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1、,报告人：切片技术科日期：2011.10.31,硅片降本方案依据,报告内容,一、切片理论 二、切片机台 三、成本构成 四、优化方向 五、结论,技术工艺部,2,技术工艺部,一、压痕效应,（a）垂直压痕,硬度较高的物质在外力作用下，压入硬度较低的物质时使被压物质产生裂纹，从而实现材料的破损及断裂。 硅材料属于脆性材料，加工方式同上。,3,技术工艺部,1.1 硅材料加工,碳化硅维氏显微硬度为28403320kg/mm2。莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2-9.8之间（硅的莫氏硬度为6.5）。磨料中碳化硅莫氏硬度高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。,4,碳化硅：密度3.18克/cm3，比重为3.2
2、03.25，其碳化硅磨料的 自然堆积密度在1.2-1.6g/mm之间。,硅：密度2.32-2.34克/ cm3 ，熔点1410，沸点2355，具有金刚石的晶体结构。,1.2 切割方式,固态磨料：碳化硅电镀电镀到钢线上,游离砂浆：碳化硅通过悬浮液附着在钢线上。,内圆切割与多线切割,5,1.2.1加工方式,技术工艺部,从机理上来说，在自由磨料切削加工过程中，按磨粒与切割液薄膜的相对厚度的大小，有三种方式： 1.滚动嵌入(Rollingindenting) 2.滚动刮擦(Rollingscratc-hing) 3.刮擦(Scrathing),1,2,3,6,碳化硅质量,质量：1、高纯度、大结晶碳化硅
3、原材料，保证了碳化硅切割微粉优良切割性能和稳定物理状态。2、粒度形状为等积而具刃锋，保证了碳化硅微粉作为切割刃料均衡自锐性，从而保证被切割材料TTV最小化。3、粒度分布集中并且均匀。4、有高热震稳定性和荷重软化温度，这确保了在荷重切割时小线膨胀系数，从而保证切割稳定；5、表面经过特殊处理，微粉具备大比表面积和清洁外表，与聚乙二醇等切削液有很好适配性。,技术工艺部,7,技术工艺部,1.2.2 多线切割,滚珠现象,8,非常重要： 硅粉包裹在碳化硅外层，导致碳化硅锋利度变差，切割过程容易产生线痕等不良。,1.2.3单个磨料加工效率,技术工艺部,9,单个磨粒材料去除率分析，传递给单个磨粒的能量可由下式
4、给出:Bhagavant和sun指出切割效率与线速度U以及砂浆粘度成正比，实际而言，线速度提高后切割温度会升高，砂浆的粘度会相应下降。线速度增加，入口处冲击压强增加，油膜厚度h增加。总趋势为流体动压力p增加。,1.2.4磨料对损伤层的影响,技术工艺部,在进给速度194mm/s和线速度10m/s一定的条件下，磨粒大小和损伤层深度的关系：,10,1.3切割模型,技术工艺部,进给速度： VT 线速度：Vf 线弓：B 锯切力：Fv 钢线张力：T,11,在自由磨料线锯切片过程中，流体动压力使磨料压紧硅晶体，增加了材料去除速率。,1.3.1钢线张力影响,技术工艺部,12,1.3.2线径影响,工艺技术部,1
5、3,相对而言：钢线直径越粗，负载越大；载砂能力更强，切割速率越快。,1.3.2线速度与砂浆流量,技术工艺部,14,线速度与砂浆携带量的关系： 1.可以降低砂浆冷却温度提高粘度，增加钢线载砂量。 2.线速度达到13m/s以上时，载砂能力基本饱和。,1.3.3负载影响,技术工艺部,15,0.14mm钢线表面磨损,0.12mm钢线表面磨损,随负载长度增加（单块切割高度增高或槽距变小）： 1.走线速度不变情况下，钢线磨损量增加（12-15微米）； 2.表面磨损，光洁度变差，载砂能力变差； 切割外侧硅片容易导致薄厚（切斜）、线痕等,1.3.4进给速度与负载,技术工艺部,16,二、线锯构造,技术工艺部,1
6、7,切片机主要部分为：钢线管理系统、导轮驱动系统、工作台切割进给系统、砂浆循环系统、冷却系统、电器柜。 按照导轮个数区分线锯：有2个导轮、3个导轮、4个导轮的切片机。,机台及性能,技术工艺部,18,Meyer Burger DS264,PV800,NTC442,Meyer Burger DS271,2.2不同机台的差异-进给速度,技术工艺部,19,HCT的B5、B6及东京制钢的W350为双排晶棒设计。,NTC的PV800及MB的271为单排晶棒设计，轮间距较窄。,技术工艺部,20,2.3不用机台的差异-钢线消耗,PV800收放线,B5收放线,B6收放线,主辊驱动方式,机型不同：决定了切割的走线
7、方式单向或双向。 主辊驱动方式：影响走线速度及钢线磨损量。 目前B5在这两项上均不具备优势。,21,技术工艺部,2.4硅片切割品质的控制因子,1.切割线A.线径 B.强度C.材质,2.主导轮间距A.槽间距B.角度，深度 C.材质,3.砂浆:A.温度 B.粒型C.黏度 D.密度,4.切割机控制:A.钢线张力 B.流量C.速度a.钢线进给b.切割速度,硅片切割是典型的三体问题：硅块+钢线+砂浆,2.5优化方向,技术工艺部,22,涉及到的影响因素如左图所示； 此外右图提供了优化的工艺空间，可以根据产量或者成本进行调整。,砂浆流量及温度、线速度及回线率、切割进给速度,2.3可调参数,技术工艺部,23,
8、技术研发部,保存,马达转速,砂浆流量,砂浆温度,单向走线或双向走线,另存,钢线速度曲线,张力设定及曲线,工作台进给速度和曲线,回线率,技术工艺部,24,三、成本构成,有硅成本中，硅材料及加工所占比重最高。 非硅成本中线砂液耗材所占成本最高。,3.1 硅材料加工成本,25,技术工艺部,(钢丝+SiC粉+切削液),硅材料影响因素为：出片数及合格率。优化方向窄槽距、细钢线。,“每次切割的硅成本”是指每次切割时装载到线锯上的硅锭成本。,每次切割的硅锭重量 每公斤硅原料的价格,包括晶体生长、切方、去头尾、研磨和倒角等工艺步骤,3.2非硅成本,“每次切割的耗材成本”指每次切割中使用的切割线、砂浆以及所有其
9、它耗材成本，包括胶、树脂条、滑轮、导轮涂层以及开槽等。这一项很大程度上由砂浆和切割线所决定：,技术工艺部,26,技术工艺部,3.3折旧费用,主要项目包括：每年设备折旧、设施（电、水、气等消耗）以及工厂场地相关成本。 单位时间产量越高，折旧费用相对越低，,取决于硅锭质量及硅块合格高度,所需求的硅片厚度及使用的钢线类型影响线锯加工周期,27,t,切割周期主要依赖于负载长度。,技术工艺部,28,四、调整方向,切割周期（t）?,砂浆占有非硅加工成本的主要部分：在确保硅片品质稳定前提下进行调整。,4.1切割损耗及回收工艺,技术工艺部,29,碳化硅微粉中粒径小于5微米的部分切割对切割没有贡献。 碳化硅微粉
10、中扁平状及针状颗粒容易破碎。 碳化硅中等积体微粉是切割的中坚力量。,碳化硅的回收率取决于碳化硅质量、切割负载长度及回收工艺。 使用优质碳化硅，在当前负载情况下，回收率应当高于75%。 使用先进回收工艺，可以将回收率提高到80%以上。,4.2实验依据,技术工艺部,相同线速情况下：进给越快，表面损伤层越大。 相同进给情况下：线速度越快，损伤层越小。,单晶硅加工所需样品的制备在WXD170 型往复式金刚石线切割机上完成。,30,技术工艺部,31,4.3方案,1.降低切割进给速度，增加切割周期。 2.优化砂浆配置：增加回收碳化硅比例，确保回收液粘度达标。 3.保证硅片质量前提下：降低砂浆更新量。 4.
11、探讨砂浆回收新工艺，降低物流成本。 5.尝试细钢线，提高每公斤硅料利用率。,技术工艺部,32,4.3.1降低进给速度,为保证切割质量，准备时间由1小时增长至2小时，保证切割前无跳线。,切割进给速度,不同机台由于主辊间距不同，切割负载不同，其进给速度也会相差较大。,4.3.2砂浆成本预测分析,技术工艺部,33,砂浆更新量与回收砂比例是影响单片砂浆成本的两大主要因素。,在硅粉密度相进情况下：应当优先提高回收碳化硅比例。,4.4硅片质量变化,技术工艺部,回收砂比例的增加，整体D50值减小： 有利于增加硅片的整体厚度； 降低整体TTV比例； 增加线痕比例；,厚度对比,TTV变化,线痕对比,34,4.5切割工艺对硅料利用率影响,单块长度按照210mm计算，合格率按照95%计算。 使用窄槽距，细钢线有一定优势；如果合格率下降一个点，优势比较微弱。,五、结论,分析表明： 确保碳化硅质量前提下，回收率可以达到70%；即目前使用70%回收比例。 按照硅粉浓度9%计算，当前负载（215*8mm）情况下，更新量按照500L，300L（7次）循环更新。 根据负载长度，更新砂浆用量可以确保单片砂浆费用基本稳定。 由于钢线长度属于定制，硅锭合格高度变化将影响单片钢线价格。,技术工艺部,36,注：砂浆用量与钢线消耗属于交叉影响，需要实验探索最佳匹配条件！,比较,技术工艺部,37,
