切片三大輔料介紹篇

1、蘇協(xié)工藝技術(shù)部 太陽能級(jí)多太陽能級(jí)多 晶硅材料晶硅材料 多晶硅錠多晶硅錠 單晶硅電池單晶硅電池 太陽能電池太陽能電池 組件組件 太陽能光伏太陽能光伏 （系統(tǒng)集成）（系統(tǒng)集成） 單晶硅片單晶硅片單晶硅棒單晶硅棒 多晶硅片多晶硅片 多晶硅電池多晶硅電池 u太陽能產(chǎn)業(yè)鏈加工太陽能產(chǎn)業(yè)鏈加工過程過程 通過通過一根高速運(yùn)動(dòng)的鋼線帶動(dòng)附著在鋼絲上的切割刃一根高速運(yùn)動(dòng)的鋼線帶動(dòng)附著在鋼絲上的切割刃料料 （砂漿）對(duì)（砂漿）對(duì)硅棒進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果硅棒進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果。這種機(jī)制也 被稱為：自由研磨切割。 線切割方式對(duì)切割脆性晶體切片的加工表面機(jī)械損傷層較淺；加工 溫度較低，適于切割易脆裂材料；

2、切割絕緣體不會(huì)引起崩碎；可切割精 密窄縫；適宜大尺寸切片，因此，線切割在硬脆材料的切割方面獲得廣 泛應(yīng)用， 隨著我國信息產(chǎn)業(yè)特別是太陽能產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)硅片的需求量也 越來越大，精度要求也越來越高。多線切割以其高精度、高效率、低損 耗的特點(diǎn)取代了傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割成為硅片切割加工的主要方式。 鋼線作為線切割的載體，是多晶 硅光伏電池產(chǎn)業(yè)中必不可少的輔助 生產(chǎn)材料。 碳化硅與切割液按照一定比例混 合成砂漿，在游離磨料多線切割過 程中，砂漿首先供應(yīng)到切割鋼線上， 然后被帶到切割工作區(qū)域，因此砂 漿會(huì)對(duì)切割效率起到重要作用。 切削液以其高懸浮、高潤(rùn)滑、高 分散和高冷卻等特性將碳化硅等切 割磨料均勻的附

3、著在高速運(yùn)動(dòng)的鋼 絲線上，并通過快速運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)磨 料實(shí)現(xiàn)對(duì)多晶硅（或單晶硅）的切 割成片加工。 硅片切割三大耗材：硅片切割三大耗材： 切割區(qū)域的鋼線、砂漿與硅晶體的示意圖 鋼線是線切割中的重要耗材之一，鋼線在拉制過程中表面都會(huì)鍍上一層很薄 的銅，因此新鋼線都是呈金黃色，鋼線的密度為7.8kg/L，摩爾硬度為5.5左右， 鋼線的主要參數(shù)為鋼線直徑、鋼線長(zhǎng)度、拉伸強(qiáng)度、破斷力、伸縮率等。 鋼絲鋼絲 鋼絲拉拔模具示意圖鋼絲拉拔模具示意圖 鋼線生產(chǎn)流程圖：鋼線生產(chǎn)流程圖： 在多線切割加工過程中，鋼線作為實(shí)現(xiàn)對(duì)晶棒切割磨削的載體，通過高速 運(yùn)動(dòng)，保證SIC磨料達(dá)到切削去除硅材料的基本能量，SIC磨料在研

4、磨去除中 受到鋼線壓力，此壓力來源于不斷的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由于鋼線的高速運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng) 磨料在鋼絲和晶棒之間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硅晶材料的切除，在此運(yùn)動(dòng)過程中，鋼 絲和被去除的硅材料相互都具有磨損，然而鋼線由于不斷更新，磨損過的鋼 絲不再使用，而對(duì)于被切割的晶棒破損不斷的進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硅晶棒的切 削成片。 n 鋼線由于高壓和強(qiáng)烈的摩擦，以及摩擦帶來高溫，碳化硅微粒的運(yùn)動(dòng)切割以 及大的拉力和循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)使鋼線產(chǎn)生拉斷和疲勞斷裂，降低了鋼線的使用 壽命。 硅片切割中通常關(guān)注鋼線兩個(gè)參數(shù)：1、橢圓度 2、磨損量 D d 橢圓度=D d 夾雜斷口 夾雜，一般都是鋼線原材料問題， 盤條夾雜未被在線探傷設(shè)備探測(cè) 到. 脆

5、性斷口 材料組織性能異常 中心毛刺 可能鋼線在最后的成型濕拉工序引起變性不均勻（或心部未變形組織） 過載頸縮 1、張力破斷拉力 2、鋼線在生產(chǎn)過程中熱處理工藝出現(xiàn)波動(dòng) 3、鋼線磨損量過大，砂漿切割能力不足 鋼線表面異常損傷，斷頭不規(guī)則 1、晶體硬質(zhì)點(diǎn) 2、砂漿質(zhì)量,Sic大顆粒、雜質(zhì) 3、導(dǎo)輪線槽清潔，槽內(nèi)有未清理干凈的 碎硅渣。 4、過線輪狀態(tài)，毛刺等對(duì)鋼線造成刮傷， 并造成鋼線自由圓小，卷曲。 橫向刮傷橫向刮傷 跳線引起的鋼線壓傷 切前準(zhǔn)備工作不到位（砂漿、導(dǎo)輪線網(wǎng)清潔、工件夾具清潔等） 別別頭 1、張力波動(dòng)過頻繁：瞬時(shí)張力松弛 成圈張緊別斷 2、過線輪狀態(tài)、排線不同步，壓線造 成別斷 張

6、力波動(dòng) 二次斷口 非真實(shí)斷口 碳化硅是用石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽) 等原料在電阻爐內(nèi)經(jīng)高溫冶煉而成。 目前我國工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，比重為 3.203.25，碳化硅的原子排列結(jié)構(gòu)有如類似金剛石的正四面體結(jié)構(gòu)，具有非 常高的穩(wěn)定性，硬度很大，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，高溫時(shí)能抗氧化。因 而成為優(yōu)良的多線切割用磨料。 石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時(shí)需要加食鹽)等原料在電阻爐 內(nèi)經(jīng)高溫（18002000）冶煉而成。 破碎加破碎加 工工 化學(xué)處理化學(xué)處理 粒度粒度 砂砂 精破精破 碎碎 提純提純 水力水力 分級(jí)分級(jí) 單粒 度

7、號(hào) 干燥干燥 篩篩 菘菘 精 篩 菘 包裝 新砂型號(hào)新砂型號(hào) 新砂型號(hào)新砂型號(hào) 回砂型號(hào)回砂型號(hào) 回砂型號(hào)回砂型號(hào) 硅片切割用的碳化硅應(yīng)該是接近球狀，但是有很多棱角的。這些凸起 的棱角相當(dāng)于刀刃，這種形態(tài)可以用圓形度來表述，一般新碳化硅要 求在0.89左右，回收碳化硅要求在0.920以內(nèi)； 碳化硅在循環(huán)使用后（包括在線回收和離線），減少了棱角，減低了 切割能力；切割硅片表面會(huì)越來越粗糙，導(dǎo)致比較高的TTV、線痕等異 常。 粒形分析粒形分析 圓度值圓度值 好的碳化硅塊料決定了碳化硅微粉的韌性、硬度，在在參與切割過程的 的破損率越低，消耗越??； 碳化硅的綜 合切割能力 集中度或微分分布 等效粒徑的

8、大小 圓度系數(shù) 表面較為潔凈 SIC的類型及含量 帶入切割縫中的砂子，不是每顆都在做 功，只有正態(tài)分布中集中的那一段在做 功，大砂子就破碎了，小砂子處于真空 狀態(tài)或?qū)⒋笊白訆A碎。集中度可以通過 粒度分析儀來進(jìn)行測(cè)試并進(jìn)行管控。 大小砂徑的在受到相同垂直壓力時(shí)切割 能力不同，越大越強(qiáng)，但刀縫也大。等 效粒徑需要滿足工藝給出的要求，可以 通過粒度分析儀來測(cè)試并進(jìn)行管控。 圓度系數(shù)或切割模量用來表征砂子的形 狀是否規(guī)則，形狀越不規(guī)則，棱角越分 明越好。可用馬爾文粒度分析儀進(jìn)行測(cè) 試并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管控。 砂子表面要求潔凈，不能含有硅粉，硅 酸鹽類的雜物，影響砂漿的分散能力和 粘度，可用掃描電鏡進(jìn)行表征，

9、并對(duì)照 片進(jìn)行存檔監(jiān)控。 大顆粒碳化硅團(tuán)聚物SEM照片 常見的大顆粒為碳化硅團(tuán)聚。顆粒剖面放大 顯示為異物包裹的碳化硅顆粒，對(duì)顆粒周圍 包裹物進(jìn)行能譜分析，顯示其化學(xué)組成主要 是Si、O、Na、Fe、C，說明包裹物主要是硅 酸鹽及含鐵氧化物，系回砂加工過程異常引 起，此類大顆粒嚴(yán)重影響硅片切割質(zhì)量，造 成劃傷線痕。 使用前 使用后 碳化硅在切割前后的形貌對(duì)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、鐵屑等） 太陽能級(jí)切割液是聚乙二醇（PEG）和復(fù)配組分混合而成，目前PEG仍是 多線切割用切割液的主要成分。聚乙二醇(PEG)為低毒無刺激性聚合物,是由 環(huán)氧乙烷與水或乙二醇為原

10、料通過逐步加成反應(yīng)而生成，其原材料主要來源 于石油制品。 PEG主要性能：無毒、無刺激性，具有良好的水溶性，并與許多有機(jī)物組 份有良好的相溶性。具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、保濕性、分散性、粘接劑、抗靜電 劑及柔軟劑等。 用于硅片切割的切割液中聚乙二醇（PEG）的平均分子量通常為200-400， 這一級(jí)別的PEG具有適宜的粘度指標(biāo)，既有良好的流動(dòng)性，又對(duì)碳化硅微粉具 有良好的分散穩(wěn)定性能，帶砂能力強(qiáng)。 聚乙二醇聚乙二醇 Polyethylene Glycol 理化特性理化特性 本品可燃，具刺激性。 無色、無臭、粘稠液體 或蠟狀固體。 易燃物品 當(dāng)心火災(zāi) u液體的密度： 由于承載磨料的液體密度越大，其與磨料

11、顆粒的混合性能就越強(qiáng)，所以在選擇砂漿 的主要液體時(shí)，主要選擇液體密度高于1.0g/cm3的液體。 u液體的揮發(fā)性： 在線切割工藝中，切割瞬間散發(fā)出的熱量較大，如果液體的沸點(diǎn)較低（或揮發(fā)度較 高），則切割過程損耗較大，需要不斷補(bǔ)充液體，難以保證切割出的產(chǎn)品質(zhì)量。 u液體的粘度： 砂漿中液體必須具有高于水的粘度，這既可以保證磨料微粉的懸浮效果、又可以保 證液體在線鋸上的適度附著，增強(qiáng)砂漿的熱傳導(dǎo)效率。 u表面張力： 液體的表面張力越低，在固體表面的鋪展性越好。這一性能決定了砂漿在線鋸及硅 晶體表面的附著量。 液體的粘度來自分子引力，溫度升高，分子間的距離加大，分子引力減小， 內(nèi)摩擦減弱，粘度就降低

12、。 我們公司對(duì)砂漿切割前的溫度要求是：不低于不低于1717。 溫度在1730變化時(shí)，砂漿粘度隨溫度的變化呈線性關(guān)系。 通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可近似認(rèn)為通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可近似認(rèn)為: : a. 降溫時(shí)，每降低1 ，砂漿粘度提高10.0mpa.s; b.升溫時(shí)，每升高1 ，砂漿粘度降低10.5mpa.s。 如果砂漿里面混入了水分, 水分子為強(qiáng)極性分子，H2O更容易和PEG之間形成 氫鍵，在PEG量一定的情況下,如果氫鍵部分被H2O占據(jù),那么SiC吸附的量就減 小了,引起砂子懸浮能力不足而大量沉降，從而影響切割過程中的穩(wěn)定性和硅 片的質(zhì)量， 因而如何防止水進(jìn)入砂漿成為總多切片企業(yè)的關(guān)鍵控制點(diǎn)。 進(jìn)入雨季，切割液

13、引起的砂漿沉積裂片現(xiàn)象多發(fā)，特別是陰雨等高濕度 天氣沉積發(fā)生頻次增加。 物理方面：影響切割液懸浮性能； 化學(xué)方面：增加硅粉反應(yīng)程度。 序號(hào)序號(hào)廠家廠家樣品樣品丙二醇丙二醇DEG甘油甘油PEG未知未知 密度密度 gcm3 備注備注 1HBHB20140112SX0.0%46.1%2.4%23.8%27.7%1.125 2HBHB20140113SX-10.0%46.0%1.6%24.6%27.8%1.121 3HBHB20140113SX-20.0%46.4%1.1%27.3%25.2%1.120 4HBHB20140117SX0.0%46.9%1.6%26.4%25.1%1.125 5HBLZ

14、20140118070.0%50.5%4.4%21.5%23.6%1.128 表1 砂漿沉積批次回收液檢驗(yàn)結(jié)果 從對(duì)于產(chǎn)線沉積裂片液檢測(cè)結(jié)果可以看出：HB批次甘油含量合格（3%）,PEG含量嚴(yán) 重偏低。 0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 70.0% 80.0% 90.0% 100.0% 0 20 40 60 80 100 120 140 160 66% 不合格率% 頻次 切割液PEG含量分布 頻次 不合格率 12.9% 8.7% 15.6% 綜合考慮車間異常液PEG含量指標(biāo)要求與不合格批次比例，可以看出回收液中的PEG 含量必須高于30%。 異常

15、回收液分子量分析 2.0% 14.4% 4.7% 0.0% 3.4% 6.3% 6.4% 212 184 206 217 178 186 185 150 160 170 180 190 200 210 220 230 0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0% 14.0% 16.0% HB20130316SX-1 HB20130628SX JYX-M-13-01-25 JYX-M-13-04-01 PNSZXX2013004 XF20130412-1 XF20130412-2 甘油含量 平均分子量 回收液平均分子量下降將導(dǎo)致粘度偏低，為了是粘度符合進(jìn)料檢驗(yàn)指標(biāo)，供

16、應(yīng) 商會(huì)添加粘度調(diào)節(jié)劑。（甘油具有很強(qiáng)的吸濕特性） 表面干凈 少量沉積大量沉積 無崩邊輕微崩邊嚴(yán)重崩邊 92.54% 89.72% 87.89% 85.00% 86.00% 87.00% 88.00% 89.00% 90.00% 91.00% 92.00% 93.00% 好一般差 良率良率 1.26% 1.91% 3.05% 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% 2.50% 3.00% 3.50% 好一般差 崩邊崩邊 砂漿沉積嚴(yán)重的，產(chǎn)生的崩邊量多切嚴(yán)重。砂 漿無沉積的崩邊比砂漿沉積嚴(yán)重的高出近3%。 輔料類別 失效模式參考圖示（圖片）失效原因判定依據(jù)（檢查內(nèi)容）糾正措施

17、 鋼線 鋼線材質(zhì)異 常斷線 鋼線質(zhì)量問題,鋼線的盤條 成分不純,鋼線中間有夾雜 物,造成鋼線該點(diǎn)的抗拉強(qiáng) 度急劇下降 斷頭目視十分平整,并且斷線 處鋼線無卷曲.在SEM觀察 下斷頭存在尖頭狀或是空洞 狀.見左圖 N/A 鋼線質(zhì)量問題,鋼線表面存 在缺陷,存在裂紋或是分層. 使其抗拉強(qiáng)度急劇下降,會(huì) 在放線輪或是線網(wǎng)上斷線. 斷頭附近目視情況下存在裂 紋和分層缺陷,如果裂紋小需 要在放大鏡或是SEM下才能 觀察到 N/A 鋼線松散 法蘭盤向外變形,鋼線松散, 引起壓線斷線. 鋼絲表面明顯松散,尤其是靠 近法蘭側(cè). 及時(shí)將此類鋼線隔離， 更換新鋼線后進(jìn)行焊 線切割 壓線/穿線 穿線斷線,放線線頭一

18、直壓 在旁邊的鋼線的下面,鋼線 被兩根線夾著放出,導(dǎo)致進(jìn) 入切割前被刮傷及疲勞損 傷. 線頭被壓在旁邊的鋼線下面, 用力可以拉出.切割室和滑輪 處都可以看到金色粉末.且收 線輪上的鋼線基本呈彈簧狀 卷曲 若發(fā)現(xiàn)時(shí)鋼線仍可以 利用，需將穿線的部 分取出后視剩余剛線 的壓線狀況決定是否 繼續(xù)使用 夾 雜 物 分 層 松散 穿線 輔料類別失效模式參考圖示（圖片）失效原因判定依據(jù)（檢查內(nèi)容）糾正措施 碳化硅 臺(tái)階線痕 砂漿綜合切削性能 差 線痕線弓明顯，切削力低下， 三種切割機(jī)理交替形成臺(tái)階 線痕 1、評(píng)估不同品牌砂漿切削效果， 及時(shí)更換切削性能較優(yōu)的砂漿， 2、優(yōu)化切割工藝試驗(yàn)砂漿性能 鋼線鋼線性能異常 1、鋼線形變能力影響線網(wǎng) 的穩(wěn)定性2、鋼線橢圓度異 常 調(diào)整鋼線性能指標(biāo)或者更換鋼線 品牌 碳化硅 出刀口密 線 SIC切割能力不足 SIC模量、圓度、純度、硬 度指標(biāo)異常 1、清空周轉(zhuǎn)砂漿2、適當(dāng)增加新 砂漿用量3、更換砂漿品牌 切割液 砂漿懸浮性（粘度） 異常 檢