硅晶体滚磨与开方

1、第一章 硅晶体的滚磨与开方 1.0 1.1磨削加工知识 1.2滚磨、开方设备及工作原理 1.3滚磨、开方的加工过程1.4滚磨、开方后的表面的处理1.0简介滚磨和开方的目的,及所用设备 硅片用途决定的加工工序单晶硅的工艺单晶光伏硅片的工艺 铸锭多晶的工艺滚磨和开方的目的滚磨与开方:经过直拉法生长出的硅锭子,外形是不规则的圆柱体夕卜侧可能有晶棱 出现,头和尾部均有锥形端,因此在进行 硅片切割之前,需要对硅锭进行整形与分 割,使其达到硅片切割（切片）的尺寸要 求。以上以光伏单晶锭为例介绍。开方的目的一切片工艺与设备滚磨：采用砂轮,将硅锭的外侧打磨成规则 滚磨设备:单晶切方滚磨机（金刚石砂轮）柱体的过程。开方:将大块的硅锭,切割成所需要的长方 体或者棱柱体。开方设备:单晶切方滚磨机、（金刚石）带锯.（金刚石）线锯等不同用途硅片的工艺要求根据用途不同,加工的工艺也不相同:1)电路级硅单晶：滚、制作参考面,不需要开方（晶圆尽量大）2 ）太阳能级硅单晶：去头尾、滚 3）太阳能级铸锭多晶：开方分割电路级硅单晶：用来制作大尺寸晶量大,因此只需要滚,并制作参考面。太阳能级硅单晶：去头尾、切方切方目的：获得

2、四个直边。不同用途的硅片IC级单晶硅片太阳能硅片一单晶A切方铸锭多晶,成规则的立方体,不过外形较大,也 比较粗糙,无法直接切片,需要进行开方,得到 小体积的硅棒。开方目的：获得小尺寸可加工的硅棒太阳能硅片多晶1-1磨削加工的过程滚磨和开方都属于机械磨削。定义：通过模具（磨轮或者锯片）,与工 件（硅锭）产生相对运动,使模具上的金 刚石颗粒对工件进行磨削的过程。磨削的分类机械磨削分为两类:第定磨粒式磨削设备:砂轮.带锯、线锯比如硅单晶滚磨、倒角等过程 第二:游离磨粒式磨削设备:多线切割机比如研磨、喷砂、多线切割、抛光等两类典型磨削的部件定磨粒式一砂轮游离磨粒式本章主要采用固定磨粒式磨削砂轮的构成砂轮：由磨料颗粒和粘结剂采用一定成型 命工艺,而希诫的有一定夕F形命砂轮。磨粒：切削研磨粘结剂:粘合磨粒（金属、陶瓷.有机树 脂）成型方式:电镀、树脂、陶瓷砂轮的性能参数研磨的效果和磨粒关系密切磨粒的参数:材料种类”尺寸”硬度 形状烧结密度等常用的磨粒材料:刚玉（ai203 ）、碳 化镯.金刚石、立方氮化硼磨粒的种类类别名称颜色 性能 适用范BI氧化物刚玉白任硬度高/韧 曰巴性较好各种金属碳化物碳化

3、硅碳化硼義色绿色硬度较高，导 热性好，韧性 差铸铁，耐火材料及 其它非金属 研磨硬质合金人造金超硬刚石立方氮化硅白硬度最高，耐 热性较 硬度非常高硬质合金f宝石陶 瓷等高硬材料， 及其它难加工材料磨削过程的三个阶段 1）弹性变形阶段磨粒和工件开始接触,发生摩擦并伴随发热。 2 ）刻划阶段磨粒切入工件材料内部,材料发生形变但 未脱离材料母体。 3 ）切削阶段材料（粉末）从工件上脱离的过程。磨削加工的特点1 靠界面上大量磨粒逬行磨削。2. 磨粒硬度大,可以加工各种材料。3. 磨粒尺寸小,可以切削的厚度很薄,因此, 可以进行高精密加工,得到较小表面粗糙 度。4. 和传统刃口刀具比,磨削效率高,加工的 速度快。5. 磨粒具有自锐作用保证较长的使用寿命。影响磨削的参数砂轮的种类：磨粒材料,粒度等参数等 砂轮转速 工件进给速度 砂轮和工件的压力工件的特性:3度任性,导热性能等磨削对材料表面的损伤加工过程由于表面温度、挤压及其不均匀分 分布,会在表面形成损伤,主要包括：热裂纹 晶格畸变（非单晶） 应力残存 杂质原子混入一掺杂 表面粗糙度 损伤层的厚度：几十um磨削过程的评估 1.对磨削的样品进行直接

4、实验测量2.对过程进行模拟金属切削的数值模拟(AdvantEdgetm FEM ) Third Wave Systems公司f主要业务是开 发和销售基于有限元分析的,切削加工过 程仿真软件,可以进行切削过程中的切削 力.应变.应变率切屑等参数的分布分析。滚磨开方设备的磨削方式开方滚磨一金刚石砂轮, 面接触开方： 开方滚磨机、金刚石带一固定磨粒,线接触金刚石线一固定磨粒,线接触非磨削式切割电火花线切割：利用做电极的金属导线, 和工件表面之间的电火花放电,进行切割。原理：电火花放电,产生局部高温,从而 将材料,融化优点：非接触,无污染,无损耗,内部挖 洞式切割,应用对象:较硬,而且较脆材料, 要求:一定的导电能力1-2滚磨 1 ）切方滚磨机一 2）金刚石带锯3 ）金刚石线锯L开方的设备（滚磨、切方）滚磨.开方设备种类滚磨设备：切方滚磨机 开方设备：切方滚磨机（缺口大,表面粗糙,效率低）金刚石带锯（主流） Band Saw金刚石线锯（发展趋势） Diamond WireSaw切割和研磨的区别：切割一线接触;研磨一面接触主流开方设备 1.美国应用材料（瑞士HCT公司）:HCT- E800S型多

5、线开方机（Applied Materials ） 2、瑞士梅耶博格Meyer BuegerBS801/805 型带锯切方机 3.曰本小松NTCMBS1000型/MBS1000C 多线开方机 4、上海日进NWSS-125G多线开方机（建议） 5.大连连城:QF1250型多线开方机（建议） 6.北京京仪世纪QFP1000型多线开方机人北京京联发数控科技公司XQ50025线切方机1）滚磨机结构基座与框架滚磨机主体J 滚磨区切方区滚磨机的动力结构r电气系统面板,数控,各种 电机滚磨机动力部分液压系统工件移动的动力k冷却系统滚磨区水流降温控制的流程面板输入扌旨令 采集.分析面板指令，转化为 电机所需信号，信号传输电机发生动作滚磨机工作原理一四大运动单晶切方滚磨机包括四大运动:1）纵向工作台的纵向往复运动。2）工件的纵向移动和旋转运动。3）滚磨砂轮的前后往复运动和旋转运动。4）切方锯片的上下垂直运动和旋转运动。工作台的运动工件（硅锭）定在工作台上,工作台可以带动工件,在导轨上纵向前后移动。工作台运动的速度和距离可以通过电机来 精甬控制。导轨工作台工件（硅锭）的运动工件有两种运动：1）由工作台带动,

6、一起进行的纵向运动。2）绕自身轴所作的旋转运动,并且速度可调。矽晶棒Hia匝氐sJtHmff层俅 Mlff、诂i國3i。故 Hlgpis目墜 Mlff后 脸K-H胆 H_OTRBEig 2）金刚石带锯切割原理:带状锯条边缘上镶嵌金刚石颗粒, 利用金刚石磨粒和工件相对运动,来进行切 割。优点：速度快,刀口损耗小,可进行大工件 切割（用于大硅锭开方）缺点：锯口仍有待减小,切割精密度还不够 高,有一定表面粗糙度,只能沿锯条平面内 切割,无法同时多方向、多片切割,无法进 行切片,效率不够高。金刚石带锯曲書歸w3）金刚石线锯（发展方向）线锯是以镶嵌有金刚石颗粒的细线作为切割线,利用其与工件相对运动,进行切割。结构：内层是钢线夕卜层是电沉积生长的金刚石颗粒和金属混合层,比如金属Ni。切割方式:定磨粒式切割,典型尺寸:金刚石颗粒：20 40um金钢线直径:150-200umo金刚石线锯示意优点：切口小v300 um ,表面平整度高,可 以两个方向同时切割,切割过程中可改变 切害诂向,切割速度最涣,效率最高,从 而可以进行精密、高效率加工。切割出的硅粉可以方便回收。缺点：钢线粗糙,不易稳定工作,划痕较

7、 严重f肴金属汚築。金刚石线锯和（切片）多线切割关系作为切片首先发展的是多线切割,使用普通光滑钢线,配备研磨浆进行切割,属于游离磨粒式切割,此切割优点很多：切口 小,切割面平整性高,片子崩裂概率低, 一次同时切割若干片,等等（切片部分介 绍）为降低成本,开方的金刚石线锯,是在多线切割机基础上,将普通钢线换为金刚石歸豔线勰讎燼主流多HCT多线切割上工作台$下工作台切m前切矗后的昼由焼肺君駁焼法哩的昼111焼箭 (画册瞬酋)切方设备比较锯缝效率工件 尺寸表面原料 浪费应用滚磨机较大一次加工单 个锭效率低中等（单晶锭）粗糙最大淘汰带锯小比较高（翕大、平整较小主流金刚线 线锯最小两个方向同 时切割效率最高最小 （单晶锭）略粗糙最小发展切方手段的发展趋势半导体.光伏以及电子行业对材料切割提 出了更高要求,目前切割方面的发展趋势 是：高效率、低成本,高加工精度,（如窄切 缝低表面损伤低翘曲度等）。设备：切方滚磨机 i 金刚石带锯 i 金刚石线锯金刚石切割线相关企业河南恒星科技股份有限公司一巩义2011年5月与江西塞维合作生产5200吨超精细钢线 直径130um。河南黄河旋风一世界产量最大的人造金刚石基 长葛郑州华晶金刚石一郑州中南钻石一南阳方城（世界最大工业级金刚石）三门峡金渠郑州磨粒模具研磨所一三磨所1.3滚磨切方的工艺过程不同用途硅片的工艺过程: 1 ） IC单晶硅锭:外径滚

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