结构线对硅片切割的影响

摘 要：本文使用结构线替代传统的硅片多线切割用线直钢丝方法，在切割硅块过程中，会增大碳化硅颗粒的附着力，不容易从钢线表面脱落，使钢线携带比较多的砂浆参与硅块的切割。也大大提高了钢线的切割能力。通过使用结构线对硅块进行切割并对试验数据进行跟踪，硅片表面的碳化硅磨削痕迹在3-4um，硅片整体厚度良好保持在180um±10um且TTV

关键词：硅片切割；结构线；合格率

中图分类号：TG661 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0187-01

当前随着社会的发展，太阳能光伏产业逐步成为新的主导产业。在太阳能硅片切割过程中，主要是由钢线带动浆料（浆料由碳化硅粉末和悬浮液按照一定比例进行配置而成），在一定张力的作用下，利用碳化硅颗粒的坚硬特性和锋利菱角将硅块切割成尺寸合格的硅片。钢线在参与整个切割过程中作为一个载体，同时也被高速运动的碳化硅颗粒磨损，线径的变化可能会影响硅片表面的切割质量。

砂浆中的碳化硅莫氏硬度为9.5级，而晶体硅的莫氏硬度为7级，切割过程中主要依靠碳化硅对晶体硅进行磨削切割。钢线携带砂浆的多少直接影响硅块切割的效果。目前太阳能行业普遍使用的切割硅片的钢线主要是横截面为圆形或椭圆形的普通钢线。在切割硅块过程中，碳化硅颗粒由于缺少附着力，容易从钢线表面脱落，钢线在硅块入线口会引起浆料的飞溅，进而携带比较少的砂浆参与硅块的切割。这使得钢线在切割硅片过程中容易磨损，引起断线，也大大降低了钢线的切割能力。本文的结构线可以提高对砂浆的携带能力，从而有助于硅片合格率的提升。

一、目前现状

目前在光伏行业中结构线的主要应用为多晶硅开方使用，在硅片切割中的多线切割中应用较少，主要原因是结构线本身的造价要高于普通的直钢丝，这就使得在钢线耗用量较大的多线切割中成本较高。

整体切片环节成本的主要消耗为碳化硅、悬浮液、钢线，现在整个原材料价格下滑，切割钢线在砂、线、液成本中所占的比例为20%，其中碳化硅和切割液占了主要的部分。实验的主题思路为通过将结构线代替普通直钢丝，提高切割线在纱线液中所在比例，降低碳化硅和切割液的消耗，从而降低纱线液的整体成本。目前0.12*500km型号的结构线价钱现在比普通直钢丝高30%，通过降低砂浆的用量，提高加工设备的工作台速度，提高设备的开机率，最终达到原材料和设备费用的共同降低。

二、实验过程

（一）砂浆量试验

结构线实验砂浆耗用量从450L开始逐步进行实验直到砂浆耗用量达到415L/，然后在开始进行下一步实验计划。下表为砂浆耗用量降低过程中的数据。

在砂浆耗用量的降低实验中切割设备的工作台速度为270mm/min，从切割质量看，良率随着砂浆耗用系数的降低呈下降趋势（其中包含不可控的人为因素），但整体切割质量在可接受范围。

（二）工作台速度试验

工作台速度是切割工艺中一个重要的参数，直接影响着硅片切割质量的好坏，工作台速度太快会产生切斜、锯痕等一系列问题，工作台速度太慢则会使锯痕的宽度拉宽，从而造成电池印刷时栅线不均匀的情况。在砂浆耗用系数达到预期目标后，进行后续的切割设备工作台速度提升实验。工作台速度265um/min，良品率为97.25%，工作台速度增加到280um/min，良品率仅为94.93%。

其它工艺相同，在工作台提升过程中切割质量呈下滑趋势。随后在对切割的实验硅片进行粗糙度检验和硅片厚度检验时也都达到了期望的数据，硅片表面碳化硅磨削痕迹深度在3-5um，硅片整体厚度在171-186um。

三、实验结果

从实验切割的整体数据看，砂浆耗用量415L、工作台速度280um/min对于目前的砂浆质量，都有一定的余量。在维持其中一个量不变的情况下均有较大的提升空间。其次在整个实验过程中，对于切割质量的主要影响因素为锯痕片（硅片表面磨削痕迹大于20um）。

从锯痕片产生的位置结合切割线在切割过程中的磨损情况，其产生的主要因素为结构线在切割过程中磨损情况较普通直钢丝严重。正常的直钢丝在同样的切割条件下切割同样的负载线损不超过10um（以120um型号切割线为例），而结构线的线损可达到15um。这就导致了结构线在切割过程中的椭圆度变化会较大，从而影响对硅片表面的磨削均匀度，但这种情况可以通过砂浆的配比使用情况进行优化，使切割质量在我们的可控制范围内。同时由于结构线本身的特殊结构，虽然切割线的线速较大但本身在切割过程中并不易发生断线（实验过程中未发生断线情况）。

四、实验结论

通过结构线在实际多晶硅切割中的应用得出：（1）结构线在多线切割中的应用较普通直钢丝有明显的切割能力强的优势，其携砂能力可提高25%以上；（2）在实验过程中对硅片的磨削程度并没有因为结构线本身的结构特性而增大对硅片表面的损伤；（3）实验涉及砂浆耗用量及工作台速度可进行近一步调整，预期可提升20%；（4）虽然结构线本身价格较高，但结合纱线液以及设备利用率，通过使用结构线能够最大化的降低成本消耗；（5）结构线的使用对切割的整体良率有明显的提高，在与普通直钢丝切割成本相同的情况下提高良率3个百分点以上。