太阳能硅片多线切割技术详解
特种机械加工技术
特种机械加工技术作者：郑轩韩蕾来源：《城市建设理论研究》2013年第28期摘要：太阳能级多线切割技术是一种特殊的机械加工技术，它是在传统的机械加工的基础上建立起来的。
随着太阳能市场的启动和发展，作为晶体硅太阳能电池制造过程的主要环节，越来越受到人们的重视。
本文介绍了硅片切割的发展史，并从硅片切割的设备、工艺、生产流程和新技术等方面进行了较详细的阐述。
关键词：多线切割技术；硅片生产流程；硅片切割工艺；硅片切割新技术中图分类号： TU74 文献标识码： A太阳能级硅片切割的历史在上世纪80年代以前，人们在切割超硬材料的时候一般采用涂有金刚石粉的内圆切割机进行切割。
然而随着半导体行业的飞速发展，人们对已有的生产效率难以满足，同时由于内圆切割的才来损失非常大，在半导体行业成本的摩尔定律的作用下，人们对于降低切割陈本，提高效率的要求欧越来越高。
多线切割技术因此而逐步发展起来。
多线切割机由于其更高效、更小的切割损失以及更高精度的优势，对于切割贵重、超硬材料有着巨大的优势，近十年来已取代传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式。
在2003年以前，多线切割主要满足于半导体行业的需求，切割技术主要掌握在欧、美、日、台等国家和地区，国内半导体业务以封装业务为主，上游的晶圆切割技术远远落后于发达国家和地区，相关的设备制造研发也难有进展。
2003年随着太阳能光伏行业的爆发式增长，国内民营企业的硅片切割业务迅速发展起来。
大量引进了瑞士和日本的先进的数控多线切割设备。
这才使切割太阳能级硅片的多线切割机的数量开始在国内爆发式增长，相关的技术交流也开始在国内广泛兴起。
当前国内使用的硅片切割机的种类及特点目前国内各个硅片切割厂家基本使用国际3大多线切割机的设备。
也就是，瑞士的HCT、M+B、日本的NTC，另外近两年日本的TMC(东京制纲)线锯也开始打入国内市场，并取得了不错的销量。
太阳能级硅片制造的工艺流程太阳能级硅片制造目前分为两种：一是多晶硅片的制造流程，一是单晶硅片的制造流程。
硅片切割工艺及设备
硅片切割工艺及设备
硅片切割是太阳能电池制造过程中的一个关键步骤，它将硅锭切割成薄片，用于制造太阳能电池。
以下是硅片切割的工艺及设备的一些基本信息：
1. 工艺流程：
- 硅锭准备：首先，将硅锭固定在切割设备上，并确保硅锭表面干净平整。
- 切割：使用金刚石线或砂轮进行切割。
金刚石线通过高速运动将硅锭切割成硅片，砂轮则通过旋转和进给来切割硅锭。
- 去毛刺：切割后，硅片的边缘可能会有毛刺，需要使用化学或机械方法去除。
- 清洗：对硅片进行清洗，以去除表面的污垢和杂质。
- 检测：对硅片进行外观和尺寸检测，确保符合质量标准。
2. 设备：
- 切片机：用于将硅锭切割成硅片的设备。
切片机通常使用金刚石线或砂轮作为切割工具。
- 线锯：一种使用金刚石线进行切割的设备。
它通过高速运动的金刚石线将硅锭切割成硅片。
- 砂轮切割机：使用砂轮进行切割的设备。
它通过旋转的砂轮和进给系统将硅锭切割成硅片。
- 清洗设备：用于清洗硅片的设备，通常使用化学清洗或超声波清洗技术。
- 检测设备：用于检测硅片的外观和尺寸的设备，如显微镜、卡尺等。
硅片切割的工艺和设备不断在发展和改进，以提高切割效率、降低成本和提高硅片质量。
随着技术的进步，新的工艺和设备可能会不断涌现。
太阳能硅片切割技术的研究、
太阳能硅 片切割技术的研究
徐 香 存
（ 保定 天威 英利 新能源有 限公 司 ）
切缝的金刚砂粒对硅材料进行切磨 ，此操作产生 的切割力会对脆性 硅材料表 面产生冲击作 用， 同时也提 高了大尺寸超薄硅 片切割得 困 难度。 国内外许多学者和研究机构对硅片放 电切割技术为 了进一步降 【 关键词 】 太阳能 ； 硅 片切割技术 ；电火花线 低大尺 寸硅片切割悼 度 ，减少切缝损耗 ，进行 了深入研究 。国外媒 体对 于低速走丝 电火花线切割 （ Ｌ Ｓ Ｗ Ｅ Ｄ Ｍ ） 切割硅片的技术 已经有过报 社会 的稳 定与和 谐发展 现在 已经 离不 开能源 的储备 ，２ １ 世纪的 道，其中 日本冈山大学研制出多线放 电切割原理样机 ，采用的是类 战争也 已经从武 力的争斗转换成能源的争斗 ，谁 能拥有持 续、清洁 似于我 国高速 走丝 电火花 线切割 （ Ｈ Ｓ Ｗ Ｅ Ｄ Ｍ ） 方式的技术， 原理采用 晶 的能源 ，谁 的经 济就 会持 续的发展 ，社会就会更加 的和谐 、稳 定。 体管脉 冲电源并 以高熔点钼丝进行单晶硅棒切割， 以去离子水为工 清洁 、持续可利 用的能源的研究己经 引起 了大家 的重视 。那么太 阳 作介质 的研 究。 依据是 用 Ｈ Ｓ Ｗ Ｅ Ｄ Ｍ加工所获得 的硅片总厚度变化 （ Ｔ Ｔ Ｖ ） 能作为一种取之 不尽 、用之不竭的新型清洁能源 ，它 的开 发与利用 和弯 曲程度 （ Ｗ ａ ｒ ｐ ） 与多线切割的结果有极高的相似度，取向生长法 也 已经 引起全人类 的广泛 关注 。太阳能 电池作为太 阳能 的可利用形 形成 的单晶硅 锭电阻率低 （ ０ ． ０ １ Ｑ・ ｃ ｍ ） ， 使 Ｈ Ｓ Ｗ Ｅ Ｄ Ｍ用于切割硅锭成 式之一 ，正在投入到大量 的开 发研 究之中 商业化太 阳能 电池就是 为可能 。几年 来， 国内外一些有名大学针对硅片切 割的性质 ， 也做了 清洁能源 的一种 ，采用 的是无 毒的晶硅，其 中的单 晶和多 晶硅 电池 些相关方面 的研 究。比利时鲁汶大学、美国内布拉 斯加大学均开 的特点就是光 电转换 的效率 比较高，使用的寿命较长 ，稳定性 比较 始探索采用 Ｌ Ｓ Ｗ Ｅ Ｄ Ｍ 进 行了硅片切割技术的实验， 结果表明。切缝造 好 ，当然成本也是较 高的。伴 随着 半导体制造技术的不断提升与完 成的硅材料损失大约为 ２ ５ ０ ｜ ｌ ｍ ， 与多线切割法得到的数值 几乎一样 ， 善，虽然硅片制造成本在不 断降低 ，但 是作 为中心材质的太阳能 电 电阻率在 ２ ０ Ｑ・ ｃ ｍ以下的单、多晶硅片具有可加工性。 池所用硅片的切割成本一直居 高不 下，甚至 可以 占到太阳能总制造 由此可 以看 出，Ｗ Ｅ Ｄ Ｍ 对硅材料 切割 的研究是针对 较低 电阻率 成本的 ３ ０ ％ 。 （ ＜ ０ ． １ Ｑ・ ｃ ｍ ） 进行 的， 因单脉冲耗 电量较高， 同时硅片表 面存在 明显 目前硅片 的生产 已经采用 多线锯 切割 方法，可 以生产 出面积较 的微裂纹与热影响 区， 且切割效 率不 高， 所 以还不具备与硅太 阳能电 大（ ２ ５ ｃ ｍ ￣２ ５ ｃ ｍ ） 而厚度又相对较薄的硅片 ， 但是在此方法的操作过 池制造 工艺兼容 。而 Ｌ Ｓ Ｗ Ｅ Ｄ Ｍ方法 由于不存在 宏观机械切 削力， 与内 程 中，金属丝要受到多种力的激励 ，还要受 到机械 结构的影响 ，就 圆和多线切割相 比， 在硅片最小切割厚度及翘 曲方面 具有较大优势 。 不可避 免的在切割过程 中产生变形与振动 ，瞬间性的冲击 就会 作用 ２太 阳能硅 电火花线切割简析 在切割 的硅 片上 。为 了避免此现象 的发生硅 片的切割 厚度 也从 ３ ０ ０ 太阳能硅片是光伏 电池 的主要 原料 ，电阻率 ｌ １ ０ ｏ・ ｃ ｍ ，电阻 ｍ 左右进 一步降低，争取实现低成本高线切割及减少切 缝损 耗， 率在此范围内的半导体材料 比其他金属材料高 出 ３ ４个数量级 ，有 但是难度是 相当的大。因此实现太阳能 晶硅 电池行业生产 效率 的提 定的导电性，在放 电过程 中由于不利因素的存在 ，钳制 了放 电回 高及生产成 本的降低，对于开展寸超薄硅片切割方法 的开 拓与 创新 路的加 工电流，就 不能直接采用普通 电火花线切割加工的方法 。 研 究是 势 在 必行 的 。 电火花线切割具有超薄 、大厚度切割 的特点 ，且在切割过程中 １太 阳能硅片 目前比较成熟的切割方法 不存在宏观切 削力 ，将会成为太 阳能硅片切割 的重点研究方向。 我 国进入 现代 化的时间相对较晚 ，对于对于硅 片装 备和切割 技 参 考文献 ： 术 的研究 ， 与其它发达 国家 的技术水平相 比较大 的差距还是存在 的， ｆ １ Ｉ刘志东， １ 邱 明波， 汪炜， 田宗军， 史勇， 王振兴． 太阳能硅 片切割技术的 特别是多线切割技术 ，我 们 目前并没有成熟 的产 品面市 ，也难 以满 研 究 Ⅱ 】 ． 电加 工 与 模 具 ， ２ ０ ０ ９ ． 足市场应用 的需求 。太 阳能硅 片常规切割方法主要有 ： 内圆切割 （ Ｉ Ｄ 【 ２ 】 刘 志东， 邱 明波， 汪炜 ， 田 宗军， 黄 因慧． 太 阳能级硅高效放 电电解复 ｓ ｓ ｗ ） 和 多线切割 （ Ｗ ｉ ｒ ｅ ｓ ａ ｗ ） 。内圆切割操作时利用 内圆刃 口边切割 合 切 割 制 绒 一体 化 研 究 ｌ １ １ ．电 加 工 与模 具 。 ２ ０ ０ ９ ． 硅锭 ，圆盘型刀片外 圆张紧。在操作过程中 ，刀片要高速旋转 ，不 【 ３ 】 林峰， 汪建平， 傅 建中． 太阳能硅 片精密切割技术及其特性研究Ⅱ 】 ． 航 可避免产生轴 向振动 ，刀 片与硅 片的摩擦力增加 ，切割时就会产生 空精 密制 造 技 术 ． ２ ０ １ ０ ． 较大的残留切痕和微裂纹 ，结 束时也容易出现硅片蹦片 ，甚至飞边 ［ ４ 】 毕 勇， 刘志 东， 邱 明波， 汪炜， 田宗军， 黄 因慧． 新型 太阳能级硅 片切割 的现象 ，多线切割作为 目前硅 片切割的主流技术 ，其是 以钢丝带入 技 术ｍ． 材料科 学与工程学报 ， ２ ０ １ ０ ． 太 阳能硅 片切割技术 的研 究成 为了热点方向 ，文 中基 于这一背景对 太 阳能硅片 目前 比较成 熟的切割 方法进行 了分析 ，最后 简要探讨 了 太 阳能硅 电火 花 线 切 割 技 术 。
内圆切割和多线切割方法
内圆切割和多线切割
1. 内圆切割和多线切割晶体切割就是利用内圆切片机或者线切割机等专用设备将硅单晶或多晶切割成符合使用要求的薄片过程。
硅晶体的切割主要要有内圆切割和多线切割两种形式。
内圆切割利用内圆刀片为切割刀具，以其内圆作为刀口，其镶上金刚石颗粒，一片一片进行磨销切割。
内圆切割品种变换简单方便，灵活，风险低，但是效率低，原料损耗大，硅片体形变大，加工参数一致性差。
多线切割利用钢丝切割线携带金刚砂浆液进行磨销，整锭同时切割。
其效率高，原料损耗小，硅片体形变小，加工参数一致性好，但是投资大，风险高。
2. 硅片的化学减薄所谓化学减薄就是通过酸或碱与硅片表面在一定条件下产生化学反应，对硅片表面进行一层剥离，为抛光工艺创造条件的工艺过程。
硅片化学减薄的作用与意义硅片化学减薄主要有三个作用，第一是使硅片表面清洁，第二可以提高抛光效率，第三可以消除硅片内应力
3. 硅片抛光方法大体来说，硅片抛光方法可以分为机械抛光，化学抛光和化学机械抛光三大类。
（1）机械抛光机械抛光利用抛光液中的磨液与硅片表面的机械摩擦作用来实现硅片的表面加工，在早期硅片加工中使用较多。
机械抛光的抛光液一般为氧化铝，氧化镁，氧化硅和碳化硅等微细粉末加水而配制成的悬浮液。
( 2 )化学抛光化学抛光就是利用化学试剂与硅片表面的化学腐蚀反应来达到去层与修整的加工目的。
化学抛光包括液相腐蚀，气相腐蚀，固相化学腐蚀和电解抛光等。
(3）化学机械抛光化学机械抛光是将化学作用和机械作用同时结合使用的抛光方法，种类繁多。
铜离子，铬离子，氧化钛，筋性氧化铝，碱性二氧氧化硅都是化学抛光。
硅片(多晶硅)切割工艺及流程
硅片(多晶硅)切割工艺及流程硅片切割是硅片制备和加工过程中非常重要的一环。
多晶硅是制造太阳能电池、集成电路和液晶显示器等高科技产品的主要材料之一，因其具有优异的光电性能和导电性能而广泛应用。
在多晶硅制备过程中，硅棒经过切割工艺分割成薄片，以满足不同尺寸和用途的需求。
切割工艺硅片切割工艺通常分为以下几个步骤：划线、局部破裂、切断和研磨。
划线划线是硅片切割的第一步，也是一个非常重要的步骤。
在这一步骤中，切割者需要根据所需的硅片尺寸和形状，在硅片表面划出一条细线，作为切割的指导线。
通常使用一种称为划线刀的工具来完成这个步骤，划线刀具有极高的硬度，不会对硅片表面造成损伤。
局部破裂局部破裂是硅片切割的关键步骤之一。
在这一步骤中，切割者需要在划线处施加适当的力量，使硅片发生局部破裂。
通常采用的方法是在硅片表面施加脉冲激光或机械震动，使硅片局部发生应力集中，从而导致硅片在划线处断裂。
为了确保切割的精度和质量，切割者需要根据硅片的特性和要求来调整切割参数。
切断切断是硅片切割的下一个步骤，即将硅片切割成所需的尺寸和形状。
在这一步骤中，切割者使用一种称为切割刀的工具，在局部破裂处施加适当的力量，将硅片切割成两部分。
切割刀通常由硬质材料制成，能够在切割过程中保持稳定的切割质量和高度的精度。
研磨研磨是硅片切割的最后一步，也是一个非常重要的步骤。
在这一步骤中，切割者使用研磨机或抛光机将切割得到的硅片进行研磨，以去除切割过程中可能产生的划痕和凸起物，并获得平滑的表面。
研磨过程需要控制研磨厚度和研磨速度，以确保最终得到的硅片满足要求的表面粗糙度和质量。
切割流程硅片切割的流程可以概括为以下几个步骤：准备工作、划线、局部破裂、切断、研磨和检验。
1.准备工作：在进行硅片切割之前，需要对设备和工具进行准备，包括划线刀、切割刀、研磨机等。
同时，需要对切割区域进行清洁处理，以避免切割过程中的污染和损伤。
2.划线：根据所需的硅片尺寸和形状，在硅片表面使用划线刀划出一条细线，作为切割的指导线。
切硅片的原理
切硅片的原理切割硅片是指将硅棒或硅大块切割成薄片或小块的加工过程，是制备半导体器件的基础步骤之一。
切割硅片的原理主要涉及到切割工具、切割方式以及切割操作。
1. 切割工具：切割硅片常用的工具是切割盘和金刚石切割线。
切割盘通常由多晶刚玉等材料制成，具有高硬度和刚性，能够提供足够的切割压力。
金刚石切割线则是由金刚石粉末与金属或陶瓷材料混合压制而成，具有极高的硬度和耐磨性。
2. 切割方式：主要有线切割和盘切割两种方式。
线切割是将硅棒或硅大块固定在两个滚轮之间，通过线切割盘上的金刚石线切割硅材料。
盘切割是将硅大块放置在切割盘上，通过旋转盘切割硅材料。
3. 切割操作：切割硅片的具体操作步骤如下：（1）准备工作：将硅棒或硅大块清洗，去除表面的杂质和氧化层。
将硅材料固定在切割盘上或两个滚轮之间，并调整好切割机的参数。
（2）切割：开启切割机，启动切割盘或滚动线切割设备，硅材料开始被切割。
切割盘或线切割设备的切割方式可以根据需要进行选择和调整。
（3）润滑剂：在切割过程中，为了降低切割盘或线与硅材料的摩擦，防止过热和损伤硅材料，通常会使用润滑剂。
润滑剂可以增加切割效率和保护硅材料的质量。
（4）切割后处理：切割完成后，将切割下来的硅片从切割盘或滚轮上取下，进行清洗和检查。
根据需要，可以将硅片进行进一步的处理，如去除边缘磕碰，修整大小等。
总结：切割硅片的原理主要包括切割工具、切割方式和切割操作。
切割工具包括切割盘和金刚石切割线，能够提供足够的切割压力和硬度。
切割方式主要有线切割和盘切割两种，可以根据需要选择。
切割操作需要将硅材料固定好，调整好切割机的参数，并使用润滑剂降低摩擦，防止过热和损伤硅材料。
切割完成后进行处理，如清洗和修整等。
切割硅片是制备半导体器件的重要步骤，其切割质量和精度对后续工艺和器件性能有重要影响。
NTC442多线切割设备的设计改造
ｄｏｉ:１０.１６５７６/ｊ.ｃｎｋｉ.１００７－４４１４.２０１８.０５.０３６ＮＴＣ４４２多线切割设备的设计改造∗谢燕琴(江西工业工程职业技术学院ꎬ江西萍乡㊀３３７００)摘㊀要:硅片是太阳能电池的核心材料ꎮ制造硅片主要设备是ＮＴＣ４４２多线切割设备ꎮＮＴＣ４４２多线切割设备采用了游离的切削模式ꎬ这种切削模式切削速度慢ꎬ切削质量差ꎮ针对这种情况ꎬ将对ＮＴＣ４４２多线切割设备的游离切削模式改造成金刚石线的切削模式ꎬ改造了切割室ꎬ设计了主轴㊁匹配了轴承ꎮ改造后的设备ꎬ保证了硅片的质量㊁精度ꎬ提高了生产效率ꎬ应用前景十分广阔ꎮ关键词:太阳能硅片ꎻ游离磨料ꎻ多线切割ꎻ切削模式中图分类号:Ｕ４６３㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００７－４４１４(２０１８)０５－０１１１－０２ＤｅｓｉｇｎａｎｄＭｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＮＴＣ４４２Ｍｕｌｔｉ－ＬｉｎｅＣｕｔｔｉｎｇＥｑｕｉｐｍｅｎｔＸＩＥＹａｎ－ｑｉｎ(ＪｉａｎｇｘｉＶｏｃａｔｉｏｎａｌＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＰｉｎｇｘｉａｎｇＪｉａｎｇｘｉ㊀３３７０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＳｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒｉｓｔｈｅｃｏｒｅｍａｔｅｒｉａｌｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｓꎬａｎｄｔｈｅｍａｉｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｉｌｉｃｏｎｉｓｔｈｅＮＴＣ４４２ｍｕｌｔｉ－ｌｉｎｅｃｕｔｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ.ＹｅｔｔｈｅＮＴＣ４４２ｍｕｌｔｉ－ｌｉｎｅｃｕｔｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｄｏｐｔｓｆｒｅｅｃｕｔｔｉｎｇｍｏｄｅꎬｗｈｉｃｈｈａｓｓｌｏｗｃｕｔｔｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｐｏｏｒｃｕｔｔｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ.ＦｏｒｔｈｉｓｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬｔｈｅｆｒｅｅｃｕｔｔｉｎｇｍｏｄｅｏｆＮＴＣ４４２ｍｕｌｔｉ－ｌｉｎｅｃｕｔｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｓｃｈａｎｇｅｄｉｎ￣ｔｏｔｈｅｄｉａｍｏｎｄｃｕｔｔｉｎｇｍｏｄｅꎬｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｉｓｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄꎬｔｈｅｍａｉｎｓｈａｆｔｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄꎬａｎｄｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｉｓｍａｔｃｈｅｄ.Ｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｅｎｓｕｒｅｓｔｈｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｗａｆｅｒａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａ￣ｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｉｌｌｂｅｖｅｒｙｂｒｏａｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｏｌａｒｗａｆｅｒꎻｆｒｅｅａｂｒａｓｉｖｅꎻｍｕｌｔｉ－ｌｉｎｅｃｕｔｔｉｎｇꎻｃｕｔｔｉｎｇｍｏｄｅ０㊀引㊀言绿色制造和绿色加工是现在世界各个国家重点突破的难题ꎮ为了平衡环境和能源问题ꎬ太阳能的开发是越来越被各个国家重视ꎮ硅片是制造晶硅太阳能电池的核心材料ꎬ其品质的好坏将直接影响到后续电池片的制造工艺㊁制造成本及光电转化效率[１]ꎮ未来太阳能电池ꎬ尤其时高效太阳能电池对硅片的表面完整性要求越来越高ꎬ更高的尺寸精度和更好的表面质量将是未来太阳能硅片的发展趋势[２]ꎮ近几十年来ꎬ国内外的专家学者一直对硅片的制造方法和工艺不断研究和改进ꎬ硅片的品质不断提升ꎬ但成本高ꎮ本文将对已有的设备ＮＴＣ４４２多线切割设备进行改造ꎬ改变切削了模式ꎬ改造了切割室ꎬ设计了主轴㊁匹配了轴承ꎮ１㊀游离砂浆切割模式与金刚线切割模式ＮＴＣ４４２多线切割设备是加工太阳能硅片的主流设备ꎬＮＴＣ４４２多线切割设备的工作模式是采用了游离砂浆切割技术ꎮ游离砂浆切割属于 三体(即磨粒㊁硅棒㊁工件) 加工ꎮ在切割过程中ꎬ切割线施加在磨粒上的力带动磨粒沿切削表面做滚动ꎬ同时切割线压挤磨粒嵌入到切削表面ꎬ形成表面裂纹ꎬ从而达到切割的作用[３]ꎬ如图１ꎮ图１㊀游离砂浆切削㊀㊀游离砂浆切割的平均切削速度是０.３９ｍｍ/ｍｉｎꎬ损伤层达到１１~１５μｍꎬ切口损耗１２０~１５０μｍꎬ硅片最小厚度１６０μｍꎬ切出的表面粗糙ꎬ没有硅片的切割方向锯痕ꎬＳｉＣ摩擦硅片距离较短ꎬ易产生随机的凹凸坑ꎮ金刚线切割(如图２)是太阳能硅片加工的另一种模式ꎬ以金刚线上固结金刚石进行高速切削加工来实现硅棒材料的切除ꎬ平均切削速度可达到１.３ｍｍ/ｍｉｎꎬ约为游离砂浆切割速度的４倍ꎬ损伤层６~８μｍꎬ切口损耗８０~１２０μｍꎬ硅片最小厚度１２０μｍꎬ切出的表面光滑[４]ꎮ对于太阳能硅片加工单位要重新购买金刚线切割机大概需要２００－３００万/台ꎬ而将ＮＴＣ４４２多线切割设１１１机械研究与应用 ２０１８年第５期(第３１卷ꎬ总第１５７期)㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀设计与开发∗收稿日期:２０１８－０７－３１作者简介:谢燕琴(１９８０－)ꎬ女ꎬ江西抚州人ꎬ副教授ꎬ硕士ꎬ研究方向:机械电子工程ꎮ备的游离砂浆切割模式改造成金刚线切割模式只需４万元/台ꎬ为了减少投资ꎬ降低成本ꎬ解决现有状况ꎬ各单位ＮＴＣ４４２多线切割设备的改造迫在眉睫ꎮ图２㊀金刚线切削２㊀ＮＴＣ４４２多线切割设备的改造ＮＴＣ４４２多线切割设备的游离砂浆切削模式改造成金刚实线切割模式ꎬ要从以下几个方面进行改造:①切割室的改造ꎬ两轴变三轴 增加中心主辊ꎻ②轴承的设计ꎻ③工作台的设计ꎻ④切削液的选择ꎻ⑤接地报警ꎻ⑥过线滑轮等等ꎬ前两方面的改造是关键ꎮ２.１㊀切割室的改造ＮＴＣ４４２多线切割设备的线网支撑面是通过两根主辊(也称为主槽轮ꎬ中心距离为６００ｍｍ)支撑钢线达到切割的目的ꎬ如图３ꎮ由于两主辊的中心距离较远ꎬ钢线线速较快ꎬ而钢线的直径只有１２０μｍꎬ稳定性差ꎬ在主辊之间易产生晃动ꎬ切削的硅片品质难以控制ꎮ因此ꎬ需要在两根主辊之间增加中心主辊ꎬ如图４ꎮ建立的三维模型如图４所示ꎮ图３㊀改造前的切割式㊀㊀㊀图４㊀改造后的切割式２.２㊀中心主辊的设计在加工过程中ꎬ中心主辊起到支撑线网和提供一定的切入角的作用ꎬ受力主要是金刚石线对它的压力(压力是均匀分布ꎬ且有一定的斜度ꎬ即有径向力和轴向力)ꎬ还受到金刚石线的摩擦力ꎬ以及轴承对其的支撑力ꎮ每根金刚石线的张紧力要达到１３Ｎꎬ槽轮上最多可以均匀绕１５００圈金刚石线(切片的数量最多１５００片)ꎬ所以选择的材料为３８ＣｒＭｏＡｌꎬ设计的尺寸如图５ꎮ图５㊀中心主辊的尺寸２.３㊀轴承的选择金刚线在切片的时候ꎬ要求切片精度高ꎬ速度快ꎮ另外ꎬ在水平面上ꎬ金刚线绕线成一定斜度ꎬ要承受轴向力ꎮ在铅垂面上ꎬ中心主辊略高于左右主辊(大约高２ｍｍ)ꎬ承受一定的径向压力ꎮ综上所述ꎬ在选择轴承时候ꎬ后端用来定位并保证一定的加工灵敏度ꎬ选择三个单列的角接触轴承ꎬ型号为ＳＫＦ７２０８Ｃꎬ前端用来承受较大的力ꎬ选择两个圆柱滚柱轴承ꎬ型号为ＳＫＦＮＵ２０８Ｅꎬ安装后的效果ꎬ如图６ꎮ图６㊀轴承安装图３㊀结㊀论ＮＴＣ４４２多线切割设备的游离切削模式改造成金刚石线的切削模式ꎮ改造后的设备ꎬ不仅提高了硅片的质量㊁精度以及企业生产效率ꎬ还节约了原材料和能源消耗ꎬ很大程度地提高经济效益ꎬ更好地满足了企业需求ꎬ为企业赢得了效益ꎮ参考文献:[１]㊀鲍官培ꎬ周㊀翟.太阳能硅片游离磨料电解磨削多线切割表面完整性研究[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１６ꎬ２６(４):８０－８３.[２]㊀邱明波ꎬ黄因慧ꎬ刘志东ꎬ等.太阳能硅片制造方法研究现状[Ｊ].机械科学与技术ꎬ２００８ꎬ２７(８):１０１７－１０２０.[３]㊀靳永吉.线锯切割失效机理的研究[Ｊ].电子工业专用设备ꎬ２００６ꎬ１４２(３):２４－２７.[４]㊀徐㊀伟ꎬ王英民.金刚石多线切割设备在ＳｉＣ晶片加工中的应用[Ｊ].电子工艺技术ꎬ２０１２ꎬ１２(４):６０－６３.２１１ 设计与开发㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１８年第５期(第３１卷ꎬ总第１５７期) 机械研究与应用。
硅片多线切割机罗拉槽计算
硅片多线切割机罗拉槽计算硅片切割技术在光伏电池材料中具有重要的意义，切割技术长期成为光伏行业研究的热点。
硅片切割技术主要分为内圆切割和多线切割技术。
目前硅片切割技术多采用多线切割技术，相比以前的内圆切割，有切割效率高，成本低，材料损耗少的优点。
因此多线钢线硅片切割技术是未来切割技术的主流，目前硅片能够切出的最薄度在200um左右。
实际太阳能电池的最佳性能厚度是在60-100um.，之所以维持在200um左右是从太阳能电池的机械性考虑，硅片厚度减少不能适应一些电池工艺，如腐蚀，丝网印刷等，硅片厚度的减少带来了很大的电池制备技术难点。
硅片多线切割机罗拉槽计算方法分析：
公式：D=T+F+dw+DS
槽距=硅片厚度+游移量+钢线直径+金刚砂直径
理论切片数量=单晶有效长度/槽距。
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硅片是半导体和光伏领域的主要生产材料。
硅片多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术，它不同于传统的刀锯片、砂轮片等切割方式，也不同于先进的激光切割和内圆切割，它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果。
在整个过程中，钢线通过十几个导线轮的引导，在主线辊上形成一张线网，而待加工工件通过工作台的下降实现工件的进给。
硅片多线切割技术与其他技术相比有：效率高，产能高，精度高等优点。
是目前采用最广泛的硅片切割技术。
多线切割技术是硅加工行业、太阳能光伏行业内的标志性革新，它替代了原有的内圆切割设备，所切晶片与内圆切片工艺相比具有弯曲度（BOW）、翘曲度（WARP）小，平行度（TAPER）好，总厚度公差（TTA）离散性小，刃口切割损耗小，表面损伤层浅，晶片表面粗糙度小等等诸多优点。
太阳能硅片的线切割机理就是机器导轮在高速运转中带动钢线，从而由钢线将聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区，在钢线的高速运转中与压在线网上的工件连续发生摩擦完成切割的过程。
在整个切割过程中，对硅片的质量以及成品率起主要作用的是切割液的粘度、碳化硅微粉的粒型及粒度、砂浆的粘度、砂浆的流量、钢线的速度、钢线的张力以及工件的进给速度等。
一、切割液（PEG）的粘度
由于在整个切割过程中，碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过钢线进行切割的，所以切割液主要起悬浮和冷却的作用。
1、切割液的粘度是碳化硅微粉悬浮的重要保证。
由于不同的机器开发设计的系统思维不同，因而对砂浆的粘度也不同，即要求切割液的粘度也有不同。
例如瑞士线切割机要求切割液的粘度不低于55，而NTC要求22-25，安永则低至18。
只有符合机器要求的切割标准的粘度，才能在切割的过程中保证碳化硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆稳定地通过砂浆管道随钢线进入切割区。
2、由于带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中，会因为摩擦发生高温，所以切割液的粘度又对冷却起着重要作用。
如果粘度不达标，就会导致液的流动性差，不能将温度降下来而造成灼伤片或者出现断线，因此切割液的粘度又确保了整个过程的温度控制。
二、碳化硅微粉的粒型及粒度
太阳能硅片的切割其实是钢线带着碳化硅微粉在切，所以微粉的粒型及粒度是硅片表片的光洁程度和切割能力的关键。
激光划片机、粒型规则，切出来的硅片表明就会光洁度很好；粒度分布均匀，就会提高硅片的切割能力。
三、砂浆的粘度
线切割机对硅片切割能力的强弱，与砂浆的粘度有着不可分割的关系。
而砂浆的粘度又取决于硅片激光划片机切割液的粘度、硅片切割液与碳化硅微粉的适配性、硅片切割液与碳化硅微粉的配比比例、砂浆密度等。
只有达到机器要求标准的砂浆粘度（如NTC机器要求250左右）才能在切割过程中，提高切割效率，提高成品率。
四、砂浆的流量
钢线在高速运动中，要完成对硅料的切割，必须由砂浆泵将砂浆从储料箱中打到喷砂咀，再由喷砂咀喷到钢线上。
砂浆的流量是否均匀、流量能否达到切割的要求，都对切割能力和切割效率起着很关键的作用。
如果流量跟不上，就会出现切割能力严重下降，导致线痕片、断线、甚至是机器报警。
五、钢线的速度
由于线切割机可以根据用户的要求进行单向走线和双向走线，因而两种情况下对线速的要求也不同。
单向走线时，钢线始终保持一个速度运行（MB和HCT可以根据切割情况在不同时间作出手动调整），这样相对来说比较容易控制。
目前单向走线的操作越来越少，仅限于MB和HCT机器。
双向走线时，钢线速度开始由零点沿一个方向用2-3秒的时间加速到规定速度，运行一段时间后，再沿原方向慢慢降低到零点，在零点停顿0.2秒后再慢慢地反向加速到规定的速度，再沿反方向慢慢降低到零点的周期切割过程。
在双向切割的过程中，线切割机的切割能力在一定范围内随着钢线的速度提高而提高，但不能低于或超过砂浆的切割能力。
如果低于砂浆的切割能力，就会出现线痕片甚至断线；反之，如果超出砂浆的切割能力，就可能导致砂浆流量跟不上，从而出现厚薄片甚至线痕片等。
目前MB的平均线速可以达到13米/秒，NTC达10.5-11米/秒。
六、钢线的张力
钢线的张力是硅片切割工艺中相当核心的要素之一。
张力控制不好是产生线痕片、崩边、甚至短线的重要原因。
1、钢线的张力过小，将会导致钢线弯曲度增大，带砂能力下降，切割能力降低。
从而出现线痕片等。
2、钢线张力过大，悬浮在钢线上的碳化硅微粉就会难以进入锯缝，切割效率降低，出现线痕片等，并且断线的几率很大。
3、如果当切到胶条的时候，有时候会因为张力使用时间过长引起偏离零点的变化，出现崩边等情况。
MB、NTC等线切割机一般的张力控制在送线和收线相差不到1，只有安永的相差7.5。
七、工件的进给速度
工件的进给速度与钢线速度、砂浆的切割能力以及工件形状在进给的不同位置等有关。
工件进给速度在整个切割过程中，是由以上的相关因素决定的，也是最没有定量的一个要素。
但控制不好，也可能会出现线痕片等不良效果，影响切割质量和成品率。
总之，太阳能硅片线切割机的操作，是一个经验大于技术流程与标准的精细活。
只有在实际操作中，不断总结与探讨，才能对机器的驾驭游刃有余。