切片三大輔料介紹篇

蘇協(xié)工藝技術(shù)部切片三大輔料介紹

——線、砂、液目錄一、晶體硅多線切割簡介二、鋼線篇三、碳化硅篇四、切割液篇五、常見失效模式一、晶體硅多線切割簡介太陽能級多晶硅材料多晶硅錠單晶硅電池太陽能電池組件

太陽能光伏（系統(tǒng)集成）單晶硅片單晶硅棒多晶硅片多晶硅電池太陽能產(chǎn)業(yè)鏈加工過程1、

光伏產(chǎn)業(yè)鏈多線切割：通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料（砂漿）對硅棒進行摩擦，從而達到切割效果。這種機制也被稱為：自由研磨切割。

線切割方式對切割脆性晶體切片的加工表面機械損傷層較淺；加工溫度較低，適于切割易脆裂材料；切割絕緣體不會引起崩碎；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。

2、多線切割基本原理——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，砂漿首先供應到切割鋼線上，然后被帶到切割工作區(qū)域，因此砂漿會對切割效率起到重要作用?！邢饕阂云涓邞腋?、高潤滑、高分散和高冷卻等特性將碳化硅等切割磨料均勻的附著在高速運動的鋼絲線上，并通過快速運動來帶動磨料實現(xiàn)對多晶硅（或單晶硅）的切割成片加工。

硅片切割三大耗材：碳化硅＋切割液＋鋼線3、晶體硅多線切割耗材

鋼線：

砂漿的載體，提供速度；

給砂阻力和壓力；

切割液：攜帶：攜帶碳化硅磨料進入加工區(qū)域；

懸浮分散：懸浮碳化硅磨料；

沖洗：沖洗碳化硅和鋼線上的切削殘留物；

帶熱降溫：降低及帶走切割所產(chǎn)生的大量的熱量；碳化硅：利用其堅硬特性和鋒利菱角將硅棒研磨切割成片。4、三大主輔料的相互關(guān)系切割區(qū)域的鋼線、砂漿與硅晶體的示意圖二、三大輔材之一：鋼線篇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、鋼線長度、拉伸強度、破斷力、伸縮率等。一次變形（粗拉）盤條表面處理二次變形（中拉）鍍銅、鍍鋅熱處理三次成形（濕拉）鋼絲鋼絲拉拔模具示意圖鋼線生產(chǎn)流程圖：1、什么是切割鋼線？2、切割鋼線常規(guī)檢測指標僅供參考在多線切割加工過程中，鋼線作為實現(xiàn)對晶棒切割磨削的載體，通過高速運動，保證SIC磨料達到切削去除硅材料的基本能量，SIC磨料在研磨去除中受到鋼線壓力，此壓力來源于不斷的進給運動，由于鋼線的高速運動，帶動磨料在鋼絲和晶棒之間運動，實現(xiàn)對硅晶材料的切除，在此運動過程中，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，而對于被切割的晶棒破損不斷的進行，從而實現(xiàn)對硅晶棒的切削成片。鋼線由于高壓和強烈的摩擦，以及摩擦帶來高溫，碳化硅微粒的運動切割以及大的拉力和循環(huán)往復運動使鋼線產(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)注鋼線兩個參數(shù)：1、橢圓度2、磨損量Dd橢圓度=D–d2、鋼線在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性夾雜斷口夾雜，一般都是鋼線原材料問題，盤條夾雜未被在線探傷設(shè)備探測到.3、常見的鋼線斷線類型脆性斷口材料組織性能異常3、常見的鋼線斷線類型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）3、常見的鋼線斷線類型過載頸縮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

3、鋼線磨損量過大，砂漿切割能力不足3、常見的鋼線斷線類型鋼線表面異常損傷，斷頭不規(guī)則1、晶體硬質(zhì)點2、砂漿質(zhì)量,Sic大顆粒、雜質(zhì)3、導輪線槽清潔，槽內(nèi)有未清理干凈的碎硅渣。

4、過線輪狀態(tài)，毛刺等對鋼線造成刮傷，并造成鋼線自由圓小，卷曲。橫向刮傷3、常見的鋼線斷線類型跳線引起的鋼線壓傷切前準備工作不到位（砂漿、導輪線網(wǎng)清潔、工件夾具清潔等）3、常見的鋼線斷線類型別別頭1、張力波動過頻繁：瞬時張力松弛成圈張緊別斷2、過線輪狀態(tài)、排線不同步，壓線造成別斷張力波動二次斷口非真實斷口3、常見的鋼線斷線類型三、三大輔材之一：碳化硅篇碳化硅是用石英砂、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3.20～3.25，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)良的導熱和導電性能，高溫時能抗氧化。因而成為優(yōu)良的多線切割用磨料。1、什么是碳化硅？石英砂、石油焦(或煤焦)、木屑(生產(chǎn)綠色碳化硅時需要加食鹽)等原料在電阻爐內(nèi)經(jīng)高溫（1800℃—2000℃）冶煉而成。2、碳化硅原料燒結(jié)冶煉碳化硅塊料破碎加工化學處理粒度砂精破碎提純水力分級單粒度號干燥篩菘精篩菘包裝3、碳化硅微粉生產(chǎn)流程4、碳化硅微粉常規(guī)檢測指標新砂型號新砂型號回砂型號回砂型號僅供參考影響切割的碳化硅的主要特性粒度、粒度分布、粒形和韌性粒度：在切割磨料中，粒度是決定硅片厚度的主要因素之一；切割刀縫＝鋼線Ф＋3.5X粒度（D50）；切割的效率隨著粒度的變小而降低，F(xiàn)2000以下的粒度的切割率急劇下降；雖然大顆粒切割較快，但是它會引起表面損傷，深的線痕和高的表面粗糙度；也表現(xiàn)更高的TTV和切損?？梢岳斫鉃橛纱罅６鹊母呖虅澚σ鸬摹?、碳化硅在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性

粒度分布：在硅片切割中，窄范圍的粒度分布是必需的，比較寬的粒度分布把對切削液的粘度提高到一個不可接受的極限。含有大顆粒的碳化硅將帶來高的TTV和切損，而超細顆粒的碳化硅存在提高了粘度，帶來高的切損、高的曲度和產(chǎn)生大塊的擦傷。所以，多線切割機的碳化硅，粒度必須比較窄，而且細粒和粗粒都應該盡可能的少。5、碳化硅在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性碳化硅的粒型硅片切割用的碳化硅應該是接近球狀，但是有很多棱角的。這些凸起的棱角相當于刀刃，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；切割硅片表面會越來越粗糙，導致比較高的TTV、線痕等異常。粒形分析–圓度值5、碳化硅在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性顆粒韌性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??；5、碳化硅在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性碳化硅的綜合切割能力集中度或微分分布等效粒徑的大小圓度系數(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行測試并進行管控。大小砂徑的在受到相同垂直壓力時切割能力不同，越大越強，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試并進行管控。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?？捎民R爾文粒度分析儀進行測試并對數(shù)據(jù)進行管控。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，可用掃描電鏡進行表征，并對照片進行存檔監(jiān)控。5、碳化硅在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性碳化硅具有足夠的切割能力的綜合要素大顆粒碳化硅團聚物SEM照片常見的大顆粒為碳化硅團聚。顆粒剖面放大顯示為異物包裹的碳化硅顆粒，對顆粒周圍包裹物進行能譜分析，顯示其化學組成主要是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，此類大顆粒嚴重影響硅片切割質(zhì)量，造成劃傷線痕。5、碳化硅在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性使用前使用后碳化硅在切割前后的形貌對比，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）5、碳化硅在硅片切割中的關(guān)聯(lián)性四、三大輔材之一：切割液篇太陽能級切割液是聚乙二醇（PEG）和復配組分混合而成，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料通過逐步加成反應而生成，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，并與許多有機物組份有良好的相溶性。具有優(yōu)良的潤滑性、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，這一級別的PEG具有適宜的粘度指標，既有良好的流動性，又對碳化硅微粉具有良好的分散穩(wěn)定性能，帶砂能力強。聚乙二醇PolyethyleneGlycol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。易燃物品當心火災1、什么是切割液（PEG）？2、切割液的常規(guī)檢測指標僅供參考液體的密度：由于承載磨料的液體密度越大，其與磨料顆粒的混合性能就越強，所以在選擇砂漿的主要液體時，主要選擇液體密度高于1.0g/cm3的液體。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，如果液體的沸點較低（或揮發(fā)度較高），則切割過程損耗較大，需要不斷補充液體，難以保證切割出的產(chǎn)品質(zhì)量。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，增強砂漿的熱傳導效率。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。3、切割液的性能要求切割液粘度與溫度的關(guān)系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。我們公司對砂漿切割前的溫度要求是：不低于17℃。溫度在17~30℃變化時，砂漿粘度隨溫度的變化呈線性關(guān)系。通過實驗數(shù)據(jù)，可近似認為:

a.降溫時，每降低1℃，砂漿粘度提高10.0mpa.s;

b.升溫時，每升高1℃，砂漿粘度降低10.5mpa.s。水分對切割液（砂漿）的影響如果砂漿里面混入了水分,水分子為強極性分子，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，

因而如何防止水進入砂漿成為總多切片企業(yè)的關(guān)鍵控制點。3、切割液的性能要求進入雨季，切割液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。水分——影響沉積關(guān)鍵誘因！物理方面：影響切割液懸浮性能；化學方面：增加硅粉反應程度。硅片砂漿沉積裂片的相關(guān)因子4、切割液對硅片質(zhì)量的影響序號廠家樣品丙二醇DEG甘油PEG未知密度

g·cm3備注1HBHB20140112SX0.0%46.1%2.4%23.8%27.7%1.1252HBHB20140113SX-10.0%46.0%1.6%24.6%27.8%1.1213HBHB20140113SX-20.0%46.4%1.1%27.3%25.2%1.1204HBHB20140117SX0.0%46.9%1.6%26.4%25.1%1.1255HBLZ20140118070.0%50.5%4.4%21.5%23.6%1.128

表1砂漿沉積批次回收液檢驗結(jié)果從對于產(chǎn)線沉積裂片液檢測結(jié)果可以看出：HB批次甘油含量合格（<3%）,PEG含量嚴重偏低。歷史數(shù)據(jù)硅片砂漿沉積裂片的相關(guān)因子4、切割液對硅片質(zhì)量的影響12.9%8.7%15.6%

綜合考慮車間異常液PEG含量指標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%。歷史數(shù)據(jù)硅片砂漿沉積裂片的相關(guān)因子4、切割液對硅片質(zhì)量的影響異?；厥找悍肿恿糠治龌厥找浩骄肿恿肯陆祵е抡扯绕?，為了是粘度符合進料檢驗指標，供應商會添加粘度調(diào)節(jié)劑。（甘油具有很強的吸濕特性）歷史數(shù)據(jù)硅片砂漿沉積裂片的相關(guān)因子4、切割液對硅片質(zhì)量的影響表面干凈少量沉積大量沉積無崩邊輕微崩邊嚴重崩邊砂漿沉積嚴重的，產(chǎn)生的崩邊量多切嚴重。砂漿無沉積的崩邊比砂漿沉積嚴重的高出近3%。硅片砂漿沉積裂片對硅片良率以及崩邊的影響歷史數(shù)據(jù)4、切割液對硅片質(zhì)量的影響五、常見失效模式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,造成鋼線該點的抗拉強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.使其抗拉強度急劇下降,會在放線輪或是線網(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).

及時將此類鋼線隔離，更換新鋼線后進行焊線切割壓線/穿線

穿線斷線,放線線頭一直壓在旁邊的鋼線的下面,鋼線被兩根線夾著放出,導致進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1、

線、砂、液導致的切片失效模式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，三種切割機理交替形成臺階線痕1、評估不同品牌砂漿切削效果，及時更換切削性能較優(yōu)的砂漿，

2、優(yōu)化切割工藝試驗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、硬度指標異常1、清