CN207578758U - 一种用于多线切割的金刚线 - Google Patents

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曲东升
王新平
曹民博
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Abstract

本实用新型提供了一种用于多线切割的金刚线，所述金刚线包括芯线，预镀层，至少两层加厚层，金刚石颗粒，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层，金刚石颗粒密度为200‑350颗/mm，金刚石颗粒直径为7.5‑8.5um，金刚石出刃高度方差小于0.5。本实用新型的金刚线单位长度金刚石颗粒数高且分布均匀，金刚石颗粒直径、形状一致性好，金刚石颗粒出刃高度方差小，二次加厚增强了金刚石颗粒附着力，提高加工效率；本实用新型的金刚线在同规格产品下具有更小包络外径，提高硅料利用率，从而能够增加出片率，实现对8.4inch，长650‑700mm晶棒加工时间达到1.6h。

Description

一种用于多线切割的金刚线
技术领域
本实用新型涉及金刚线技术领域，尤其是一种用于多线切割的金刚线，更进一步是一种用于切割硬脆材料的金刚线，广泛应用于太阳能级单晶硅、多晶硅、半导体晶圆、蓝宝石、陶瓷等硬脆材料的切割。
背景技术
硬脆材料应用日益广泛，其主要包括硅晶体、蓝宝石、玻璃、石材、石英、陶瓷、硬质合金、稀土磁性材料等。由于大多数硬脆材料价格昂贵，因此，对硬脆材料加工的一般要求为损耗低、效率高、成本低、污染小等，而切割加工是目前硬脆材料加工方法中最常用的一种，常见切割方式有激光切割、机械切割，机械切割分为刚性切割与柔性切割。随着太阳能光伏产业的逐渐扩大，硅晶体的加工越来越受到重视。硅晶体的切割加工主要是采用机械切割中的柔性切割来完成。柔性切割是采用一种高碳钢丝结合磨粒对硅晶体进行切割，柔性切割按照磨粒存在形式分为游离磨粒切割和固结磨粒切割，游离磨粒切割是用细丝母线带动直径为8-20um的SiC浆液，实现对晶体硅的磨削切割，又称砂线切割；固结磨粒切割是先给细丝母线周围电镀上微小颗粒的金刚石，然后用电镀好的细丝切割晶体棒，又称金刚线切割。游离磨粒切割是基于细丝母线的高速运动将磨粒带到切割区域，并通过磨粒的滚动-压痕作用实现材料的去除，由于进入切割区域的磨粒数目受到磨削液粘度及其行为的影响，因此对切割效率产生一定的影响。随着技术的改进，市场需求越来越大，由于效率低，油雾对环境造成很大的污染，砂线切割已经逐渐被淘汰。金刚线切割由于具有效率高，成本低，环保压力小而迅速受到市场青睐。
然而，采用现有的金刚线切割，每切割一个工件，所需要的时间为3-4h，无论是从企业自身盈利方向，还是从市场需求来看，效率不能满足要求。引起现有金刚线切割效率低的原因主要有：金刚石颗粒直径分布不均匀、母线抗拉强度稳定性差、金刚石出刃高度分布不均、金刚石颗粒分布密度低、团聚现象明显等，其中金刚石颗粒密度、颗粒直径、颗粒椭圆度、出刃高度一致性是决定金刚线品质的关键因素。
实用新型内容
为解决现有技术中金刚石颗粒直径分布不均匀、母线抗拉强度稳定性差、金刚石出刃高度分布不均、金刚石微粉分布密度低、团聚现象的技术问题，本实用新型提供了一种用于多线切割的金刚线。
本实用新型的金刚线，主要包含芯线、镍层、金刚石颗粒三部分，结构包括芯线，预镀层，一次加厚层，二次加厚层，金刚石颗粒，金刚石预镀层，金刚石加厚层，本实用新型的金刚线单位长度金刚石颗粒数高且分布均匀，金刚石颗粒直径、形状一致性好，金刚石颗粒出刃高度方差小，二次加厚增强了金刚石颗粒附着力，提高加工效率；本实用新型的金刚线在同规格产品下具有更小包络外径，提高硅料利用率，从而能够增加出片率，实现对8.4inch，长 650-700mm晶棒加工时间达到1.6h。
术语解释：
椭圆度：金刚石颗粒外轮廓最大直径与最小直径差值。
包络外径：指线锯产品包络最高出刃磨粒的直径。
TTV：Total Thickness Variation缩写，单张硅片上各个测试点厚度的最大厚度值与最小厚度值的差值。
线痕值：在金刚线切割过程中，金刚石在硅片表面划过的凹陷或者凸起的痕迹高度差。
成品率：按目前行业硅片标准检测方法检测一批硅片，通过检测的数量与总检测数量的比值。
本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：
一种用于多线切割的金刚线，所述金刚线包括芯线，预镀层，至少两层加厚层，金刚石颗粒，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层，金刚石颗粒密度为200-350颗/mm，金刚石颗粒直径为7.5-8.5um，金刚石出刃高度方差小于 0.5um2。
所述加厚层的目的是增强金刚石颗粒的附着力，提高切割效率。
优选的，所述金刚线包括芯线，预镀层，第一加厚层，第二加厚层，金刚石颗粒，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层。
优选的，所述预镀层，第一加厚层，第二加厚层，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层为镍层。
优选的，所述金刚石颗粒椭圆度2-4um，能够保证单颗金刚石颗粒去除硅料时与硅接触面积均匀，使得金刚线在连续且受到的各种阻力均匀，降低了切割中出现的线网不明原因的断线率。
优选的，对于母线直径为d1＝80um时，其包络外径D1＝92～95um。
优选的，对于母线直径为d1＝70um时，其包络外径D1＝82～85um。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型的金刚线相比同规格产品具有更小包络外径，即切割同长度的硅棒，同厚度硅片时，所用主辊槽距可以更小，即能够切割出更多硅片。
(2)本实用新型的金刚线具有至少两层加厚层，具有高金刚石颗粒密度和强的金刚石颗粒附着力，能够顺利匹配快速切割工艺，完成8.4inch、长 650-700mm晶棒加工，需要1.5-2h，比通常的切割时间3h缩短至少1/3，切割中线弓均值为12mm，比通常的切割线弓均值15mm小3mm，可降低切割中因线弓大引起的断线率，进一步提高生产率。
(3)本实用新型的金刚线上的金刚石颗粒直径、形状、出刃高度一致性良好，能够进一步提高硅片品质，如低的TTV、低的线痕值。
(4)本实用新型产品还可以应用于半导体单晶硅圆片、蓝宝石、陶瓷等硬脆材料的切割，提高切割效率。
附图说明
图1为本实用新型金刚线横断面与电镀后金刚石的结构示意图，其中，图 1a为金刚线横断面结构示意图，图1b为金刚石颗粒结构示意图；
图2为本实用新型金刚线与现有技术的金刚线颗粒分布、包络外径、颗粒形状示意图；
图中：1-芯线，2-预镀层，3-第一加厚层，4-第二加厚层，5-金刚石颗粒， 6-金刚石颗粒预镀层，7-金刚石颗粒加厚层。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型做进一步详细的说明。
一种用于多线切割的金刚线，包括芯线，预镀层，至少两层加厚层，金刚石颗粒，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层，金刚线上金刚石颗粒密度高且分布均匀，金刚石颗粒直径、形状一致性好，金刚石出刃高度方差小，加厚层可以增强金刚石颗粒的附着力。
图1本实用新型金刚线横断面与电镀后金刚石的结构示意图，图1a为金刚线横断面，图1b为金刚石颗粒结构示意图，由图1a和1b所示，所述金刚线包括芯线1，预镀层2，第一加厚层3，第二加厚层4，金刚石颗粒5，金刚石颗粒预镀层6，金刚石颗粒加厚层7。
所述金刚石颗粒密度为200-350颗/mm，金刚石颗粒直径为7.5-8.5um，金刚石出刃高度方差小于0.5um2。
图2为本实用新型金刚线与现有技术的金刚线颗粒分布、包络外径、颗粒形状示意图，由图2所示，所述金刚线上金刚石颗粒分布均匀，金刚石颗粒直径一致性良好。
实施例1
在本实施例中母线直径为d1＝80um时，其包络外径D1＝93um，与现有芯线d2＝80um，D2＝96um相比，本实用新型金刚线包络外径小3um。切割190um 厚度硅片，长度650mm硅棒，按照现有线径96um，槽距为0.291mm，理论硅片数是650/0.291＝2233。使用本实用新型金刚线，线径为93um，切割同规格硅棒，槽距则为0.289mm，理论硅片数是650/0.289＝2249，则多出硅片 2249-2233≈16，较常规线切割多出硅片数增加0.7％。
所述金刚石颗粒密度为250±20颗/mm，金刚石颗粒直径均值为8.5um，金刚石出刃高度方差为0.4um2。
所述金刚石颗粒椭圆度2.5um。
利用本实用新型的切割线安装在大连连城QPJ1660B/C切割机上作为切割线，使用母线直径为80um的金刚线，切割张力为15N，切割液温度20±1℃，切割线速度1400m/min，加工晶体硅棒尺寸为8.4inch，长度650mm，加工时间为100min。切割实验数据如表1。
表1实施例1切割实验数据
实施例2
在本实施例中母线直径为d1＝70um时，其包络外径D1＝84um。与现有芯线d2＝70um，D2＝87um相比，本实用新型包络外径小3um。切割190um厚度硅片，长度650mm硅棒，按照现有线径87um，槽距为0.279mm，则理论硅片数是650/0.279＝2329。使用本实用新型金刚线，线径为84um，切割同规格硅棒，槽距则为0.277mm，理论硅片数是650/0.277＝2346，则多出硅片 2346-2329≈17，较常规线切割多出硅片数增加0.72％。
所述金刚石颗粒密度为300±20颗/mm，金刚石颗粒直径均值为8um，金刚石出刃高度方差为0.38um2。
所述金刚石颗粒椭圆度2um。
利用本实用新型的切割线安装在大连连城QPJ1660B/C切割机上作为切割线，使用直径为70um的金刚线，切割张力为11.5N，切割液温度20±1℃，切割线速度1400m/min，加工晶体硅棒尺寸为8.4inch，长度650mm，加工时间为110min。切割实验数据如表2。
表2实施例2切割实验数据
要说明的是，以上所述实施例是对本实用新型技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本实用新型技术方案的思路和范围，均应包含在本实用新型所要求的权利范围之内。

Claims (6)

1.一种用于多线切割的金刚线，其特征在于，所述金刚线包括芯线，预镀层，至少两层加厚层，金刚石颗粒，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层，金刚石颗粒密度为200-350颗/mm，金刚石颗粒直径为7.5-8.5um，金刚石出刃高度方差小于0.5um2。
2.根据权利要求1所述的一种用于多线切割的金刚线，其特征在于，所述金刚线包括芯线，预镀层，第一加厚层，第二加厚层，金刚石颗粒，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层。
3.根据权利要求1所述的一种用于多线切割的金刚线，其特征在于，所述预镀层，第一加厚层，第二加厚层，金刚石颗粒预镀层，金刚石颗粒加厚层为镍层。
4.根据权利要求1所述的一种用于多线切割的金刚线，其特征在于，所述金刚石颗粒椭圆度2-4um。
5.根据权利要求1所述的一种用于多线切割的金刚线，其特征在于，对于母线直径为d1=80um时，其包络外径D1=92～95um。
6.根据权利要求1所述的一种用于多线切割的金刚线，其特征在于，对于母线直径为d1=70um时，其包络外径D1=82～85um。
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