科技成果——太阳能硅片电磨削多线切割技术及装备

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太阳能硅片多线切割技术详解

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。

大尺寸硅片超精密磨削技术与装备

大尺寸硅片超精密磨削技术与装备
随着半导体行业的不断发展，对硅片的要求也越来越高。

大尺
寸硅片的超精密磨削技术与装备成为了半导体制造过程中的关键环节。

硅片是半导体制造的基础材料，其表面的平整度和精度直接影
响到芯片的性能和产能。

因此，超精密磨削技术与装备在半导体制
造中扮演着至关重要的角色。

超精密磨削技术是指在高速旋转的磨料轮和硅片之间通过高精
度的控制，实现对硅片表面进行微米甚至纳米级的磨削加工。

这种
技术要求磨削设备具备高速、高精度、高稳定性和高自动化等特点。

在大尺寸硅片的磨削加工中，传统的磨削设备已经无法满足对加工
精度和效率的要求，因此需要引入先进的超精密磨削技术与装备。

目前，国内外在大尺寸硅片超精密磨削技术与装备方面进行了
大量研究和开发。

例如，采用高速旋转的磨料轮和先进的控制系统，实现了对硅片表面的微米级甚至纳米级的磨削加工。

同时，还利用
先进的三维测量技术和自动化装备，实现了对硅片表面形貌和精度
的在线监测和控制，从而保证了加工质量和稳定性。

大尺寸硅片超精密磨削技术与装备的发展，不仅推动了半导体
制造技术的进步，也为半导体行业带来了更高的产能和更优质的产品。

随着半导体行业对硅片加工精度和效率要求的不断提高，大尺
寸硅片超精密磨削技术与装备必将在未来发挥着越来越重要的作用。

我们期待着这一领域的技术不断创新，为半导体行业的发展带来更
多的可能性和机遇。

太阳能硅片切割技术的研究、

高新技术
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（ＬＳＷＥＤＭ）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，２１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（ＨＳＷＥＤＭ）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ＨＳＷＥＤＭ加工所获得的硅片总厚度变化（ＴＴＶ）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（Ｗａｒｐ）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（０．０１Ｑ・ｃｍ），使ＨＳＷＥＤＭ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ＬＳＷＥＤＭ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２５０｜ｌｍ，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２０Ｑ・ｃｍ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，ＷＥＤＭ对硅材料切割的研究是针对较低电阻率成本的３０％。（＜０．１Ｑ・ｃｍ）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（２５ｃｍ￣２５ｃｍ）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ＬＳＷＥＤＭ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３００太阳能硅片是光伏电池的主要原料，电阻率ｌ１０ｏ・ｃｍ，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３４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，ｆ１Ｉ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，２００９．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（ＩＤ【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ｓｓｗ）和多线切割（Ｗｉｒｅｓａｗ）。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ｌ１１．电加工与模具。２００９．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．２０１０．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，２０１０．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。

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。

太阳能硅片切割技术简介

主要清洗不良工程
白斑颜色不均
黑斑金属污染
微蓝手指印
六.LDK硅片生产技术介绍
7.分检将清洗好的硅片按照客户和公司的标准进展分检。
六.LDK硅片生产技术介绍
➢检测仪器
六.LDK硅片生产技术介绍
展包装，入库。
➢设备：包装机 ➢关键参数：包装的温度，速度 ➢关键参数：包装区的湿度
7
5
2
3
6
1
• 7.电气控制系统〔含操作系统〕
四、太阳能硅片多线切割技术
4. 多种设备之间的比较
HCT MB NTC 安永
四、太阳能硅片多线切割技术
5. 多线切割技术之物料－PEG＋SiC 将PEG和SiC粉末按照一定的比例混合搅拌成砂浆，在线切工艺中起研磨和冷却的作用。 ➢设备：砂浆搅拌缸 ➢设备：气动隔膜泵
操作流程 ➢硅块与玻璃清洗 ➢准备晶托 ➢准备玻璃 ➢拌胶 ➢粘玻璃 ➢准备硅块 ➢粘硅块 ➢粘PVC条
控制参数
➢关键参数：混合比例 ➢关键参数：拌胶时间 ➢关键参数：操作时间 ➢关键参数：固化时间
是否粘牢粘结方向
是否粘正无溢胶残留
六.LDK硅片生产技术介绍
3. 浆料
将PEG和SiC粉末按照一定的比例混合搅拌成砂浆，在线切工艺中起研磨和冷却的作用。
各工位质量控制
六.LDK硅片生产技术介绍
1. 开方
➢设备：HCT开方机 ➢主料：硅锭 ➢辅料：钢线 ➢辅料：填缝剂 ➢辅料：砂浆 ➢关键参数：线速 ➢关键参数：台速 ➢关键参数：砂浆流量 ➢关键参数：砂浆温度
六.LDK硅片生产技术介绍 2. 粘
胶
➢辅料：晶托 ➢辅料：玻璃 ➢辅料：胶水
➢辅料：PVC条

硅片电火花线切割加工技术的发展

摘要：用电火花线切割加工技术加工硅片能直接得到大尺寸、薄硅片，不受硅晶体晶向利超且
的影响，设备成本低，割效率较高，切因而研究和开发硅片电火花线切割加工技术是一个很有发展
潜力和应用前景的课题。
关键词：硅片；电火花线切割加工；发展趋势
中图分类号：Ｇ６Ｔ６１
ＴｈｖｌｐｍｅｔｏｌｃｎｅｈｏｏｉｃｎＩｇｔｗｉｈＷＥＤＭｅＤｅｅｏｎｆＳｉｉｇＭｔｄｆｒＳｌｏｎｏｔｉ
Ｓｉｎ，ａｇＹｉｈｉＴｉｎＺｎｊｎ，ｉｈｄｎＱｉｎｂ，ａｇＬｉｎｈＹｏｇＨｕｎｎｕ，ａｏｇＬｕＺｉｏｇ，ｕＭｉｇｏＷｎａｇｕ
（ｎｉｉｒｔｆｅｏａｔｓｎｓｒｎｕｉ，ａｊｇ２０１，ｈｎＮａｊｇＵｎｖｓｙｏｒｎｕｉｄＡｔａｔｓＮｎｉ１０６ＣｉｎｅｉＡｃａｏｃｎａ）Ａｓｒｃ：ｅｌｉｇｍｅｈｄｆｒｉｃｎｉｇｔｔｉｌｔｉｌｉｈｒｅｍａｈｎｎ（ＥＭ）ｂｔａｔＴｈｉｎｔｏｌｏｏｗｉｗｒｅｃｒａ— ｓａｇｃｉｉｇＷＤｓｃｏｓｉｎｈｅｅｃｄｃ，
外圆切割：割时因刀片太薄且受到硅片径向切
压力而易产生变形和侧向摆动，使材料损耗加大，表面不平整。因此，种方法不适合大直径硅片的切这
割。

太阳能电池硅片线锯砂浆中硅屑的回收技术研究

Ｋｅｒｙｗｏｄｓ
ｗｉ－ａ，ｉｃｎ，ｌｒｙ，ｅｏｅｙｒｓｗｓｌｏｓｕｒｒｃｖｒｅｉ
太阳能电池片普遍采用多线锯配合砂浆切割生产，切线割中使用的砂浆通常是由矿物油或者聚乙二醇（Ｅ等带ＰＧ）
摘要
多线切割是当前硅太阳能电池片生产的主要工艺。在线切割过程中约有１２的晶体硅成为锯屑／
进入到切割砂浆。砂浆中的各种污染物并未进入高纯硅屑晶体内部，因此可以期望通过物理分离、洗等技术清来提取获得高纯硅粉，而不需要通过高耗能的高温化学或相变过程。综述了硅片线切割过程、屑形成及废砂硅
ＨＵＡＮＧｅｌｇ，ＹＩＣｈａｑａｇ，ＸＩＭｉｎｉＮｕｎｉｎＯＮＧｈａＹｕｕ，ＷＥＩＸｉｑｎ，ＺＯＵａｇｕｉＨＬｎ
（ｃｏｌｏａｅｉｌｃｅｃｎｇｎｅｉｇ，ｎｈｎｉｅｓｔ，ｎｈｎ３０１ＳｈｏｆＭｔｒａｓＳｉｎｅａｄＥｎｉｅｒｎＮａｃａｇＵｎｖｒｉｙＮａｃａｇ３０３）
Ａｂｔａｔｓｒｃ
Ｍｕｔｗｉｅｓｗｕｔｇｉｈｕｒｎｊｒｐｏｅｓｆｒｔｅｐｏｕｔｎｏｉｃｎｗａｅｓｆｒｓｌｒｌｉｒ－ａｃｔｉｓｔｅｃｒｅｔｍａｏｒｃｓｏｈｒｄｃｉｆｓｌｏｆｒｏｏａ — ｎｏｉ
ｃｌ．ｏｔｈｌｏｉｈｐｒｔｉｃｎｂｃｍｅａｄｓｓａｄａｅｍｉｅｔｈｒａｓｕｒ．ｈｙｔｍｌｅｌＡｂｕａｆｆｈｇｕｉｓｌｏｅｏｓｓｗｕｔｎｒｘｄｉｏｔｅｗｉｅｓｗｌｒｙＡｓｔｅｓｓｅｉｗｅｌｓｙｉｎｓｃｏｅｎｏｓｇｉｃｎｈｒｌｄｆｕｉｎｏｃｒ，ｈｏｔｍｉａｉｎｔｈｉｃｎｄｓｓｉ１ｔｄｔｔｕｆｃ，ｎｏｌｄａｄｎｉｎｆａｔｔｅｍａｉｆｓｏｃｕｓｔｅｃｎａｎｔｏｔｅｓｌｏｕｔＳｉｅｏｉｓｒａｅａｄｉｏｉｍｉｓｔｅｅｏｅｃｎｂｅｖｄｗｉｈｕｈｅｄｆｒｈｇ－ｅｅａｕｅｅｅｇ－ｏｓｍｉｇｃｅｃｌｒｐａｅｔａｓｏｍａｉｎｈｒｆｒａｅｒｍｏｅｔｏｔｔｅｎｅｏｉｈｔｍｐｒｔｒｎｒｙｃｎｕｎｈｍｉａｈｓｒｎｆｒｔｏｏｐｏｅｓｓＴｈｒ－ｕｔｎｒｃｄｃａａｔｒｓｉｓｏｈｌｒｙａｅｉｔｏｕｅ． — ｒｃｓｅ．ｅｗｉｅｃｔｉｇｐｏｅｓｆｒｔｆｔｅｓｌｏｕｔｎｈｒｃｅｉｔｆｔｅｓｕｒｒｎｒｄｃｄＲｅｍｏｉｃｓａｃｅｎａｅｔｏｒｃｓｉｇａｄｒｃｖｒｆｔｅｗｉ３ｓｕｒｓｅｗｉｍｐａｉｏｅｏｅｙｏｉｈｐｒｅｒｈｓａｄｐｔｎｓｆｒｐｏｅｓｎｎｅｏｅｙｏｈｒＳＷｌｒｙｗａｔ，ｔｅｈｓｓｎｒｃｖｒｆｈｇｕｉｅｈ — ｔｉｃｎｐｗｄｒ，ｒｅｉｗｅｉｃｕｉｇｔｅｌｔｓｅｕｔｆｔｅａｔｏｓｒｕ．ｙｓｌｏｏｅｓａｅｒｖｅｄ，ｎｌｄｎｈａｅｔｒｓｌｏｈｕｈｒｇｏｐｉｓ

北京航空航天大学科技成果——皮秒激光减薄切割多晶硅片的一体化加工技术

北京航空航天大学科技成果——皮秒激光减薄切割多晶硅片的一体化加工技术成果简介硅片在半导体器件领域中应用广泛，随着电子产品对高性能、多功能和小型化的需求推动了集成电路（IC）封装技术的发展，需要对硅片进行背面减薄加工。

硅片背面减薄技术有很多种，如磨削、抛光、干式抛光、电化学腐蚀、湿法腐蚀、等离子辅助化学腐蚀和常压等离子腐蚀等。

目前，金刚石砂轮的超精密磨削技术在硅片工业减薄加工中广泛应用，该技术通过砂轮在硅片表面旋转施压、损伤、破裂、移除而实现硅片减薄。

但是，工艺中不可避免引入损伤，降低器件可靠性和稳定性，同时超精密磨削减薄技术面临着高加工质量和高加工效率的突出矛盾。

随着激光加工技术的不断发展，它已经开始应用于硅片的工业生产中。

利用光纤激光精密切割单晶硅；利用激光在柔性和刚性衬底上沉积非晶硅薄膜；利用激光进行硅片表面退火；利用激光清洗硅片表面杂物；飞秒激光扫描硅表面诱导形成微结构；晶体硅片上的激光打孔等都已进行过研究或应用。

该项目针对硅片减薄这一工程问题，尝试使用皮秒激光进行多晶硅片的减薄切割一体化加工，避免了机械磨削的表面损伤，降低硅片生产的碎片率，提高加工效率和质量，而且还会减少化学试剂的使用，有利于提高硅片生产的环保性。

技术优势1、使用皮秒激光减薄切割硅片一体化加工工艺，大大提高了硅片的加工速度和精度，有望在实际生产中提高生产效率，节约生产成本，提高经济效益。

2、利用皮秒激光减薄原始厚度200μm左右多晶硅片，可以使其最大减薄量达到100μm，减薄效果明显。

3、利用激光直写系统，可以通过改变皮秒激光参数如功率、频率、加工次数、扫描速度等进行精确控制，能得到不同减薄量和不同形状的硅片，相对传统的机械减薄方法加工更加方便安全，适用范围也更广。

太阳能硅片多线切割设备的发展

长，连硅锭开方机也变得非常紧张。由于开方机使用的钢丝直径较粗，
一
般２５０微米到３００微米，较切片常用的直径１２０微米的钢丝不容易发生断丝。另外，开方完成后，一般还要对硅锭打磨。因此对切割的精度
பைடு நூலகம்
要求比硅片大大降低。
国内厂家中上海日进首先抓住了这个机遇，目前已经在国内市场有了不错的销售业绩。另一家大连连城的开方机也于２００９年取得重大突破。２０１０年更多国内企业有望在线开方设备制造取得突破。
备供应商在中国市场产能中差不多是三分天下，ＮＴＣ的份额稍微高一点。
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材料损失非常大，在半导体行业成本的摩尔定律作用下，人们对于降低切割成本、提高效率的要求越来越高。多线切割技术因此而逐步发展起来。多线切割由于其更高效、更小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
的金钢线切割技术引入到硅片切割领域来。
切割机，取得了长足的进步。但是该公司还没有开发出适应太阳能硅片
切割的多线切割机。
虽然国内很多厂家在多线切割机的开发上投入了很大的人力、物力，
但是实际进展却并不如人意。在２００８年ＰＶ行业爆发式增长之际，不仅多线切割机交货期大大延
造研发也难有进展。
湖南宇晶在２００６年左右开始研制多线切割机，主要针对水晶切割市

太阳能硅片切割钢丝的开发及应用

定为我国战略性新兴产业，以重点发展。予纵观国外发达国家，最近１在Ｏ年，阳能电池太产量年均增长率为４．，８５而最近５年，％这一数据高达５．％。２０５２０９年，全球太阳能电池产量达到１．Ｇ，比上年增长３％。可见光伏产业虽然在０５ＷＰ３２０～０９年也受到国际金融危机的影响，但仍处０８２０于稳定增长的过程中。００年全球太阳能电池产量２１
目前已探明全球石油储量可开采约４０年，天
然气可开采约５０年．煤可开采约２０年：我国原０而可采储量的原煤为ｌ５年，然气仅４１天９年，油仅原２Ｏ年。随着全球化石能源日益紧缺，以太阳能为主
一
装机规模在２１０１年、００年分别达到２０万千瓦２２０
和２０００万千瓦。２１０５年我国太阳能发电装机容量将大约在１０００万千瓦左右。
作为新能源产业的主要代表，伏产业在我国光发展迅速，国光伏产业已经成为国际新能源市场我上举足轻重的力量。 “ 十二五 ” 间．期国家会有更多
与内圆切割相比．多线切割表现出了众多优
势：１切割效率高，次可切割数千片，小时可（）一每
切割３０２００００平方英寸：而内圆切割一次只可切

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科技成果——太阳能硅片电磨削多线切割技术及装备
技术开发单位南京航空航天大学
技术简介
太阳能硅片多线切割机是一种大型、复杂、精密的核心光伏制造装备，长期依赖进口。

目前，国外已能采用多线切割的方法生产出面积较大而又较薄的硅片(300mm×300mm)，但由于仍属于非刚性切割，在切割过程中切割线必然产生变形从而不断产生瞬间的冲击作用，要使目前的大尺寸硅片厚度和切割损耗进一步降低，实现低成本高效切割，技术难度相当大。

因此针对现阶段国内外晶硅太阳能电池的制造技术瓶颈，寻求解决降低成本和提高光电转换效率的有效方法和途径，2009年，技术开发单位基于硅片磨削/电解多线切割原理，发明一种低宏观切削力、少机械损伤的太阳能硅片电磨削多线切割新方法。

从太阳能级晶硅表面能带结构、载流子扩散方式及磨料滚动切割特性入手，掌握了硅片的机械磨削复合微区电化学钝化（或腐蚀）材料去除和绒面形成机制，建立了全新的太阳能硅片高效低成本加工体系。

采用较低电导率的水性切削液，外加低压连续（或脉冲）直流电源，基于机械磨削和电解复合加工原理，降低宏观切削力，实现大尺寸超薄硅片的磨削/电解复合多线切割，从而满足光伏产业的生产工艺需求。

目前采用该技术较传统游离磨料多线切割效率提高一倍以上，与固结磨料多线切割效率相当，且表面完整性优于单独采用游离（或固
结）磨料的传统多线切割方法；采用常规制作工艺，研制成功的太阳能多晶硅电池片平均光电转换效率达到17.5%。

为应用与推广上述技术，已在现有主流游离磨料多线切割设备上进行工艺验证和参数优化，并与国内外耗材厂家合作，开展相关的耗材如切割线、磨料使用等关键工艺技术的研发，为高效低成本太阳能硅片的规模化生产奠定坚实的基础。

该项目实施后，与现有多线切割技术相比，切割线、磨料及切削液等耗材成本将降低20%以上；此外，将为国产新型多线切割设备的研制及国内现有近8000台进口多线切割设备的升级换代提供借鉴经验。

技术指标
针对太阳能电池市场现状，以8寸多晶硅片（电阻率0.5-5Ω·cm）为例，拟达到的主要技术指标如下：
切片厚度：190±15μm
硅片总厚度误差：＜20μm
切缝宽度：小于180μm
切割速度：大于0.5mm/min
良品率：提高5%以上
光电转换效率：提高0.3-0.5%
技术特点
（1）加工原理的创新
在现有多线切割技术基础上，发明了一种硅片的磨削/电解复合
多线切割加工方法，基于机械磨削和电解复合加工原理，降低宏观切削力，促进切割效率和表面完整性的提高，降低断丝几率，从而满足太阳能硅片的高效低成本切割要求；
（2）工艺方法的突破与创新
通过研制磨削/电解多线切割设备，采用太阳能硅片的切割制绒一体化工艺方法，有利于提高硅片制绒质量，显著减少后续减薄量，提高光电转换效率进一步降低生产成本。

与国外同类产品相比，在切割原理、张力控制、伺服运动、应用范围等方面更为出色，提高切割效率一倍以上，表面完整性好，能有效提高硅片品质和太阳电池光电转换效率。

技术水平国际先进
可应用领域和范围光伏产业
专利状态已取得专利1项，申请专利2项。

技术状态小批量生产、工程应用阶段
合作方式技术转让、许可使用、合作开发、技术服务
投入需求400万元
转化周期3年
预期效益
本项目的实施有望在大尺寸太阳能硅片应用领域取得重大突破，使我国太阳能技术实现从重点跟踪到突出跨越的战略转变，将会进一步满足光伏产业发展的实际需求，对促进新能源领域的技术创新和国民经济可持续发展具有重大意义。