切片三大辅料介绍篇讲解.pptx

苏协工艺技术部 切片三大辅料介绍切片三大辅料介绍 ————线、砂、液线、砂、液 目录目录 • • 一、晶体硅多线切割简介一、晶体硅多线切割简介 • • 二、钢线篇二、钢线篇 • • 三、碳化硅篇三、碳化硅篇 • • 四、切割液篇四、切割液篇 • • 五、常见失效模式五、常见失效模式 • • 一、晶体硅多线切割简介一、晶体硅多线切割简介 太阳能级多 晶硅材料 多晶硅锭 单晶硅电池 太阳能电池 组件 太阳能光伏 （系统集成） 单晶硅片单晶硅棒 多晶硅片 多晶硅电池 u太阳能产业链加工过程 1 1、、 光伏产业链光伏产业链 pp 多线多线切割切割：： 通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料 （砂浆）对硅棒进行摩擦，从而达到切割效果这种机制也 被称为：自由研磨切割 线切割方式对切割脆性晶体切片的加工表面机械损伤层较浅；加工 温度较低，适于切割易脆裂材料；切割绝缘体不会引起崩碎；可切割精 密窄缝；适宜大尺寸切片，因此，线切割在硬脆材料的切割方面获得广 泛应用， 随着我国信息产业特别是太阳能产业的迅猛发展，对硅片的需求量也 越来越大，精度要求也越来越高多线切割以其高精度、高效率、低损 耗的特点取代了传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式。

2 2、多线切割基本原理、多线切割基本原理 ——钢线作为线切割的载体，是多晶 硅光伏电池产业中必不可少的辅助 生产材料 ——碳化硅与切割液按照一定比例混 合成砂浆，在游离磨料多线切割过 程中，砂浆首先供应到切割钢线上 ，然后被带到切割工作区域，因此 砂浆会对切割效率起到重要作用 ——切削液以其高悬浮、高润滑、高 分散和高冷却等特性将碳化硅等切 割磨料均匀的附着在高速运动的钢 丝线上，并通过快速运动来带动磨 料实现对多晶硅（或单晶硅）的切 割成片加工 硅片切割三大耗材： 碳化硅＋切割液＋钢线碳化硅＋切割液＋钢线 3 3、晶体硅多线切割耗材、晶体硅多线切割耗材 pp 钢钢 线线：： 砂浆砂浆的载体，提供速度；的载体，提供速度； 给砂给砂阻力和压力；阻力和压力； pp 切割液：切割液：携带：携带碳化硅磨料进入携带：携带碳化硅磨料进入加工区域加工区域；； 悬浮悬浮分散：悬浮碳化硅磨料；分散：悬浮碳化硅磨料； 冲洗冲洗：冲洗碳化硅和钢线上的切削残留：冲洗碳化硅和钢线上的切削残留 物；物； 带带热降温：降低及带走切割所产生的大热降温：降低及带走切割所产生的大 量的量的热量；热量； pp 碳化碳化硅硅：：利用其坚硬特性和锋利菱角将硅棒研磨切割成利用其坚硬特性和锋利菱角将硅棒研磨切割成 片。

片 4 4、、 三大主辅料的相互关系三大主辅料的相互关系 切割区域的钢线、砂浆与硅晶体的示意图 • • 二、三大辅材之一：钢线篇二、三大辅材之一：钢线篇 钢线是线切割中的重要耗材之一，钢线在拉制过程中表面都会镀上一层很薄 的铜，因此新钢线都是呈金黄色，钢线的密度为7.8kg/L，摩尔硬度为5.5左右 ，钢线的主要参数为钢线直径、钢线长度、拉伸强度、破断力、伸缩率等 一次变形（粗拉）一次变形（粗拉） 盘条表面处理盘条表面处理 二次变形（中拉）二次变形（中拉） 镀铜、镀锌镀铜、镀锌 热处理热处理 三次成形（湿拉）三次成形（湿拉） 钢丝 钢丝拉拔模具示意图 钢线生产流程图： 1 1、什么是切割钢线？、什么是切割钢线？ 2 2、切割钢线常规检测指标、切割钢线常规检测指标 仅仅仅供参供参供参 考考考 • 在多线切割加工过程中，钢线作为实现对晶棒切割磨削的载体，通过高速 运动，保证SIC磨料达到切削去除硅材料的基本能量，SIC磨料在研磨去除中 受到钢线压力，此压力来源于不断的进给运动，由于钢线的高速运动，带动 磨料在钢丝和晶棒之间运动，实现对硅晶材料的切除，在此运动过程中，钢 丝和被去除的硅材料相互都具有磨损，然而钢线由于不断更新，磨损过的钢 丝不再使用，而对于被切割的晶棒破损不断的进行，从而实现对硅晶棒的切 削成片。

n 钢线由于高压和强烈的摩擦，以及摩擦带来高温，碳化硅微粒的运动切割以 及大的拉力和循环往复运动使钢线产生拉断和疲劳断裂，降低了钢线的使用 寿命 •硅片切割中通常关注钢线两个参数：1、椭圆度 2、磨损量 D d •椭圆度=D – d 2 2、钢线在硅片切割中的关联性、钢线在硅片切割中的关联性 Ø 夹杂断口 夹杂，一般都是钢线原材料问题 ，盘条夹杂未被探伤设备探 测到. 3 3、常见的钢线断线类型、常见的钢线断线类型 Ø 脆性断口 材料组织性能异常 3 3、常见的钢线断线类型、常见的钢线断线类型 Ø 中心毛刺 可能钢线在最后的成型湿拉工序引起变性不均匀（或心部未变形组织） 3 3、常见的钢线断线类型、常见的钢线断线类型 Ø 过载颈缩 1、张力破断拉力 2、钢线在生产过程中热处理工艺出现波动 3、钢线磨损量过大，砂浆切割能力不足 3 3、常见的钢线断线类型、常见的钢线断线类型 Ø 钢线表面异常损伤，断头不规则 1、晶体硬质点 2、砂浆质量,Sic大颗粒、杂质 3、导轮线槽清洁，槽内有未清理干净的 碎硅渣 4、过线轮状态，毛刺等对钢线造成刮伤 ，并造成钢线自由圆小，卷曲 横向刮伤 3 3、常见的钢线断线类型、常见的钢线断线类型 Ø 跳线引起的钢线压伤 切前准备工作不到位（砂浆、导轮线网清洁、工件夹具清洁等） 3 3、常见的钢线断线类型、常见的钢线断线类型 Ø 别别头 1、张力波动过频繁：瞬时张力松弛 成圈张紧别断 2、过线轮状态、排线不同步，压线造 成别断 张力波动 二次断口 非真实断口 3 3、常见的钢线断线类型、常见的钢线断线类型 • • 三、三大辅材之一：碳化硅篇三、三大辅材之一：碳化硅篇 • 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐 )等原料在电阻炉内经高温冶炼而成。

• 目前我国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，比重为 3.20～3.25，碳化硅的原子排列结构有如类似金刚石的正四面体结构，具有非 常高的稳定性，硬度很大，具有优良的导热和导电性能，高温时能抗氧化因 而成为优良的多线切割用磨料 1 1、什么是碳化硅？、什么是碳化硅？ 石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生产绿色碳化硅时需要加食盐)等原料在电阻炉 内经高温（1800℃—2000℃）冶炼而成 2 2、碳化硅原料烧结冶炼、碳化硅原料烧结冶炼 碳化硅碳化硅块块块块料料 破碎加 工 化学处处理 粒度 砂 精破 碎 提纯纯 水力 分级级 单粒 度号 干燥 筛筛 菘 精 筛 菘 包装 3 3、碳化硅微粉生产流程、碳化硅微粉生产流程 4 4、碳化硅微粉常规检测指标、碳化硅微粉常规检测指标 新砂型号 新砂型号 回砂型号 回砂型号 仅仅仅供参供参供参 考考考 影响切割的碳化硅的主要特性影响切割的碳化硅的主要特性 – – 粒度、粒度分布、粒形和韧性粒度、粒度分布、粒形和韧性 • • 粒度粒度：： – – 在切割磨料中，粒度是决定硅片厚度的主要因素之一；在切割磨料中，粒度是决定硅片厚度的主要因素之一； – – 切割刀切割刀缝缝＝钢线＝钢线ФФ＋＋3.5X3.5X粒度（粒度（D50D50）；）； – – 切割的效率随着粒度的变小而降低，切割的效率随着粒度的变小而降低，F2000F2000以下的粒度的切割率急剧下以下的粒度的切割率急剧下 降；降； – – 虽然大颗粒切割较快，但是它会引起表面损伤，深的线痕和高的表面虽然大颗粒切割较快，但是它会引起表面损伤，深的线痕和高的表面 粗糙度；也表现更高的粗糙度；也表现更高的TTVTTV和切损。

可以理解为由大粒度的高刻划力引和切损可以理解为由大粒度的高刻划力引 起的 5 5、碳化硅在硅片切割中的关联性、碳化硅在硅片切割中的关联性 • • 粒度分布：粒度分布： – – 在硅片切割中，窄范围的粒度分布是必需的，比较宽的粒度分布把在硅片切割中，窄范围的粒度分布是必需的，比较宽的粒度分布把 对切削液的粘度提高到一个不可接受的极限对切削液的粘度提高到一个不可接受的极限 – – 含有大颗粒的碳化硅将带来高的含有大颗粒的碳化硅将带来高的TTVTTV和切损，而超细颗粒的碳化硅存和切损，而超细颗粒的碳化硅存 在提高了粘度，带来高的切损、高的曲度和产生大块的擦伤在提高了粘度，带来高的切损、高的曲度和产生大块的擦伤 – – 所以，多线切割机的碳化硅，粒度必须比较窄，而且细粒和粗粒都所以，多线切割机的碳化硅，粒度必须比较窄，而且细粒和粗粒都 应该尽可能的少应该尽可能的少 5 5、碳化硅在硅片切割中的关联性、碳化硅在硅片切割中的关联性 • • 碳化硅的粒型碳化硅的粒型 – 硅片切割用的碳化硅应该是接近球状，但是有很多棱角的这些凸起 的棱角相当于刀刃，这种形态可以用圆形度来表述，一般新碳化硅要 求在0.89左右，回收碳化硅要求在0.920以内； – 碳化硅在循环使用后（包括回收和离线），减少了棱角，减低了 切割能力；切割硅片表面会越来越粗糙，导致比较高的TTV、线痕等异 常。

粒形分析 – 圆度值 5 5、碳化硅在硅片切割中的关联性、碳化硅在硅片切割中的关联性 • • 颗粒韧性颗粒韧性 – 好的碳化硅块料决定了碳化硅微粉的韧性、硬度，在在参与切割过程的 的破损率越低，消耗越小； 5 5、碳化硅在硅片切割中的关联性、碳化硅在硅片切割中的关联性 碳化硅的综 合切割能力 集中度或微分分布 等效粒径的大小 圆度系数 表面较为洁净 SIC的类型及含量 带入切割缝中的砂子，不是每颗都在做 功，只有正态分布中集中的那一段在做 功，大砂子就破碎了，小砂子处于真空 状态或将大砂子夹碎集中度可以通过 粒度分析仪来进行测试并进行管控 大小砂径的在受到相同垂直压力时切割 能力不同，越大越强，但刀缝也大等 效粒径需要满足工艺给出的要求，可以 通过粒度分析仪来测试并进行管控 圆度系数或切割模量用来表征砂子的形 状是否规则，形状越不规则，棱角越分 明越好可用马尔文粒度分析仪进行测 试并对数据进行管控 砂子表面要求洁净，不能含有硅粉，硅 酸盐类的杂物，影响砂浆的分散能力和 粘度，可用扫描电镜进 行表征，并对照 片进行存档监控 5 5、碳化硅在硅片切割中的关联性、碳化硅在硅片切割中的关联性 • • 碳化硅具有足够的切割能力的综合要素碳化硅具有足够的切割能力的综合要素 大颗粒碳化硅团聚物SEM照片 常见的大颗粒为碳化硅团聚。

颗粒剖面放大 显示为异物包裹的碳化硅颗粒，对颗粒周围 包裹物进行能谱分析，显示其化学组成主要 是Si、O、Na、Fe、C，说明包裹物主要是硅 酸盐及含铁氧化物，系回砂加工过程异常引 起，此类大颗粒严重影响硅片切割质量，造 成划伤线痕 5 5、碳化硅在硅片切割中的关联性、碳化硅在硅片切割中的关联性 使用前 使用后 碳化硅在切割前后的形貌对比，可以看出，切割后的碳化硅中含有大量的碎 屑物（硅粉、玻璃粉、铁屑等） 5 5、碳化硅在硅片切割中的关联性、碳化硅在硅片切割中的关联性 • • 四、三大辅材之一：切割液篇四、三大辅材之一：切割液篇 • 太阳能级切割液是聚乙二醇（PEG）和复配组分混合而成，目前PEG仍是 多线切割用切割液的主要成分聚乙二醇(PEG)为低毒无刺激性聚合物,是由 环氧乙烷与水或乙二醇为原料通过逐步加成反应而生成，其原材料主要来源 于石油制品 • PEG主要性能：无毒、无刺激性，具有良好的水溶性，并与许多有机物组 份有良好的相溶性具有优良的润滑性、保湿性、分散性、粘接剂、抗静电 剂及柔软剂等 • 用于硅片切割的切割液中聚乙二醇（PEG）的平均分子量通常为200-400 ，这一级别的PEG具有适宜的粘度指标，既有良好的流动性，又对碳化硅微粉 具有良好的分散稳定性能，带砂能力强。

聚乙二醇 Polyethylene Glycol 理化特性 本品可燃，具刺激性 无色、无臭、粘稠液体 或蜡状固体 易燃物品 当心火灾 1 1、什么是切割液（、什么是切割液（PEGPEG）？）？ 2 。