一種采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超細(xì)鋼線切割太陽能硅片的切割工藝，包括配制砂漿、粘棒、上料、切割預(yù)熱、切割和下料等工序，并設(shè)置切割時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，可以將硅棒切割成所需要的尺寸的硅片，該切割工藝能有效提高切割硅片的單位公斤出片率，提高切割能力，降低切割消耗和磨損量，降低切割成本。
【專利說明】一種采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于晶體硅【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代信息技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體技術(shù)，而硅材料是最重要的半導(dǎo)體材料。目前超過80%的太陽能電池產(chǎn)品需要通過對硅棒進(jìn)行切割來生產(chǎn)。雖然近年來太陽能電池的生產(chǎn)以及組件的制造的成本都有了可觀的下降，線切割的成本仍然很高，占到硅片生產(chǎn)成本的30%。多線切割是一種不影響工件特性的非化學(xué)的物理加工方法，通過切割線的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把砂漿帶入工件加工區(qū)域進(jìn)行研磨，最終把工件切割成薄片，在整個(gè)工藝過程中，主要涉及硅棒粘結(jié)、砂漿配置和被加工件、機(jī)器參數(shù)，砂漿在此起著刀具的作用，從而把硅棒切割成薄片?，F(xiàn)有技術(shù)中由于鋼線等使用規(guī)格不同，單位公斤出片率低，耗材使用量大，且切割成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，該工藝能持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，能有效提高切割硅片的單位公斤出片率，降低耗材使用量，降低切割成本。
[0004]本發(fā)明的上述技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，包括采用多線切割機(jī)切割步驟，還含以下步驟: (1)配置砂漿，將碳化硅和切削液按1:0.9^1.2的質(zhì)量比攪拌混勻配制成砂漿，砂漿的密度為1.6~1.7g/cm3，砂漿的溫度為200C~30。。；
(2)粘棒根據(jù)娃棒的晶向?qū)⑼薨粽辰Y(jié)；
(3)上料把粘結(jié)好的硅棒置于多線切割機(jī)上，固定，下降到適合切割線切割高度，打開砂漿供給，關(guān)閉切割工作艙艙門；
(4)切割預(yù)熱切割前將砂漿在切割工作艙內(nèi)充分循環(huán)，將切割線以30(T700m/min的速度作往復(fù)運(yùn)行；
(5)切割采用切割線的直徑為0.10mm，調(diào)節(jié)切割線的預(yù)加張力為10-?7Ν，線速度為40CT800m/min,切割速度為0.1^0.4mm/min,對娃棒進(jìn)行切割；
(6)下料切割完畢后，關(guān)閉砂漿供給，打開切割工作艙艙門，將切割后的硅片取出，并對切割后的硅片進(jìn)行后續(xù)處理。
[0005]在上述各步驟中:
本發(fā)明步驟(1)中的切削液優(yōu)選采用寧晉精細(xì)化工的晶硅切削液。
[0006]本發(fā)明步驟(1)中攪拌優(yōu)選采用機(jī)械攪拌方式，攪拌時(shí)間為6~12小時(shí)。
[0007]本發(fā)明步驟(2)中娃棒的邊長(娃棒的邊長指它的對邊長度)小于156mm任意娃棒。
[0008]本發(fā)明步驟(2)中根據(jù)硅棒的晶向?qū)⒐璋暨M(jìn)行粘結(jié)時(shí)，優(yōu)選采用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行粘結(jié)。[0009]本發(fā)明步驟(2)中采用硅棒粘結(jié)膠水粘棒時(shí)，采用的環(huán)氧樹脂膠包括固化劑與環(huán)氧樹脂膠主膠，二者按照1:0.5^1:1.1比例混合粘結(jié)在粘結(jié)托上，將粘結(jié)托設(shè)置在多線切割機(jī)夾具上，粘結(jié)膠水凝固3飛小時(shí)，溫度控制20°C~30°C，粘結(jié)完成。
[0010]本發(fā)明步驟(2)中硅棒粘結(jié)時(shí)，需要在硅棒下面墊上玻璃墊板，然后將硅棒和玻璃墊板采用粘結(jié)劑粘結(jié)在粘結(jié)托上，所采用的粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂膠，在硅棒相對粘結(jié)于粘結(jié)托上的相對側(cè)面上粘結(jié)有樹脂導(dǎo)向條。
[0011]本發(fā)明步驟(3)中粘結(jié)好的硅棒置于多線切割機(jī)上，固定，下降到距離切割線高度優(yōu)選為f 5mm，打開砂漿供給，關(guān)閉切割工作艙艙門。
[0012]本發(fā)明步驟(3)中上料時(shí)，具體操作步驟可以為:用上料鏟車把粘接好的硅棒放入機(jī)器內(nèi)，夾緊固定，下降到適當(dāng)切合線網(wǎng)的適當(dāng)高度，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關(guān)閉艙門。
[0013]本發(fā)明步驟(4)中，預(yù)熱時(shí)間為5~10min。如果預(yù)熱過程中鋼線線網(wǎng)出現(xiàn)雜物，及時(shí)停止預(yù)熱，剔除雜物。
[0014]本發(fā)明步驟(5)中對硅棒進(jìn)行切割時(shí)，調(diào)節(jié)砂漿的流量優(yōu)選為6(TllO L/min，溫度優(yōu)選為20~30°C。
[0015]本發(fā)明步驟(6)中下料時(shí)，硅棒切割完畢后，關(guān)閉砂漿供給，打開切割艙門，確認(rèn)單晶是否切割完全，點(diǎn)動(dòng)慢速抬升按鈕，確認(rèn)切割線是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作 臺復(fù)位到原點(diǎn)，將單晶使用下料鏟車取下。
[0016]本發(fā)明步驟(6)所述后續(xù)處理包括對硅片進(jìn)行去膠、清洗處理。
[0017]本發(fā)明所述去膠為將硅片置于脫膠機(jī)中，優(yōu)選在5(T70°C乳酸中浸泡至膠完全被去除。
[0018]本發(fā)明所述清洗處理優(yōu)選為采用硅片清洗劑伴隨超聲波清洗。
[0019]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)本發(fā)明中的切割工藝通過超細(xì)鋼線、硅棒粘結(jié)、砂漿配比、工作臺速度等設(shè)置，能提高單位硅棒出片率，降低成本，達(dá)到切割目的；
(2)本發(fā)明使用適當(dāng)?shù)膹埩颓懈钏俣龋c砂漿配合能獲得更好的切割能力，本發(fā)明切割工藝能有效提高切割硅片的單位公斤出片率，提高切割能力，降低切割消耗和磨損量，降低切割成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為切片硅棒上料安裝整體視圖，其中I為硅棒，2為砂漿嘴，3為切割線，4為工作臺及粘結(jié)托結(jié)合體，5為主輥。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面給出具體實(shí)施例，進(jìn)一步說明本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的。
[0022]實(shí)施例1
本實(shí)施例主要設(shè)備及原材料為:多線切割機(jī)型號:NTC產(chǎn)MWM442DM ;原料:156S單晶硅棒，外徑200mm,邊長156mm,長度330mm,主棍5槽距325Mm。
[0023]目標(biāo)使用超細(xì)0.1Omm (直徑)鋼線切割硅片的規(guī)格為厚度200Mm單晶硅片采用上述設(shè)備切割工藝，具體步驟如下:
(1)砂漿配置:將碳化硅進(jìn)行烘干，烘干溫度為60-100?，烘干時(shí)間360min以上，本實(shí)例采用400min，按照配比計(jì)算切削液與碳化硅用量，碳化硅與切削液以質(zhì)量比1:0.9進(jìn)行配置，在攪拌桶中進(jìn)行砂漿配置，攪拌時(shí)間為6h，切削液可采用寧晉精細(xì)化工的晶硅切削液；
(2)粘棒:硅棒I采用硅棒粘結(jié)膠水，硅棒粘結(jié)膠水為環(huán)氧樹脂膠，包括主膠和固化劑，將固化劑與主膠按照1:0.58的體積比例混合粘結(jié)在粘結(jié)托上，在粘結(jié)托和硅棒之間設(shè)置玻璃墊板，并在硅棒的對面(即相對于粘結(jié)有粘結(jié)托的硅棒側(cè)面而言)設(shè)置粘結(jié)樹脂導(dǎo)向條，將硅棒連同玻璃墊板以及粘結(jié)托一起固定在多線切割機(jī)夾具上，待粘結(jié)膠水凝固3飛小時(shí)，溫度控制20°C~30°C，粘結(jié)完成。
[0024](3)上料:用上料鏟車把粘接好的硅棒I放入機(jī)器內(nèi)的工作臺上，如圖1中的工作臺及粘結(jié)拖結(jié)合體4所示，夾緊固定，下降到適當(dāng)切割線網(wǎng)的高度，上升2_，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關(guān)閉艙門；上料切割和上料安裝整體示意圖參閱圖1 ;
(4)切割預(yù)熱:切割前砂漿在切割工作艙內(nèi)進(jìn)行充分循環(huán)，并使用30(T700m/min的速度進(jìn)行切割線3往復(fù)運(yùn)行；運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘后，打開艙門，觀察線網(wǎng)，有無跳線，觀察導(dǎo)向輪，張力臂，線輪排線以確定機(jī)床處于正常狀態(tài)；
(5)切割:切割工藝設(shè)定，使用直徑為0.1Omm的切割線3，在ION的預(yù)加張力作用下，線速度540m/min，切割速度0.35、.21mm/min,切割行程根據(jù)硅棒實(shí)際直徑設(shè)定，加工時(shí)間為10.5h ;砂漿嘴2噴射砂漿100L/min，溫度25°C ；
(6)下料:硅棒切割完畢后，關(guān)閉砂漿供給，打開切割艙門，確認(rèn)硅棒是否切割完全，點(diǎn)動(dòng)慢速抬升按鈕，確認(rèn)是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作臺復(fù)位到原點(diǎn)，將硅棒使用下料鏟車取下，獲得厚度為0.2mm的硅片；
(7)去膠:使用脫膠機(jī)的去膠方法；將硅片置于脫膠機(jī)中，經(jīng)過噴淋除去表面大部分砂漿，在50°C弱酸性乳酸溶液中浸泡至粘結(jié)膠水失效，硅片與玻璃板脫離，
乳酸為無色液體，工業(yè)品為無色到淺黃色液體。無氣味，具有吸濕性，相對密度
1.2060 (25/40C )，熔點(diǎn) 18。。，沸點(diǎn) 122。。(2kPa)，折射率 nD (20°C ) 1.4392。，能與水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。在常壓下加熱分解，濃縮至50%時(shí)，部分變成乳酸酐，因此產(chǎn)品中常含有10%-15%的乳酸酐；
(8)清洗:使用君合清洗劑(常州君合達(dá)克羅涂覆工程技術(shù)有限公司生產(chǎn)，君合硅片清洗劑，下同)伴隨超聲清洗的方法，進(jìn)行硅片表面的清洗。
[0025]使用0.1lmm鋼線每公斤8吋硅棒出片51片左右，使用本實(shí)施例中的超細(xì)鋼線每公斤8吋硅棒出片54片左右。
[0026]實(shí)施例2
本實(shí)施例主要設(shè)備及原材料為:多線切割機(jī)型號:NTC產(chǎn)PV600多線切割機(jī)；原料:多晶娃棒，邊長156mm,長度650mm,主棍槽距328μηι。
[0027]目標(biāo)切割多晶硅片的規(guī)格為厚度195Mm，以下是使用直徑為0.1Omm切割線進(jìn)行硅片切割。
[0028]采用上述設(shè)備使用超細(xì)鋼線切割太陽能硅片工藝如下:
(I)砂漿配置:將碳化硅進(jìn)行烘干，烘干溫度為60-100?，烘干時(shí)間360min以上，本實(shí)例采用400min，按照配比計(jì)算切削液與碳化硅用量，碳化硅與切削液以質(zhì)量比1:1.0進(jìn)行配置，在攪拌桶中進(jìn)行砂漿配置，攪拌時(shí)間為6h，切削液可采用寧晉精細(xì)化工的晶硅切削液；
(2)粘棒:硅棒采用硅棒粘結(jié)膠水，硅棒粘結(jié)膠水為環(huán)氧樹脂膠，包括固化劑和主膠，固化劑與主膠按照1:1.1的質(zhì)量比例混合粘結(jié)在粘結(jié)托上，在硅棒與粘結(jié)托之間采用玻璃墊板連接，并在硅棒的對面(即相對于粘結(jié)有粘結(jié)托的硅棒側(cè)面而言)設(shè)置粘結(jié)樹脂導(dǎo)向條，將硅棒、玻璃墊板和粘結(jié)托一起固定在多線切割機(jī)夾具上，粘結(jié)膠水凝固3-6小時(shí)，溫度控制200C~30°C，粘結(jié)完成；
(3)上料:用上料鏟車把粘接好的硅棒放入機(jī)器內(nèi)，夾緊固定，下降到適當(dāng)切割線網(wǎng)的高度，上升2mm，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關(guān)閉艙門；上料切割和上料安裝整體示意圖參閱圖1 ;
(4)切割預(yù)熱:切割前砂漿在切割工作艙內(nèi)進(jìn)行充分循環(huán)，并使用30(T700m/min的速度進(jìn)行切割線往復(fù)運(yùn)行；運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘后，打開艙門，觀察線網(wǎng)，有無跳線，觀察導(dǎo)向輪，張力臂，線輪排線以確定機(jī)床處于正常狀態(tài)；
(5)切割:切割工藝設(shè)定，使用直徑為0.1Omm切割線，在14N的預(yù)加張力作用下，線速度550m/min，切割速度為0.36、.22mm/min,切割行程根據(jù)硅棒實(shí)際直徑設(shè)定，加工時(shí)間為9.5h ;砂漿嘴噴射砂漿100L/min，溫度25度； (6)下料:硅棒切割完畢后，關(guān)閉砂漿供給，打開切割艙門，確認(rèn)硅棒是否切割完全，點(diǎn)動(dòng)慢速抬升按鈕，確認(rèn)是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作臺復(fù)位到原點(diǎn)，將硅棒使用下料鏟車取下，厚度為195Mm的硅片；
(7)去膠:使用晶硅切削液浸泡的去膠方法；浸泡溫度55°C；
(8)清洗:使用君合清洗劑伴隨超聲清洗的方法，進(jìn)行硅片表面的清洗。
[0029]實(shí)施例3
本實(shí)施例主要設(shè)備及原材料為:多線切割機(jī)型號:NTC產(chǎn)PV800 ；原料:156SR單晶硅棒，主輥槽距327Mm，目標(biāo)切割硅片的規(guī)格為厚度0.2mm,以下是使用直徑為0.1Omm切割線進(jìn)行硅片切割。
[0030]采用上述設(shè)備超細(xì)鋼線切割工藝，具體步驟如下:
(1)砂漿配置:將碳化硅進(jìn)行烘干，烘干溫度為60-100?，烘干時(shí)間360min以上，本實(shí)例采用400min，按照配比計(jì)算切削液與碳化硅用量，碳化硅與切削液以質(zhì)量比1:1.2進(jìn)行配置，在攪拌桶中進(jìn)行砂漿配置，攪拌時(shí)間為6h ；
(2)粘棒:粘棒:硅棒采用硅棒粘結(jié)膠水，固化劑與膠按照1:0.5比例混合粘結(jié)在多線切割機(jī)夾具上，粘結(jié)膠水凝固:3~6小時(shí)，溫度控制30°C，粘結(jié)完成。粘接劑使用環(huán)氧樹脂膠，將硅棒粘結(jié)到粘結(jié)托上，在硅棒與粘結(jié)托之間采用玻璃墊板連接，并在硅棒的對面(即相對于粘結(jié)有粘結(jié)托的硅棒側(cè)面而言)設(shè)置粘結(jié)樹脂導(dǎo)向條；
(3)上料:用上料鏟車把粘接好的硅棒放入機(jī)器內(nèi)，夾緊固定，下降到適當(dāng)切割線網(wǎng)的高度，上升2mm，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關(guān)閉艙門；上料切割和上料安裝整體示意圖參閱圖1 ;
(4)切割預(yù)熱:切割前砂漿在切割工作艙內(nèi)進(jìn)行充分循環(huán)，并使用30(T700m/min的速度進(jìn)行切割線往復(fù)運(yùn)行；運(yùn)轉(zhuǎn)10分鐘后，打開艙門，觀察線網(wǎng)，有無跳線，觀察導(dǎo)向輪，張力臂，線輪排線以確定機(jī)床處于正常狀態(tài)；
(5)切割:切割工藝設(shè)定，使用直徑0.1Omm切割線，在14N的預(yù)加張力作用下，線速度550m/min，切割速度為0.36、.28mm/min,切割行程根據(jù)硅棒實(shí)際直徑設(shè)定，加工時(shí)間為19h ;砂漿嘴噴射砂漿100L/min，溫度25°C。
[0031](6)下料:硅棒切割完畢后，關(guān)閉砂漿供給，打開切割艙門，確認(rèn)硅棒是否切割完全，點(diǎn)動(dòng)慢速抬升按鈕，確認(rèn)是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作臺復(fù)位到原點(diǎn)，將硅棒使用下料鏟車取下，厚度為0.2mm的晶體硅片；
(7)去膠:使用脫膠機(jī)的去膠方法；浸泡溫度70°C；
(8)清洗:使用君合清洗劑伴隨超聲清洗的方法，進(jìn)行硅片表面的清洗。
[0032]以上列舉具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行說明，需要指出的是，上述實(shí)施例只用于對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，不代表本發(fā)明的保護(hù)范圍，其他人根據(jù)本發(fā)明的提示做出的非本質(zhì)的修改和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，包括采用多線切割機(jī)切割步驟，其特征是還含以下步驟: (1)配置砂漿，將碳化硅和切削液按1:0.9~l.2的質(zhì)量比攪拌混勻配制成砂漿，砂漿的密度為1.6~1.7g/cm3，砂漿的溫度為200C~30。C； (2)粘棒根據(jù)娃棒的晶向?qū)⑼薨粽辰Y(jié)； (3)上料把粘結(jié)好的硅棒置于多線切割機(jī)上，固定，下降到適合切割線切割高度，打開砂漿供給，關(guān)閉切割工作艙艙門； (4)切割預(yù)熱切割前將砂漿在切割工作艙內(nèi)充分循環(huán)，將切割線以300~700m/min的速度作往復(fù)運(yùn)行； (5)切割采用切割線的直徑為0.10mm，調(diào)節(jié)切割線的預(yù)加張力為10-17Ν，線速度為400~800m/min,切割速度為0.1~0.4mm/min,對娃棒進(jìn)行切割； (6)下料切割完畢后，關(guān)閉砂漿供給，打開切割工作艙艙門，將切割后的硅片取出，并對切割后的硅片進(jìn)行后續(xù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(1)中攪拌采用機(jī)械攪拌方式，攪拌時(shí)間為6~12小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(2)中根據(jù)硅棒的晶向?qū)⒐璋暨M(jìn)行粘結(jié)時(shí)，采用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行粘結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(3)中粘結(jié)好的硅棒置于多線切割機(jī)上，固定，下降到距離切割線高度為1~ 5mm，打開砂漿供給，關(guān)閉切割工作艙艙門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(4)中，預(yù)熱時(shí)間為5~1Omin。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(5)中對硅棒進(jìn)行切割時(shí)，調(diào)節(jié)砂漿的流量為60~llO L/min，溫度為20~30°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(6)所述后續(xù)處理包括對硅片進(jìn)行去膠、清洗處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:所述去膠為將硅片置于脫膠機(jī)中，在50~70°C乳酸中浸泡至膠完全被去除。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用超細(xì)鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:所述清洗處理為采用清洗劑伴隨超聲波清洗。
【文檔編號】B28D5/04GK103934909SQ201410100384
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】王建鎖, 范靖, 劉明輝, 梁寧, 孫德龍 申請人:陽光硅谷電子科技有限公司