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1、硅片切割生产工艺培训,林禹 南安市三晶阳光电力有限公司,硅片生产工艺培训, 光伏发电产业背景 硅片加工流程 太阳能级单多晶硅片技术参数 开方介绍 切片介绍及工艺控制应用 超声波清洗 切片常用的概念与知识,光伏发电产业背景 化石能源储量的有限性是发展可再生能源的主要因素之一。根据世界能源权威机构的分析，按照目前已经探明的化石能源储量以及开采速度来计算，全球石油剩余可采年限仅有41 年，其年占世界能源总消耗量的40.5%，国内剩余可开采年限为15 年；天然气剩余可采年限61.9 年，其年占世界能源总消耗量的24.1%，国内剩余可开采年限30 年；煤炭剩余可采年限230 年，其年占世界能源总消耗量的
2、25.2%，国内剩余可开采年限81 年；铀剩余可采年限71 年，其年占世界能源总消耗量7.6%，国内剩余可开采年限为50 年。 世界常规能源储备状况,2004-2010年世界太阳能电池增长状况与趋势,欧洲光伏发电系统安装情况, 光伏产业链,半成品库,切断,检验,切方,自检,滚圆,不合格,检验,合格,合格,不合格,准方棒粘接,切片,自检,脱胶预清洗,插片,超声波清洗,检验,合格,包装,成品库,不合格,单晶硅片生产工艺流程,切 断,开 方,切 片,硅片,半成品库,硅锭粘接,脱胶,切断（去头尾）,检验,合格,准方棒粘接,切片,自检,脱胶预清洗,插片,超声波清洗,检验,合格,包装,成品库,不合格,多晶
3、硅片生产工艺流程,破锭,边皮料,磨 面,头尾料,不合格,倒 角, 太阳能级单多晶硅片技术参数 规格(尺寸)(mm) 125*125；156*156 导电类型 P型；N型 晶向及晶向偏差 2 电阻率范围(欧母厘米) 少子寿命(us) 氧含量(atoms/cm2) 碳含量(atoms/cm2) 位错密度(个/cm2) 晶体硅片边长(mm) 125*1250.5；156*1560.5 对角线(mm) 1500.5 ；2200.5 中心厚度值(um) 20030 厚度偏差(um) TTV40，边缘6mm处测量 弯曲度BOW(um) 70 锯痕深度(um) 15 外观状况 无油污、无孔洞 钝形缺角类缺陷
4、 长度1.5mm1mm,每片缺陷数量5个 V型缺角类缺陷 0, 开方介绍,硅锭,硅棒, 切片机介绍, 切片原理 切片的原理及过程：利用切割钢丝带动砂浆，利用砂浆中SiC微粒与晶棒进行摩擦，达到切割的目的。并不是钢丝切割晶棒，钢丝的摩尔硬度为5.5左右，单晶硅的摩尔硬度为6.5左右，而SiC的摩尔硬度为9.25-9.5左右，因此钢丝是切割不了晶棒的.,设备基本特性和技术参数 工件 工件尺寸 156*L320mm并排2根 长度 最大 320 mm 切割线 切割线直径 0.12-0.16mm 切割线长度 根据要求而定 切割线速度 可编程设定，600m/min 正向和反向切割 ( 自动反向 ) 总循环
5、时间 可编程设定 切割线张紧力 10 - 25 N 主辊 主辊轴承 特殊滚柱轴承、水冷式 主辊直径 200-215 mm 主辊长度 320 mm 主辊重量 约 29 kg 主辊数量 2,进给 工作行程 最大 300mm/min 进给速度 0.1 - 2 mm/min, 可编程设定 快速进给速度 300 mm/min 浆液供应 浆液箱容量 200升 浆液温度 受控 泵流量 在 25C 时，最大达 180 l/min 浆液冷却 通过热交换器 控制系统类型 PLC 控制。,各工艺流程-线切部分 线切部分的主要组成单元 主要由：放线部分收线部分线网系统冷却交换系统切削液循环供给系统压缩空气洁净系统组成
6、。 各单元的构成及作用 a 放线系统,放线系统图,各线轮作用 放线工字轮：定位放线轮，不摆动、跳动。轴棍摩擦力可调，由一个驱动电机带动，起、制动及正常运行时，通过饲服电机使得与导轮保持同步。 排线过线轮：通过对饲服电机的控制使排线过线轮的钢丝人口始终与放线工字轮的钢丝出口保持水平状态,Dancer（涨力）：通过Dancer的摆动，动态调节系统的放线张力，基本维持在22N。同时，可缓冲排线Pitch不均而对放线张力的实时微扰。 张力测试轮：轮内加装了一个压力传感器，把检测到的信号经处理后，显示到LED显示屏上，直观地观测其实际放线张力。同时，把此信号与给定信号比较，其差值的正、负、大、小再去调节
7、放线张力，直到实际放线张力与设定值一致。（实际上是一个压力闭环系统） 导向过线轮：通过该轮使切割钢丝平滑地过渡到线网导轮上。同时，定位了线网槽轮的人线位置。,b 收线系统 收线系统图,C 线网部分,线网的基本知识 线网作用：把线网中每一根钢丝作为载体，把切削液均匀的带入线网中，通过钢 丝、砂、硅之间的相对运动（滑动、滚动），达到切割硅棒的目的。所以，线网必须保持一定的张力，必须稳定，不能松动，更不能跳线。线网稳定性对产品的合格率，减少断丝率至关重要。 线网张力：理论上由放线张力决定，但由于槽轮与钢丝间存在摩擦力，在切割过程 中会建立7mm左右的线弓，加上钢丝在一定张力下的延伸性与硬质塑料材质的
8、槽轮在一定压力下的挤压，实际线网张力会大于放线张力。,线网槽轮的基本知识 槽轮作用：让线网钢丝部分埋入不至滑动、跳线，起到较好的稳定作用。 槽轮材质：表面是高耐磨的聚氨酯涂层。 槽轮的槽距、槽深、槽角、槽宽：（以200m厚的硅片为例） 槽距：由硅片厚度、线径、砂粒度等因素决定。对应的槽距W=0.345mm 槽深：如图，槽深h=0.16mm 槽角：如图，槽角=81.9度 槽宽：如图，根据槽深、槽角求得槽宽W=2*0.16*tg(81.9)=0.27768mm,线网两导轮如何实现同步？ 如图，主动轮与从动轮 由各自的电机驱动，但主动 轮只与系统的给定值有关， 而从动轮则以主动轮作为的 速度为目标，
9、槽轮线网钢丝 受力图通过伺服系统对主动 轮不断跟随，直到两轮的速度 一致。即：F1=F2。 如果，两者不同步，则F1F2，若F1F2 ,说明，从轮太快，调节使槽轮减速；反之，亦然。所以，实际情况是，从轮速度围绕主轮在波动中跟随，实现相对同步。钢丝的张力也随着小幅波动。,导轮线网钢丝受力图, 切片的主要辅助材料及用途 a 切割线（钢线）:主要作用缠绕在设导轮上作为载体带动砂浆对硅棒进行研磨切削。,b 切削液（PEG） 三大特性：（1）冷却（2）润滑（3）吸附 C 碳化硅（SIC） 硬度较高成不规则颗粒状与PEG按一定比例混合后吸附在线网上随着线网高速运行形成很强的切削能力 砂浆的定义：切削液和碳
10、化硅按照一定比例均匀混合 配置砂浆的要求： 砂浆车间的温度应控制在25，湿度应控制在40%以下，保持车间的卫生及清洁度，并且在整个配浆过程中要控制作业的清洁度，在配制过程中佩戴好要求的劳保用品。配制砂浆前要保证SiC在烘箱内烘干6小时以上，以达到去除水分，保证SiC颗粒不结成块状，与切割液搅拌时混合均匀。,d 胶水 胶水是为了让硅棒通过切割垫块（如：玻璃基板）牢固的粘接到工件连接件上，保证在切片过程中不掉棒（整根硅棒可能报废），不松动（会严重影响硅片的质量）。,硅棒粘接的长度与线切机型号和硅棒的自身长度、规格有关。 切割（基板）垫块：主要一般为玻璃，本身没有特别的要求，但通常表面粗糙一点的玻璃
11、其表面积较大，故粘合效果会更好。,切削的主要因素 由切削液以及碳化硅混合后砂浆的切割能力、钢线的张力、钢线运行速度和工件进给速度是影响切削的主要因素。钢线的高速运动促使悬浮液携带着带有棱角的碳化硅颗粒以不断滚动的方式进入切割区，从而产生很强切削能力，钢线上加有一定的张力，使碳化硅磨料一般只沿钢线运动的方向逐渐对工件进行一次次切削，使工件沿细钢线的缝隙被切成一个个薄片，碳化硅磨料对钢线侧向影响很小，所以薄片表面并看不到切割痕迹。,机械参数对硅片的切割影响 控制晶片质量的四个重要参数：钢线的张力、钢线的运动速度、工件的进给速度、砂浆切割能力。,a 钢线的张力 钢线张力的产生机构是由两条带有力矩马达
12、或配重的两条张力臂组成的，是一个由PLC控制反馈系统，以便适当地控制钢线的张力。,b 钢线的运动速度 和钢线张力不同，一般机床的钢线运动可以根据需要分为往复运动和单向运动两种形式，在单向运动的情况下，钢线始终保持一个速度和方向运动；在钢线往复运动的情况下，钢线速度是一个先由零点沿一个方向很快（一般2到3秒）加速到规定速度，运行一段时间后，再沿原方向慢慢降低到零点，停顿短暂时间（一般为0.2秒），然后再慢慢地反方向加速到规定的速度，再沿反方向慢慢降低到零点停顿短暂时间（一般为0.2秒）的周期循环过程。线切割机的切割效率在碳化硅切割能力内是随着钢线速度的提高而提高的，超出碳化硅的切割能力范围过快容
13、易造成钢线摆动幅度过大，碳化硅颗粒难以黏附，薄片表面质量下降。超出碳化硅的切割能力范围过慢，切割能力跟不上工件的进给，不仅断线几率增加，而且会造成薄片表面质量严重下降。因此，钢线速度必须和碳化硅的切割能力保持一致，这需要根据经验来判断,一般钢线的张力对切割的影响主要有一下3种形式：如果钢线的张力过小，将会导致钢线弯曲度增大，既线弓过大，钢线对晶棒产生的压力减少，切割效率下降。同时钢线摆动幅度增大，工件的厚度变化加剧，线痕片增多，晶片变的参差不齐。如果钢线张力过大，钢线的断线几率会大大增加。而且钢线携带的碳化硅颗粒会难以进入锯缝，造成硅片质量下降或切割效率降低。张力系统使用一段时间以后，很容易造
14、成零点偏移，使钢线张力变化过大，这样一是容易造成断线，二是硅片质量难以保证，要及时校正。,C 工件的进给速度 工件的进给速度是整个切割时间的主要决定因素。但是工件进给速度的大小不是一个独立的参数，而是与钢线的运动速度以及所用砂浆的切割能力息息相关的，而且有时候还要根据工件形状在进给的不同位置采用不同的进给速度（例如：为保证圆形工件的表面TTV，可以在开始和结束其横截面变小时提高工件进给，在中间位置其截界面变大时降低工件进给速度。）。所以考虑工件的进给速度时一定要兼顾考虑钢线的运动速度、砂浆的切割能力、工件的形状以及工件的截面大小等因素。其过快和过慢产生的后果正好与钢线运动速度相反。,超声波清洗
15、, 超声波清洗主要目的,去除硅片表面的颗粒、有机杂质、无机杂质、金属离子、硅粉粉尘等, 超声波清洗基本原理,利用28KHz以上的电能，经超声波换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。超声波在清洗液中疏密相间地向前辐射，使液体流动，并不停地产生数以万计的微小气泡。这些气泡是在超声波纵向传播的负压区形成及生长，而在正压区迅速闭合。这种微小气泡的形成、生成迅速闭合称为空化现象，在空化现象中气泡闭合时形成超过1000个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压，像一连串小爆炸不停地轰击物体表面，使物体及缝隙中的污垢迅速剥落。这种空化侵蚀作用就是超声波清洗的基本原理, 超声波清洗机介绍, 超声波清洗工艺路线 1#市水超声清洗2#市水超声清洗3#药剂+RO水（超声清洗） 4#药剂+RO水（超声清洗）5#药剂+RO水（超声清洗 6#RO水超声漂洗7#RO水鼓泡漂洗甩干 超声波清洗设备整个清洗分成3
