一、多線切割技術的發(fā)展歷史

首先簡單介紹一下人類歷史上的線切割歷史：

公元前2000年：古埃及人用混合了水和沙的繩子切割石頭

公元19世紀：意大利人用纜繩切割大理石

公元20世紀20年代：第一次有人申請了用繩切割約一英寸厚的大尺寸大理石片的專利

公元20世紀60年代：第一次出現(xiàn)用線的往復運動來切割水晶片

公元20世紀70年代：利用線的往復運動來切割1-2英寸的硅片

在上世紀80年代以前，人們在切割超硬材料的時候一般采用涂有金剛石粉的內圓切割機進行切割。然而隨著半導體行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對已有的生產效率難以滿足，同時由于內圓切割的材料損失非常大，在半導體行業(yè)成本的摩爾定律作用下，人們對于降低切割成本、提高效率的要求越來越高。多線切割技術因此而逐步發(fā)展起來。

多線切割的基本原理是通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料對硅棒進行摩擦，從而將硅棒等硬脆材料一次同時切割為數(shù)千片薄片的一種切割加工方法。多線切割由于其更高效、更小切割損失以及更高精度的優(yōu)勢，對于切割貴重、超硬材料有著巨大的優(yōu)勢，近十年來已取代傳統(tǒng)的內圓切割成為硅片切割加工的主要方式。

在2003年以前，多線切割主要滿足于半導體行業(yè)的需求，切割技術主要掌握在歐、美、日、臺等國家和地區(qū)，國內半導體業(yè)務以封裝業(yè)務為主，上游的晶圓切割技術遠遠落后于發(fā)達國家和地區(qū)，相關的設備制造研發(fā)也難有進展。

2003年隨著太陽能光伏行業(yè)的爆發(fā)式增長，國內民營企業(yè)的硅片切割業(yè)務迅速發(fā)展起來。大量引進了瑞士和日本產的先進的數(shù)控多線切割設備。國內設備制造企業(yè)也看到了這個巨大的商機，紛紛投入資金和人力物力進行技術研發(fā)。但大多數(shù)都是仍以仿制為主。

2009年開始有一些廠家開始嘗試將在其他行業(yè)比如藍寶石切割使用的金鋼線切割技術引入到硅片切割領域來，本文在這里將不對這方面的設備展開討論。

二、 多線切割設備的國產化道路充滿了坎坷

多線切割設備為國際三大廠統(tǒng)治

目前全球的多線切割設備主要為瑞士的HCT、Meyer Burger(梅耶博格)和日本的NTC所統(tǒng)治。瑞士的HCT、梅耶博格最早在上世紀80年代就推出了線切割機，主要為半導體行業(yè)所用。

在國內光伏行業(yè)切片領域，到2009年底國際上影響力最大的三家設備供應商在中國市場產能中差不多是三分天下，NTC的份額稍微高一點。下圖是國內線切割設備數(shù)量的一個變化趨勢圖。其他包括國內品牌和國外進口的其他小品牌。

1.HCT簡介：

HCT在1983年推出第一臺線切割機后14年里才累計賣出了100臺設備，在隨后的6年里又累計賣出了150臺。太陽能光伏市場在2003年啟動以后，HCT針對市場需要在2005年推出了世界上最大的太陽能硅片線切割機B5。而HCT在2006年里一年的銷售量就突破了100臺。HCT在2007年被美國的應用材料收購。

HCT在2000年進入中國市場，主要的客戶來自半導體行業(yè)的包括北京有研、濟寧港灣、寧波晶元等。HCT在太陽能行業(yè)應用的主流機型是B5，雙工作臺4個導輪滿載可以一次切割硅棒長達到2米，非常適合大規(guī)模生產。國內主要用戶包括LDK、保定英利、成都天威新能源、浙江昱輝、江陰海潤等公司。

針對市場新的需求和變化，在2009年推出了新機型MaxEdgeB6，主要特點是將原有的一個線網(wǎng)拆分為2個獨立控制的線網(wǎng)，這樣有助于使用更細的切割線從而提高出片率降低生產成本。但是目前該設備還處于推廣階段，工藝還有待進一步成熟。

2.梅耶博格簡介：

成立于1953年，早期主要生產研發(fā)外圓和內圓切割機。在1980年啟動線切割技術的研究，1991年正式推出了第一臺線切割機DS260。2000年推出了針對太陽能光伏市場需求的雙工作臺4導輪的DS262機型，該機型理論上切割負載可以達到2米，但實際上根據(jù)國內客戶的使用情況反饋，DS262并不是一個非常成功的機型，一般切割負載在1.2米左右比較合適，切割硅片的合格率相比較低。

根據(jù)市場的變化，梅耶博格在2004年推出了小型機DS265。該機型只有一個工作臺可以同時切割2個300毫米長的硅棒。和NTC MWM442D機型非常的類似。該設備在國內使用的客戶較少，客戶反映設備穩(wěn)定性不夠，維護費用過高。

梅耶博格在2005年推出了最為成功的單工作臺的新機型DS264，該機型可以切割一根棒長達820毫米的硅棒，針對多晶硅片市場比例迅速的提高情況下，非常好的滿足了市場新的需求。國內主要用戶包括浙江昱輝、常州天合、鎮(zhèn)江輝煌/環(huán)太、LDK、江蘇林洋、無錫高佳等。在2009年又針對市場的變化推出了DS264的升級型DS271，切割單根負載可以增加到1020毫米。目前該機型國內主要有鎮(zhèn)江輝煌和無錫高佳在使用，切割效果和DS264差不多。

3. NTC簡介：

1984年由富山機械和日平工業(yè)和并成立NTC。

上世紀90年代推出了針對半導體行業(yè)的MWM系列線切割機

2008年被小松收購，改名為Komatsu NTC

NTC最為暢銷的機型是MWM442D，由于其投資小、維護費用低、適合使用細直徑切割鋼絲，深受國內很多新進入切片領域小公司的歡迎。在2003年后受光伏行業(yè)的飛速發(fā)展刺激，NTC在中國的銷售量快速增長，尤其在2008年取得了400多臺線切割機的銷售量，即使在收經(jīng)濟危機影響的2009年也賣出了300多臺各類型的線切割機。在國內的主要用戶晶龍集團、江蘇順達、江陰海潤、西安隆基、浙江昱輝、江西晶科等。受多晶硅片市場發(fā)展影響，于2008年推出了新的設備類型單工作臺面的PV600 和PV800，這些設備借鑒了梅耶博格DS264的設計理念，切割最大負載棒長分別達到630毫米(3根210毫米，單根棒最大負載600毫米)和840毫米(4根210毫米，單根棒最大負載800毫米)。這些設備非常好的適應的多晶硅片的生產技術發(fā)展趨勢。

4.線切割設備國產化開發(fā)的第一個高潮

隨著中國光伏產業(yè)以令全世界震驚的訊速崛起，幾大多線切割設備廠家的設備生產能力遠遠不能滿足中國硅片加工企業(yè)的購買需求，在2008年市場火熱的設備交貨期最少半年以上，有的甚至一年以上。于是很多相關的設備制造企業(yè)紛紛介入，比如日本的高鳥、安永專門推出了針對太陽能硅片切割的機型。

國內最早從事太陽能多線切割機開發(fā)的要數(shù)上海日進了。上海日進引進日本技術，早在2006年就推出了第一臺多線切割樣機，樣機類似NTC MWM442D。樣機在日進內部切割試驗結果良好，切除的硅片質量完全合格。但是在客戶實際試用的時候，還是遇到了很多的問題，比如成品率低、斷線率高、設備的控制精度比國外進口設備要差。

國內陸陸續(xù)續(xù)推出多線切割樣機的廠家還有上海漢虹、電子集團45所、蘭州瑞德、無錫開源、大連連城、北京京聯(lián)發(fā)、湖南宇晶等。

從樣機來看，技術原理和設計主要都是借鑒了日本 NTC MWM442D機型的很多理念，樣機基本都屬于小型機。北京京聯(lián)發(fā)嘗試開發(fā)類似HCT B5機型的樣機，但是在市場上沒有看到試用的設備。國內目前開發(fā)出的多線切割機樣機都面臨著類似的問題，成品率低、斷線率高、控制精度差等。加上硅料價格高昂，客戶嘗試新機器的成本非常高，每次的損失可能動則幾萬元到幾十萬元，這也限制了設備制造企業(yè)很難獲得更多的生產性試驗數(shù)據(jù)來改進設備。

湖南宇晶在2006年左右開始研制多線切割機，主要針對水晶切割市場。經(jīng)過幾年的實驗和改進后，目前在國內也已經(jīng)銷售出了幾十臺多線切割機，取得了長足的進步。但是該公司還沒有開發(fā)出適應太陽能硅片切割的多線切割機。

5.線切割設備國產化意外的收獲

雖然國內很多廠家在多線切割機的開發(fā)上投入了很大的人力、物力，但是實際進展卻并不如人意。

在2008年PV行業(yè)爆發(fā)式增長之際，不僅多線切割機交貨期大大延長，連硅錠開方機也變得非常緊張。由于開方機使用的鋼絲直徑較粗，一般250微米到300微米，較切片常用的直徑120微米的鋼絲不容易發(fā)生斷絲。另外，開方完成后，一般還要對硅錠打磨。因此對切割的精度要求比硅片大大降低。

國內廠家中上海日進首先抓住了這個機遇，目前已經(jīng)在國內市場有了不錯的銷售業(yè)績。另一家大連連城的開方機也于2009年取得重大突破，在2010年有望取得不錯的銷售業(yè)績。2010年更多國內企業(yè)有望在線開方設備制造取得突破。

三、 多線切割機國產化能趕上下一次市場機遇嗎？

隨著太陽能光伏發(fā)電成本的快速降低，離傳統(tǒng)的上網(wǎng)電價已經(jīng)越來越近了。在歐洲電價高、日照時間長的地區(qū)比如意大利南部、西班牙等，光伏的發(fā)電成本已經(jīng)低于上網(wǎng)電價。太陽能光伏發(fā)電安裝在這些地域將迎來爆炸式的增長。

按照最新的市場預測，中國2-3年后，或者在2015年前，光伏發(fā)電成本將逐步降低接近目前的風力發(fā)電成本，0.5-0.6元/度電，到那時，中國的光伏安裝將迎來爆炸式增長。

國內光伏企業(yè)在制造環(huán)節(jié)的成本優(yōu)勢將獲得空前的發(fā)展機遇，尤其是硅片切割環(huán)節(jié)。隨著更多更有實力的國有企業(yè)進入到這個行業(yè)，更多的人力、物力投入，更多的經(jīng)驗積累，以及大大降低的實驗成本，中國的線切割設備的明天有理由讓我們期待!