三、鋼線切割機(jī)理，鋼線為什么能切割硅片？

鋼線本身是沒有切割能力的，它的作用只是一個載體，因此鋼線又稱為“載線器”，它的作用在于帶動有切割能力的漿料，使其對單晶硅幫進(jìn)行切割，高速的鋼線帶動砂漿到切割區(qū)，在鋼線和單晶表面充滿了sic(碳化硅)顆粒和砂漿懸浮液的混合物，使砂漿中研磨顆粒有非常銳利的棱角，sic硬度遠(yuǎn)大于硅片厚度，所以硅棒與鋼線接觸的區(qū)域逐漸被砂漿研磨掉，由于sic和硅片切割有大量摩擦，存在大量熱量和細(xì)碎的sic顆粒，容量可能導(dǎo)致硅片變形導(dǎo)致ttv(總厚度偏差)加大，后者會導(dǎo)致硅片表面粗糙度增大產(chǎn)生線痕片。因此必須保證切割液的流動性及時帶走容量和細(xì)碎的sic顆粒。

四、多線切割原理

切割系統(tǒng)闡述：

1、單晶硅棒的安裝：將經(jīng)過截?cái)嚅_方滾圓的單晶硅棒，同感玻璃用環(huán)氧樹脂粘貼在不銹鋼工件上，利用小車，放置在切割機(jī)相應(yīng)區(qū)域。

2、多線切割能一次切割多個單晶硅棒(多錠切割)，如圖2-2，3-3.我們將鋼線放置在放線輪和受線輪之間，通過一定纏繞方式形成相互平衡的網(wǎng)狀加工部分，加工過程中，鋼線做高速運(yùn)動，放線輪和收線輪分別完成切割工作中放線和收線工作，張緊輪控制機(jī)器張緊力。切割液噴嘴裝在單晶硅棒料兩側(cè)，單晶硅棒垂直于鋼線進(jìn)給運(yùn)動方向，切割液噴嘴噴出研磨液，高速運(yùn)動的鋼線帶動有磨粒的研磨液注射到加工區(qū)域，實(shí)現(xiàn)棒料的自動化切割。

3、鋼線。直徑一般為180um順序來回纏繞在四個導(dǎo)線輪上，鋼線張力設(shè)為20-30N左右，在閉環(huán)反饋控制下保持不變，放線輪放出新的鋼線，收線輪收集已用過的鋼線，鋼線伸展開來有數(shù)百千米，主傳電機(jī)帶動導(dǎo)線輪旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)輪帶動切割線高速走動，線速在10-20ms。

4、導(dǎo)向輪。處于四個角的導(dǎo)線輪，經(jīng)過開鑿工藝處理。在輪體上刻有和導(dǎo)線直徑相適宜的500-700高線槽。

5、切割液。單晶硅棒兩側(cè)的切割液噴嘴將砂漿切屑液噴在鋼絲網(wǎng)上，導(dǎo)線輪的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動鋼線網(wǎng)，將砂漿帶到單晶硅棒里，進(jìn)行研磨切割，砂漿不僅是研磨劑，還能帶走切割過程摩擦帶走的容量，切割液的主要作用是使混有sic的砂漿保持良好的流動性，均勻穩(wěn)定的分散sic顆粒，在鋼線做高速運(yùn)動的時候能保持均勻穩(wěn)定地分散硅料表面，同時帶走容量和雜質(zhì)顆粒，保證切割出來的質(zhì)量，砂漿的主要成分是sic和PFG聚乙二醇，sic顆粒的直徑分布在5-30um，價格占有整個切割成本25%-40%。

五、多線切割工藝的主要參數(shù)

1、共用六項(xiàng)：切割液的粘度，碳化硅的粒度和顆粒形狀，砂漿的流量，張力和工件的進(jìn)給速度。

2、切割液粘度。在整個切割過程中，碳化硅微粉懸浮在切割液上，切割液的粘度是碳化硅懸浮的保證，不同的切割機(jī)器對粘度的要求不同，只有符合切割機(jī)切割標(biāo)準(zhǔn)粘度，才能在切割過程中，保持碳化硅顆粒微粉均勻的懸浮分布，以及砂漿穩(wěn)定通過管道進(jìn)入切割區(qū)。切割液與碳化硅微粉的匹配要達(dá)到機(jī)戒要求，以便提高成品率和效率。一般ntc要求250。

3、砂漿的流量。由砂漿泵將砂漿從料箱中打到噴嘴，再有噴嘴噴到鋼線上，如果流量跟不上就會導(dǎo)致切割能力嚴(yán)重下降，導(dǎo)致斷線，機(jī)器報警，線痕片。

4、鋼線的張力。是硅片切割過程中核心要素之一，張力控制不好，是產(chǎn)生線痕片，崩邊，短線。

張力過大，懸浮在鋼線上的碳化硅就很難進(jìn)入切割區(qū)，切割效率降低，出現(xiàn)線痕片，斷線幾率增加

張力過小，會導(dǎo)致鋼線彎曲度增值，鋼線帶沙能力下降，導(dǎo)致切割能力下降，出現(xiàn)線痕片。

5、鋼線的走線速度，切割機(jī)可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行設(shè)置單向后雙線走向，兩種情況對走線的速度要求不同。單線走向時，鋼線始終保持一個速度運(yùn)行，這樣相對比較容易控制，現(xiàn)在單線越來越少，MB，HCTZ機(jī)器中還有應(yīng)用。

雙線走向，鋼線速度開始有一個零點(diǎn)沿一個方向用2-3s的時間加速的規(guī)定速度，運(yùn)行一段時間，再沿原方向慢慢降低的零點(diǎn)，在零點(diǎn)停頓2-3s后再次慢慢反向加速到規(guī)定速度，再沿反方向慢慢低到零點(diǎn)，往返周期性進(jìn)行硅片切割，在雙線切割過程中，切割機(jī)的切割能力在一定的范圍內(nèi)，隨著鋼線速度的提高而提高，不能低于或高于砂漿的切割能力，低于砂漿切割能力就會出現(xiàn)斷線，線痕片。高于其切割能力，就會導(dǎo)致砂漿流量跟不上，出現(xiàn)線痕片，厚薄片。

6、工件的進(jìn)給速度。它與鋼線速度，砂漿的切割能力有關(guān)，以及工件形狀在不同位置有關(guān)。工件的進(jìn)給速度是最沒有定量的一個物理量，控制不好易造成質(zhì)量和成品率下降。

六、多線切割工藝技術(shù)難度問題

分析鋼線的走線速度，工件的進(jìn)給速度，鋼線初始張緊力，切割液濃度磨料粒度好晶棒等參數(shù)對切片工藝的影響：

1)對于游離磨料線切割，鋼線切割加工一般不會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。鋼線的走線速度越快，鋼線震動越大，鋼線的密度很小，而加工過程中張緊力很大，以至臨界點(diǎn)的速度很高，鋼線的初始張緊力越大，鋼線的振動越小。

2)鋼線的走私速度是影響鋼線振動和加工出硅片表面粗糙度和切割精度的重要因素，過小的走絲速度，會使鋼線的震動和加工出硅片表面粗造度增大，合適的鋼線走絲速度，有利于減緩鋼線的振動，使加工出的硅片表面粗糙度和TTV減少。

3)工件的走絲速度越大，鋼線的振動越大，使加工出的硅片粗燥度和TTV加大。

4)鋼線的初始張緊力越大，加工過程中鋼線的振動越小，加工出硅片的表面粗燥度越小，tTTV值越小。

5)磨粒的粒度越小，加工過程中鋼線帶入到加工區(qū)域的磨料越多，加工出硅片的表面粗糙度值和TTV越小。

6)切割液的濃度越大，加工過程中鋼線帶入到加工區(qū)域的磨料越多，加工出硅片的表面粗糙度值和TTV越小。

7)游離磨料線切割加工的硅棒的直徑越大，使鋼線與工件的接觸時間增長，這就使得經(jīng)鋼線帶入加工區(qū)域參與切削的磨料數(shù)量增多，相應(yīng)地磨料對鋼線的作用力會越大，使鋼線的振動加劇，從而使加工硅片表面粗糙度加大。

七、其他影響因素

1)鋼線對硅片的影響：

隨著切割過程的進(jìn)行，鋼線會不斷的變細(xì)，從而槽據(jù)發(fā)生變化，影響加工硅片的厚度，導(dǎo)致成品率下降，通過工作臺進(jìn)給的方式，對槽據(jù)進(jìn)行補(bǔ)給，鋼線的金屬也容易混進(jìn)硅片的表面，從而引進(jìn)復(fù)合中心，降低少子壽命，使電池性能下降，衰減增大。生產(chǎn)企業(yè)通過硅片清洗，減少金屬雜質(zhì)和復(fù)合中心，提高轉(zhuǎn)化率。

2)金剛砂對硅片切割過程的影響，砂漿是被往復(fù)運(yùn)動的鋼線帶到切割區(qū)的，帶入切割區(qū)砂漿的多少，以及切割速度的高低決定硅片的切割質(zhì)量。不同的砂漿供給條件會對硅片質(zhì)量造成不同的影響，通過改變砂漿噴嘴和鋼線之間的角度，可以想成兩種不同的砂漿供給方式，形成水平薄膜和未形成水平膜，在形成水平薄膜下攜帶砂漿量遠(yuǎn)大于未形成水平膜量，所以有水平薄膜情況下的切割質(zhì)量要比未形成水平薄膜要好。

砂漿的作用非常重要。在切割過程中起主要作用。砂漿是反復(fù)運(yùn)動的鋼線帶到切割區(qū)域的，被帶入的砂漿量多少決定硅片質(zhì)量，在砂漿形成水平膜的條件下切片的效率和質(zhì)量比較好

形成水平薄膜的條件：在鋼線間距小于1mm的條件下，因液體表面張力，比較形成水平薄膜。

八、硅片多線切割目前存在的主要問題

1)SIC，在硅片切割中很關(guān)鍵，碳化硅顆粒的形狀影響到切割效率和成品率。目前國內(nèi)碳化硅大部分參入回收砂，圓度高，棱角少導(dǎo)致切割效率下降成品率下降，這方面急需國家制定相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

a)PEG聚乙二醇液體，晶硅切割液以PEG為主添加其他助劑復(fù)配而成。PEG應(yīng)該具備適宜粘連指標(biāo)，侵潤性好，排屑能力強(qiáng)，有良好的高懸浮，高潤滑，高分散特性，能滿足整個切片過程中對切割液質(zhì)量要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

九、光伏材料晶硅電池硅片多線切割技術(shù)展望

1)改善成品率和保持硅片質(zhì)量情況下，減少硅片切割成本。

2)利用技術(shù)降低切割損耗。

3)改進(jìn)切片技術(shù)提高成品率和生產(chǎn)效率。