一種采用超細鋼線切割硅棒的工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種超細鋼線切割太陽能硅片的切割工藝，包括配制砂漿、粘棒、上料、切割預熱、切割和下料等工序，并設置切割時的各項參數，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】一種采用超細鋼線切割硅棒的工藝
【技術領域】
[0001]本發明屬于晶體硅【技術領域】，具體涉及一種采用超細鋼線切割硅棒的工藝。
【背景技術】
[0002]現代信息技術和現代電子技術的基礎是半導體技術，而硅材料是最重要的半導體材料。目前超過80%的太陽能電池產品需要通過對硅棒進行切割來生產。雖然近年來太陽能電池的生產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，占到硅片生產成本的30%。多線切割是一種不影響工件特性的非化學的物理加工方法，通過切割線的高速往復運動，把砂漿帶入工件加工區域進行研磨，最終把工件切割成薄片，在整個工藝過程中，主要涉及硅棒粘結、砂漿配置和被加工件、機器參數，砂漿在此起著刀具的作用，從而把硅棒切割成薄片。現有技術中由于鋼線等使用規格不同，單位公斤出片率低，耗材使用量大，且切割成本高。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種采用超細鋼線切割硅棒的工藝，該工藝能持續穩定生產，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]本發明的上述技術問題是通過以下技術方案來實現的:一種采用超細鋼線切割硅棒的工藝，包括采用多線切割機切割步驟，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)粘棒根據娃棒的晶向將娃棒粘結；
(3)上料把粘結好的硅棒置于多線切割機上，固定，下降到適合切割線切割高度，打開砂漿供給，關閉切割工作艙艙門；
(4)切割預熱切割前將砂漿在切割工作艙內充分循環，將切割線以30(T700m/min的速度作往復運行；
(5)切割采用切割線的直徑為0.10mm，調節切割線的預加張力為10-?7Ν，線速度為40CT800m/min,切割速度為0.1^0.4mm/min,對娃棒進行切割；
(6)下料切割完畢后，關閉砂漿供給，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行后續處理。
[0005]在上述各步驟中:
本發明步驟(1)中的切削液優選采用寧晉精細化工的晶硅切削液。
[0006]本發明步驟(1)中攪拌優選采用機械攪拌方式，攪拌時間為6~12小時。
[0007]本發明步驟(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]本發明步驟(2)中根據硅棒的晶向將硅棒進行粘結時，優選采用環氧樹脂膠進行粘結。[0009]本發明步驟(2)中采用硅棒粘結膠水粘棒時，采用的環氧樹脂膠包括固化劑與環氧樹脂膠主膠，二者按照1:0.5^1:1.1比例混合粘結在粘結托上，將粘結托設置在多線切割機夾具上，粘結膠水凝固3飛小時，溫度控制20°C~30°C，粘結完成。
[0010]本發明步驟(2)中硅棒粘結時，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劑粘結在粘結托上，所采用的粘結劑為環氧樹脂膠，在硅棒相對粘結于粘結托上的相對側面上粘結有樹脂導向條。
[0011]本發明步驟(3)中粘結好的硅棒置于多線切割機上，固定，下降到距離切割線高度優選為f 5mm，打開砂漿供給，關閉切割工作艙艙門。
[0012]本發明步驟(3)中上料時，具體操作步驟可以為:用上料鏟車把粘接好的硅棒放入機器內，夾緊固定，下降到適當切合線網的適當高度，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關閉艙門。
[0013]本發明步驟(4)中，預熱時間為5~10min。如果預熱過程中鋼線線網出現雜物，及時停止預熱，剔除雜物。
[0014]本發明步驟(5)中對硅棒進行切割時，調節砂漿的流量優選為6(TllO L/min，溫度優選為20~30°C。
[0015]本發明步驟(6)中下料時，硅棒切割完畢后，關閉砂漿供給，打開切割艙門，確認單晶是否切割完全，點動慢速抬升按鈕，確認切割線是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作 臺復位到原點，將單晶使用下料鏟車取下。
[0016]本發明步驟(6)所述后續處理包括對硅片進行去膠、清洗處理。
[0017]本發明所述去膠為將硅片置于脫膠機中，優選在5(T70°C乳酸中浸泡至膠完全被去除。
[0018]本發明所述清洗處理優選為采用硅片清洗劑伴隨超聲波清洗。
[0019]本發明具有如下優點:
(1)本發明中的切割工藝通過超細鋼線、硅棒粘結、砂漿配比、工作臺速度等設置，能提高單位硅棒出片率，降低成本，達到切割目的；
(2)本發明使用適當的張力和切割速度，與砂漿配合能獲得更好的切割能力，本發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為工作臺及粘結托結合體，5為主輥。
【具體實施方式】
[0021]下面給出具體實施例，進一步說明本發明是如何實現的。
[0022]實施例1
本實施例主要設備及原材料為:多線切割機型號:NTC產MWM442DM ;原料:156S單晶硅棒，外徑200mm,邊長156mm,長度330mm,主棍5槽距325Mm。
[0023]目標使用超細0.1Omm (直徑)鋼線切割硅片的規格為厚度200Mm單晶硅片采用上述設備切割工藝，具體步驟如下:
(1)砂漿配置:將碳化硅進行烘干，烘干溫度為60-100?，烘干時間360min以上，本實例采用400min，按照配比計算切削液與碳化硅用量，碳化硅與切削液以質量比1:0.9進行配置，在攪拌桶中進行砂漿配置，攪拌時間為6h，切削液可采用寧晉精細化工的晶硅切削液；
(2)粘棒:硅棒I采用硅棒粘結膠水，硅棒粘結膠水為環氧樹脂膠，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在粘結托上，在粘結托和硅棒之間設置玻璃墊板，并在硅棒的對面(即相對于粘結有粘結托的硅棒側面而言)設置粘結樹脂導向條，將硅棒連同玻璃墊板以及粘結托一起固定在多線切割機夾具上，待粘結膠水凝固3飛小時，溫度控制20°C~30°C，粘結完成。
[0024](3)上料:用上料鏟車把粘接好的硅棒I放入機器內的工作臺上，如圖1中的工作臺及粘結拖結合體4所示，夾緊固定，下降到適當切割線網的高度，上升2_，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關閉艙門；上料切割和上料安裝整體示意圖參閱圖1 ;
(4)切割預熱:切割前砂漿在切割工作艙內進行充分循環，并使用30(T700m/min的速度進行切割線3往復運行；運轉10分鐘后，打開艙門，觀察線網，有無跳線，觀察導向輪，張力臂，線輪排線以確定機床處于正常狀態；
(5)切割:切割工藝設定，使用直徑為0.1Omm的切割線3，在ION的預加張力作用下，線速度540m/min，切割速度0.35、.21mm/min,切割行程根據硅棒實際直徑設定，加工時間為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，關閉砂漿供給，打開切割艙門，確認硅棒是否切割完全，點動慢速抬升按鈕，確認是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作臺復位到原點，將硅棒使用下料鏟車取下，獲得厚度為0.2mm的硅片；
(7)去膠:使用脫膠機的去膠方法；將硅片置于脫膠機中，經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膠水失效，硅片與玻璃板脫離，
乳酸為無色液體，工業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 18。。，沸點 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，部分變成乳酸酐，因此產品中常含有10%-15%的乳酸酐；
(8)清洗:使用君合清洗劑(常州君合達克羅涂覆工程技術有限公司生產，君合硅片清洗劑，下同)伴隨超聲清洗的方法，進行硅片表面的清洗。
[0025]使用0.1lmm鋼線每公斤8吋硅棒出片51片左右，使用本實施例中的超細鋼線每公斤8吋硅棒出片54片左右。
[0026]實施例2
本實施例主要設備及原材料為:多線切割機型號:NTC產PV600多線切割機；原料:多晶娃棒，邊長156mm,長度650mm,主棍槽距328μηι。
[0027]目標切割多晶硅片的規格為厚度195Mm，以下是使用直徑為0.1Omm切割線進行硅片切割。
[0028]采用上述設備使用超細鋼線切割太陽能硅片工藝如下:
(I)砂漿配置:將碳化硅進行烘干，烘干溫度為60-100?，烘干時間360min以上，本實例采用400min，按照配比計算切削液與碳化硅用量，碳化硅與切削液以質量比1:1.0進行配置，在攪拌桶中進行砂漿配置，攪拌時間為6h，切削液可采用寧晉精細化工的晶硅切削液；
(2)粘棒:硅棒采用硅棒粘結膠水，硅棒粘結膠水為環氧樹脂膠，包括固化劑和主膠，固化劑與主膠按照1:1.1的質量比例混合粘結在粘結托上，在硅棒與粘結托之間采用玻璃墊板連接，并在硅棒的對面(即相對于粘結有粘結托的硅棒側面而言)設置粘結樹脂導向條，將硅棒、玻璃墊板和粘結托一起固定在多線切割機夾具上，粘結膠水凝固3-6小時，溫度控制200C~30°C，粘結完成；
(3)上料:用上料鏟車把粘接好的硅棒放入機器內，夾緊固定，下降到適當切割線網的高度，上升2mm，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關閉艙門；上料切割和上料安裝整體示意圖參閱圖1 ;
(4)切割預熱:切割前砂漿在切割工作艙內進行充分循環，并使用30(T700m/min的速度進行切割線往復運行；運轉10分鐘后，打開艙門，觀察線網，有無跳線，觀察導向輪，張力臂，線輪排線以確定機床處于正常狀態；
(5)切割:切割工藝設定，使用直徑為0.1Omm切割線，在14N的預加張力作用下，線速度550m/min，切割速度為0.36、.22mm/min,切割行程根據硅棒實際直徑設定，加工時間為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，關閉砂漿供給，打開切割艙門，確認硅棒是否切割完全，點動慢速抬升按鈕，確認是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作臺復位到原點，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，進行硅片表面的清洗。
[0029]實施例3
本實施例主要設備及原材料為:多線切割機型號:NTC產PV800 ；原料:156SR單晶硅棒，主輥槽距327Mm，目標切割硅片的規格為厚度0.2mm,以下是使用直徑為0.1Omm切割線進行硅片切割。
[0030]采用上述設備超細鋼線切割工藝，具體步驟如下:
(1)砂漿配置:將碳化硅進行烘干，烘干溫度為60-100?，烘干時間360min以上，本實例采用400min，按照配比計算切削液與碳化硅用量，碳化硅與切削液以質量比1:1.2進行配置，在攪拌桶中進行砂漿配置，攪拌時間為6h ；
(2)粘棒:粘棒:硅棒采用硅棒粘結膠水，固化劑與膠按照1:0.5比例混合粘結在多線切割機夾具上，粘結膠水凝固:3~6小時，溫度控制30°C，粘結完成。粘接劑使用環氧樹脂膠，將硅棒粘結到粘結托上，在硅棒與粘結托之間采用玻璃墊板連接，并在硅棒的對面(即相對于粘結有粘結托的硅棒側面而言)設置粘結樹脂導向條；
(3)上料:用上料鏟車把粘接好的硅棒放入機器內，夾緊固定，下降到適當切割線網的高度，上升2mm，選擇切割工藝，打開砂漿供給，關閉艙門；上料切割和上料安裝整體示意圖參閱圖1 ;
(4)切割預熱:切割前砂漿在切割工作艙內進行充分循環，并使用30(T700m/min的速度進行切割線往復運行；運轉10分鐘后，打開艙門，觀察線網，有無跳線，觀察導向輪，張力臂，線輪排線以確定機床處于正常狀態；
(5)切割:切割工藝設定，使用直徑0.1Omm切割線，在14N的預加張力作用下，線速度550m/min，切割速度為0.36、.28mm/min,切割行程根據硅棒實際直徑設定，加工時間為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，關閉砂漿供給，打開切割艙門，確認硅棒是否切割完全，點動慢速抬升按鈕，確認是否夾線；硅棒完全與切割線脫離后，按快速抬升按鈕，工作臺復位到原點，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，進行硅片表面的清洗。
[0032]以上列舉具體實施例對本發明進行說明，需要指出的是，上述實施例只用于對本發明作進一步說明，不代表本發明的保護范圍，其他人根據本發明的提示做出的非本質的修改和調整，仍屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種采用超細鋼線切割硅棒的工藝，包括采用多線切割機切割步驟，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)粘棒根據娃棒的晶向將娃棒粘結； (3)上料把粘結好的硅棒置于多線切割機上，固定，下降到適合切割線切割高度，打開砂漿供給，關閉切割工作艙艙門； (4)切割預熱切割前將砂漿在切割工作艙內充分循環，將切割線以300~700m/min的速度作往復運行； (5)切割采用切割線的直徑為0.10mm，調節切割線的預加張力為10-17Ν，線速度為400~800m/min,切割速度為0.1~0.4mm/min,對娃棒進行切割； (6)下料切割完畢后，關閉砂漿供給，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行后續處理。
2.根據權利要求1所述的采用超細鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(1)中攪拌采用機械攪拌方式，攪拌時間為6~12小時。
3.根據權利要求1所述的采用超細鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(2)中根據硅棒的晶向將硅棒進行粘結時，采用環氧樹脂膠進行粘結。
4.根據權利要求1所述的采用超細鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(3)中粘結好的硅棒置于多線切割機上，固定，下降到距離切割線高度為1~ 5mm，打開砂漿供給，關閉切割工作艙艙門。
5.根據權利要求1所述的采用超細鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(4)中，預熱時間為5~1Omin。
6.根據權利要求1所述的采用超細鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(5)中對硅棒進行切割時，調節砂漿的流量為60~llO L/min，溫度為20~30°C。
7.根據權利要求1所述的采用超細鋼線切割硅棒的工藝，其特征是:步驟(6)所述后續處理包括對硅片進行去膠、清洗處理。
8.根據權利要求7所述的采用超細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中，在50~70°C乳酸中浸泡至膠完全被去除。
9.根據權利要求7所述的采用超細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 優先權日:2014年3月19日
【發明者】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