片时所形成的晃动问题，基于现有技术中的刻槽主辊结构将所述刻槽主辊上的刻槽的槽底改进成圆弧形的结构。

当所述刻槽的槽底改进成圆弧形的结构以后，金刚线切割硅片时下落到刻槽的槽底以后，就可以与刻槽的槽底的内壁形成面接触，进而充分的与刻槽的槽底相接触，并且为了使不同规格(也即等效直径不同)的金刚线能够与圆弧形的槽底充分的接触，所以所述槽底的半径大小也根据金刚线的等效半径来设置，这样就可以使金刚线与刻槽的槽底形成更加良好的适配，进而提高金刚线切割的稳定性。

所以在切割的过程中，刻槽的槽底会对金刚线形成充分的支撑，防止金刚线形成大幅度的晃动，这样金刚线切割硅片的时候是更加稳定的，也直接避免了硅片会形成线痕和翘曲的问题，大大提高了切割的良率。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽的槽深设置在 240至280μm之间。

在上述技术方案中，对刻槽的槽深进行针对性的设置，可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

进一步的，在本实用新型的实施例中，相邻所述刻槽之间的槽距与硅片的目标厚度和金刚线的等效直径之和相差2μm之内。

在上述技术方案中，通过根据硅片的目标厚度和金刚线的等效直径来调整刻槽之间的槽距，可以使切割初期时金刚线能够顺利地沉入到刻槽的槽底。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述主辊本体的表面设置有涂覆层；

所述涂覆层的邵氏硬度HA≥95。

在上述技术方案中，在主辊本体的表面设置了邵氏硬度大于95 的涂覆层以后，可以提高主辊本体的耐磨性，进而提高刻槽主辊的使用寿命。

优选的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽呈V型。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽的夹角设置在 33°至39°之间。

在上述技术方案中，对刻槽的夹角进行针对性的设置，可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

优选的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽的槽壁与所述槽底的圆弧相切。

优选的，在本实用新型的实施例中，所述主辊本体的材质包括聚氨酯。

本申请还提供了一种切割设备，包括所述刻槽主辊。

在上述技术方案中，所述切割设备采用了所述刻槽主辊以后，可以提高金刚线切割的良率，使金刚线在切割前期就能够避免发生硅片具有线痕和翘曲的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的刻槽主辊上的刻槽的结构示意图；

图2为现有技术中的刻槽主辊上的刻槽与金刚线的结构示意图；

图3为本实用新型一个实施例提供刻槽主辊上的刻槽的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例提供刻槽主辊上的刻槽与金刚线的结构示意图。

附图标记：

1-刻槽；2-槽底。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

根据前文的记载可知，由于刻槽主辊上刻槽1的槽底2的结构能够影响金刚线在切割硅片过程中稳定性，所以说，在金刚线的切割过程中，影响金刚线切割辅材的因素中，除了金刚线质量外，最重要的就是刻槽主辊，而刻槽主辊的材质和刻槽1参数将直接影响到硅片的切割质量，具体参考如下。

图3为本实用新型一个实施例提供刻槽主辊上的刻槽的结构示意图；图4为本实用新型一个实施例提供刻槽主辊上的刻槽与金刚线的结构示意图。

首先，如图3和图4所示，本实施例提供的一种刻槽主辊，包括主辊本体，所述主辊本体上设置有刻槽1，所述刻槽1的槽底2呈圆弧形；所述槽底2的半径等于金刚线的等效半径减去3至9μm。

由于现有技术中的刻槽主辊在配合金刚线切割硅片的时候会出现线痕和翘曲等影响切割质量的问题，为了能够减少金刚线在切割硅片时出现线痕和翘曲等影响切割质量的问题，所以本申请的技术方案中便基于现有技术中的刻槽主辊结构，将现有技术中的刻槽主辊上的刻槽1的槽底2改进成圆弧形的结构。

当所述刻槽1的槽底2改进成圆弧形的结构以后，金刚线切割硅片时下落到刻槽1的槽底2以后，就可以与刻槽1的槽底2的内壁形成面接触，进而充分的与刻槽1的槽底2相接触，并且为了使不同规格(也即等效直径不同)的金刚线能够与圆弧形的槽底2充分的接触，所以所述槽底2的半径大小也根据金刚线的等效半径来设置，这样就可以使金刚线与刻槽1的槽底2形成更加良好的适配，进而提高金刚线切割的稳定性。

具体的，当确定了金刚线的等效半径以后，利用金刚线的等效半径减去3至9μm，以此来确定槽底2的半径，以这种方式就可以使金刚线与刻槽1的槽底2形成更加良好的适配，进而提高金刚线切割的稳定性。

所以在切割的过程中，刻槽1的槽底2会对金刚线形成充分的支撑，防止金刚线形成大幅度的晃动，这样金刚线切割硅片的时候是更加稳定的，也直接避免了硅片会形成线痕和翘曲的问题，大大提高了切割的良率。

图1为现有技术中的刻槽主辊上的刻槽的结构示意图；

图2为现有技术中的刻槽主辊上的刻槽与金刚线的结构示意图。

参考图1和图2所示，相比于本申请中的切割过程来说，现有技术中为了能够提高硅片的切割质量，一般都需要采用大量的金刚线在切割之前进行空切磨合，以便利用空切磨合使金刚线与刻槽主辊的刻槽1能够适配上。

而在这种空切磨合的过程中一般都需要2-3个小时，浪费掉大约 3.5km的金刚线，所以说，这种空切磨合的过程是会大大提高生产成本的。

而本申请采用的刻槽1的结构，便可以直接越过空切磨合的过程，直接切割即可达到合格的切割质量。

下面通过两个具体的实施例对本申请的技术方案和现有技术中的技术方案进行对比。

实施例1

该实施例为本申请技术方案的相关实施例，采用母线直径为70 μm的电镀金刚线切割边长为157mm的多晶硅棒，配套主辊的相关参数检测如下：

刻槽主辊材质主要由聚氨酯(TPU)和适量耐磨剂、其他添加剂组成，刻槽主辊的涂覆层在25℃下测量的邵氏硬度平均值HA＝97；

硅片希望切割成的目标片厚为190μm，测得使用的金刚线等效直径平均值为90μm，故刻槽主辊的刻槽1的槽距理论设定为280μm，实测槽距为280或281μm；

刻槽主辊的刻槽1深度的测量值264、266μm左右；

刻槽主辊的刻槽1夹角测量值均介于33°至39°之间；

将刻槽1的槽底2设置成圆弧形的结构，并利用激光测厚仪测量使用的金刚线等效直径为90μm，所以刻槽1的槽底2的等效圆半径 R值应该设计为36至42μm，实际检测刻槽主辊的槽底2R值为40 至42μm。

以上刻槽主辊安装在线切机后不再空切，刻槽主辊上直接布线网切割硅棒。

如下表所示，刻槽主辊第1刀至第4刀的直通率和A级片合计均相差不大，B级线痕和C级线痕均较小。

刻槽主辊前4刀平均直通率95.23％，A级片合计94.12％，B级线痕占比0.08％，C级线痕占比0％。

主辊次数	直通率	A合计	B线痕	C线痕
					第1刀	94.74％	93.72％	0.32％	0.0％
第2刀	95.57％	94.07％	0.00％	0.0％
					第3刀	94.66％	92.97％	0.00％	0.0％
第4刀	95.94％	95.66％	0.00％	0.0％
					汇总	95.23％	94.12％	0.08％	0.0％

实施例2

该实施例为现有技术中技术方案的相关实施例，采用母线直径为 70μm的电镀金刚线切割边长为157mm的多晶硅棒，常规工艺主辊的相关参数检测如下：

刻槽主辊材质主要由聚氨酯(TPU)和适量耐磨剂、其他添加剂组成，刻槽主辊的涂覆层在25℃下测量的邵氏硬度HA＝95；

硅片希望切割的目标片厚为190μm，测得使用的金刚线等效直径平均值为90μm，故刻槽主辊的刻槽1额槽距设定为280±2μm，实测测量槽距为280至281μm；

刻槽主辊的刻槽1深度4个位置的测量值均介于270至275μm；

刻槽主辊的刻槽1夹角测量值均介于30°至35°；

以上刻槽主辊安装在线切机上，刻槽主辊上布满新线空切“磨合” 3小时，空切后主辊上的3.5km新线报废处理，重新在主辊上布新线网来切割硅棒。

如下表所示，此套刻槽主辊切割第1刀直通率只有12.49％，A 合计7.88％，B线痕占比4.40％，C线痕占比79.2％。

随着刻槽主辊使用刀数的增加，金刚线与刻槽主辊的槽形逐渐磨合匹配，切割良率才逐渐提升，直至第4刀才基本达到正常的良率水平，线痕比例也降低至正常水平。此套刻槽主辊使用前4刀的平均直通率为71.86％，A级片合计60.18％，B线痕占比7.66％，C线痕占比 20.14％。

主辊次数	直通率	A合计	B线痕	C线痕
					第1刀	12.49％	7.88％	4.40％	79.2％
第2刀	83.32％	57.20％	20.70％	0.4％
					第3刀	95.95％	86.51％	5.01％	1.0％
第4刀	95.68％	89.13％	0.54％	0.0％
					汇总	71.86％	60.18％	7.66％	20.14％

相比之下，采用了圆弧形的刻槽1的槽底2之后，既能够省略掉空切磨合的过程，又能够在前几刀直接保证硅片切割的质量。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽1的槽深设置在 240至280μm之间。在图4中，所述刻槽1的槽深通过a来表示。

由于金刚线在切割的时候是会发生左右的晃动的，所以将刻槽1 的槽深设置的足够深，就可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

进一步的，在本实用新型的实施例中，相邻所述刻槽1之间的槽距与硅片的目标厚度和金刚线的等效直径之和相差2μm之内，也就是说，在设计的时候可以根据硅片的目标厚度和金刚线的等效直径的数值来确定刻槽1的槽距。

在图4中，所述刻槽1的槽距通过b来表示。

具体的，确定了硅片的目标厚度和金刚线的等效直径之和以后，就可以确定槽距的理论值，实际设置槽距的时候，在理论值的基础上上下浮动2μm，使实际槽距与理论槽距相差2μm即可。

通过根据硅片的目标厚度和金刚线的等效直径来调整刻槽1之间的槽距，就可以使切割初期时金刚线能够顺利地沉入到刻槽1的槽底2。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述主辊本体的表面设置有涂覆层；

所述涂覆层的邵氏硬度HA≥95。

根据现有技术中的刻槽主辊的使用过程，若刻槽主辊材质和硬度偏低，将导致刻槽主辊的使用寿命急剧下降，刻槽主辊频繁更换，将不利于大规模推广使用，所以在主辊本体的表面设置了邵氏硬度大于 95的涂覆层以后，可以提高主辊本体的耐磨性，进而提高刻槽主辊的使用寿命。

优选的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽1呈V型。

进一步的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽1的夹角设置在 33°至39°之间。

在图4中，所述刻槽1的夹角通过c来表示。

由于金刚线在切割的时候是会发生左右的晃动的，所以将刻槽1 的夹角设置在33°至39°之间，就可以防止金刚线在切割时发生左右晃动，提高金刚线切割时的稳定性。

优选的，在本实用新型的实施例中，所述刻槽1的槽壁与所述槽底2的圆弧相切。

优选的，在本实用新型的实施例中，所述主辊本体的材质包括聚氨酯。

本申请还提供了一种切割设备，包括所述刻槽主辊。

由于所述刻槽主辊的具体结构、功能原理以及技术效果已经在前文详述，在此便不再赘述。

所以，任何有关于所述刻槽主辊的技术内容，也均可参考前文对于所述刻槽主辊的记载即可。

由上可知，所述切割设备采用了所述刻槽主辊以后，可以提高金刚线切割的良率，使金刚线在切割前期就能够避免发生硅片具有线痕和翘曲的问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种刻槽主辊，包括主辊本体，所述主辊本体上设置有刻槽(1)，其特征在于，所述刻槽(1)的槽底(2)呈圆弧形；

所述槽底(2)的半径等于金刚线的等效半径减去3至9μm。

2.根据权利要求1所述的刻槽主辊，其特征在于，所述刻槽(1)的槽深设置在240至280μm之间。

3.根据权利要求1所述的刻槽主辊，其特征在于，相邻所述刻槽(1)之间的槽距与硅片的目标厚度和金刚线的等效直径之和相差2μm之内。

4.根据权利要求1所述的刻槽主辊，其特征在于，所述主辊本体的表面设置有涂覆层；

所述涂覆层的邵氏硬度HA≥95。

5.根据权利要求1所述的刻槽主辊，其特征在于，所述刻槽(1)呈V型。

6.根据权利要求5所述的刻槽主辊，其特征在于，所述刻槽(1)的夹角设置在33°至39°之间。

7.根据权利要求5所述的刻槽主辊，其特征在于，所述刻槽(1)的槽壁与所述槽底(2)的圆弧相切。

8.根据权利要求1所述的刻槽主辊，其特征在于，所述主辊本体的材质包括聚氨酯。

9.一种切割设备，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的刻槽主辊。