HCT多線切割工藝

多線切割機(jī)技術(shù)與應(yīng)用摘要多線切割是一種通過(guò)金屬絲的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把磨料帶入半導(dǎo)體加工區(qū)域進(jìn)行研磨，將半導(dǎo)體等硬脆材料一次同時(shí)切割為數(shù)百片薄片的一種新型切割加工方法。數(shù)控多線切割機(jī)已逐漸取代了傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割，成為硅片切割加工的主要方式。硅片是半導(dǎo)體和光伏領(lǐng)域的主要生產(chǎn)材料。硅片多線切割技術(shù)是目前世界上比較先進(jìn)的硅片加工技術(shù)，它的原理是通過(guò)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對(duì)硅棒進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果。本文主要以HCT-B6多線切割機(jī)的工藝為主。關(guān)鍵詞：多線切割、HCT； 太陽(yáng)能電池：多晶硅；Multi-wirecuttingtechnologyandapplicationAbstractMulti-linecutthroughthemetalwireisahigh-speedreciprocatingmotion,theabrasivegrindingintotheareaofsemiconductorprocessing,semiconductorandotherbrittlematerialswillcutintohundredsofpiecesatonetimeanewsheetcuttingmethod?CNCcuttingmachinehasbeengraduallyreplacedthemoretraditionalinnercirclecutting,cuttingintothemainformofsilicon.Siliconisthesemiconductorandphotovoltaicmaterials,themainproductionareas.Multi-linewafercuttingtechnologyistheworld*smoreadvaneedsiliconprocessingtechnology,itsprincipleisthroughahighspeedsteelwireleadattachedtothewireonthecuttingedgeofthefrictionmaterialonthesiliconrodstoachievethecuttingeffect.Keywords：Multi-wirecuttingHCT目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要 IABSTRACT I\o"CurrentDocument"第1章HCT多線切割機(jī)的構(gòu)成及特點(diǎn) 2\o"CurrentDocument"1.1設(shè)備介紹 2\o"CurrentDocument"2設(shè)備構(gòu)成 2\o"CurrentDocument"1.3設(shè)備特點(diǎn) 4\o"CurrentDocument"第2章切割技術(shù)工藝技術(shù)和應(yīng)用 3\o"CurrentDocument"1切割液粘度 5\o"CurrentDocument"2.2鋼線的切割工藝和影響工藝因素 5\o"CurrentDocument"2.3工藝中其他影響良品率的因素和解決方法 7\o"CurrentDocument"第3章多線切割的技術(shù)參數(shù)及討論 6\o"CurrentDocument"1多種切割工藝的對(duì)比 8\o"CurrentDocument"3.2HCT-B6的工藝參數(shù) 9\o"CurrentDocument"3.3工藝試驗(yàn)結(jié)果 9\o"CurrentDocument"第4章多線切割的改進(jìn) 8\o"CurrentDocument"第5章工藝總結(jié)及討論 9參考文獻(xiàn) 10致謝 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。緒論多線切割機(jī)作為全新概念的新型切割設(shè)備，從20世紀(jì)60年代提出多線切割的概念到今天趨于完善己經(jīng)經(jīng)歷了四十多年。限于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平和控制理念要用多線切割付諸于世的確會(huì)有相當(dāng)大的難度，20世紀(jì)80年代中期世界上第一臺(tái)可以使用的多線切割機(jī)問(wèn)世。其中主要以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主，拉線張力控制賽用磁粉離合器，張力調(diào)節(jié)使用帶減速器的交流電機(jī)，還配有龐大的齒輪減速箱和鏈條齒輪傳輸機(jī)結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)依靠舷碼配重，電控主要是繼電器和時(shí)間繼電器。無(wú)論機(jī)構(gòu)如何，但它畢竟是可以實(shí)用雛形多線切割機(jī)。此后1986-1987年是實(shí)驗(yàn)型的;1988-1990年是第二代。以后兩三年都更新一代。今天市場(chǎng)上銷售的己經(jīng)是第九代第十代多線切割機(jī)。多線機(jī)切割晶片的彎曲度(bow)小，翹曲度(Warp)小，平行度(Tarp)好?？偤穸裙钚?TTV)小，片間切割損耗少，加工晶片表面損傷層淺，粗糙度小，切片加工出片率高，生產(chǎn)效率高，投資回報(bào)呂高。因此，應(yīng)用多線切割機(jī)是發(fā)展規(guī)模化生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率的必然選擇，使用多線切割機(jī)加工各類晶片是必然趨勢(shì)，特別適用于太陽(yáng)能光伏電池超薄機(jī)基片的批量加匚。進(jìn)入21世紀(jì)技術(shù)進(jìn)步和科技發(fā)展，現(xiàn)代多線切割機(jī)科技含量已與21世紀(jì)80年代不能同日而語(yǔ)，今天的多線切割機(jī)己經(jīng)集成了現(xiàn)代制造技術(shù)、工藝技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)和新型材料，例如交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡及總線系統(tǒng)、主軸油霧潤(rùn)滑冷卻及間隙密封單元、恒定張力快速走線等。由于以上系統(tǒng)的擇優(yōu)選用，使現(xiàn)代多線切割機(jī)適用于大直徑IC硅片光伏電池襯底超薄片，神化稼、碳化硅、鋌酸鋰、光學(xué)玻璃等多種硬脆材料的切片加工。第1章HCT多線切割機(jī)的構(gòu)成及特點(diǎn)1.1設(shè)備介紹瑞士HCT公司成立于1984年，正是多線切割機(jī)醞釀期，公司主攻多線切割機(jī),10年磨一劍，10世紀(jì)90年代中期推出E400SD、E500SD、DNC900/G多種大型多線切割機(jī)迅速占領(lǐng)晶片切割市場(chǎng)。E500ED-8及E400E-12為300mm設(shè)備。公司推出的多線切方機(jī)可同時(shí)切方晶錠525根，適用于太陽(yáng)能光伏電池準(zhǔn)方片的晶錠刨方加工。1.2設(shè)備構(gòu)成HCT-B6多線切割機(jī)由切割室、兩個(gè)放線室、基臺(tái)、漿料缸、配電室、氣壓倉(cāng)6部分組成。切割室是主要有4個(gè)橡膠導(dǎo)輪和線網(wǎng)構(gòu)成，線網(wǎng)是繞在導(dǎo)輪上，處在基臺(tái)下方。導(dǎo)輪長(zhǎng)度為lni40cm,切割時(shí)，切割室的4個(gè)導(dǎo)輪帶動(dòng)線網(wǎng)高速旋轉(zhuǎn)。放線室由放線輪、收線輪和滑輪組組成。漿料缸是在機(jī)器后部，為了在機(jī)器底部形成一個(gè)回流槽.然后由機(jī)器上方的氣壓倉(cāng)將底部的漿料抽到上方的噴嘴處，流下的漿料乂回流進(jìn)回流槽，再回到漿料缸。漿料缸中有過(guò)濾網(wǎng)，可過(guò)濾出切割雜質(zhì)。1.3設(shè)備特點(diǎn)太陽(yáng)能硅片的線切割機(jī)理就是機(jī)器導(dǎo)輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中帶動(dòng)鋼線，從而由鋼線將聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂漿送到切割區(qū)，在鋼線的高速運(yùn)轉(zhuǎn)中與壓在線網(wǎng)上的工件連續(xù)發(fā)生摩擦完成切割的過(guò)程。HCT-B6具有以下特點(diǎn)（1）hct-b6多線切割設(shè)備集成了化學(xué)、物理、機(jī)械、電氣等方面技術(shù)。（2） 擁有高精度4軸排線導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)。增人了切割能力。（3） 切割進(jìn)給伺服系統(tǒng)。配合線絲張力自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用，保證在不斷絲條件下實(shí)現(xiàn)切割的高效性。（4） 使用漿料回收系統(tǒng)，漿料可直接從漿料缸取出回收利用。節(jié)省了大部分的漿料成本。（5） 片厚平均厚度誤差小，適合大規(guī)模制造。第2章切割技術(shù)工藝技術(shù)和應(yīng)用2.1切割液的粘度由于在整個(gè)切割過(guò)程中，碳化硅微粉是懸浮在切割液上而通過(guò)鋼線進(jìn)行切割的，所以切割液主要起懸浮和冷卻的作用。1、 切割液的粘度是碳化硅微粉懸浮的重要保證。由于不同的機(jī)器開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)思維不同，因而對(duì)砂漿的粘度也不同，即要求切割液的粘度也有不同。例如瑞士線切割機(jī)要求切割液的粘度不低于55,而NTC要求22-25,安永則低至18o只有符合機(jī)器要求的切割標(biāo)準(zhǔn)的粘度，才能在切割的過(guò)程中保證碳化硅微粉的均勻懸浮分布以及砂漿穩(wěn)定地通過(guò)砂漿管道隨鋼線進(jìn)入切割區(qū)。2、 由于帶著砂漿的鋼線在切割硅料的過(guò)程中，會(huì)因?yàn)槟Σ涟l(fā)生高溫，所以切割液的粘度乂對(duì)冷卻起著重要作用。如果粘度不達(dá)標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致液的流動(dòng)性差,不能將溫度降下來(lái)而造成灼傷片或者出現(xiàn)斷線，因此切割液的粘度乂確保了整個(gè)過(guò)程的溫度控制。3、 線切割機(jī)對(duì)硅片切割能力的強(qiáng)弱，與砂漿的粘度有著不可分割的關(guān)系。而砂漿的粘度乂取決于硅片切割液的粘度、硅片切割液與碳化硅微粉的適配性、硅片切割液與碳化硅微粉的配比比例、砂漿密度等。只有達(dá)到機(jī)器要求標(biāo)準(zhǔn)的砂漿粘度（如NTC機(jī)器要求250左右）才能在切割過(guò)程中，提高切割效率，提高成品率。4、 砂漿的流量在鋼線在高速運(yùn)動(dòng)中，要完成對(duì)硅料的切割，必須由砂漿泵將砂漿從儲(chǔ)料箱中打到噴砂咀，再由噴砂咀噴到鋼線上。砂漿的流量是否均勻、流量能否達(dá)到切割的要求，都對(duì)切割能力和切割效率起著很關(guān)鍵的作用。如果流量跟不上，就會(huì)出現(xiàn)切割能力嚴(yán)重下降，導(dǎo)致線痕片、斷線、英至是機(jī)器報(bào)警。2.2鋼線切割工藝和影響因素〈1〉太陽(yáng)能硅片的切割其實(shí)是鋼線帶著碳化硅微粉在切，所以微粉的粒型及粒度是硅片表片的光潔程度和切割能力的關(guān)鍵。粒型規(guī)則，切出來(lái)的硅片表明就會(huì)光潔度很好；粒度分布均勻，就會(huì)提高硅片的切割能力。<2）由于HCT-B6是屬于雙線走向型，所以在鋼線速度上必須根據(jù)客戶需求對(duì)線速要求也不同。雙向走線時(shí)，鋼線速度開(kāi)始由零點(diǎn)沿一個(gè)方向用2-3秒的時(shí)間加速到規(guī)定速度，運(yùn)行一段時(shí)間后，再沿原方向慢慢降低到零點(diǎn)，在零點(diǎn)停頓0.2秒后再慢慢地反向加速到規(guī)定的速度，再沿反方向慢慢降低到零點(diǎn)的周期切割過(guò)程。在雙向切割的過(guò)程中，線切割機(jī)的切割能力在一定范圉內(nèi)隨著鋼線的速度提高而提高，但不能低于或超過(guò)砂漿的切割能力。如果低于砂漿的切割能力，就會(huì)出現(xiàn)線痕片其至斷線；反之，如果超出砂漿的切割能力，就可能導(dǎo)致砂漿流量跟不上，從而出現(xiàn)厚薄片其至線痕片等。目前，HCT級(jí)型可保持平均13m/s的線速?！?〉鋼線的張力是硅片切割工藝中相當(dāng)核心的要素之一。張力控制不好是產(chǎn)生線痕片、崩邊、其至斷線的重要原因。鋼線切割線圖，1為放線輪、2為進(jìn)線口、3為導(dǎo)輪、4是基臺(tái)（裝有硅塊）、5是出現(xiàn)口、6是收線輪1、 開(kāi)始布線時(shí)，在線網(wǎng)中會(huì)留有舊線與新線的線結(jié)；當(dāng)線網(wǎng)中留有布線中的線結(jié)時(shí)，剛開(kāi)始不能開(kāi)啟大于13N的張力。等跑線完成后，確認(rèn)線結(jié)位置；將線結(jié)附近的鋼線剪去，流下一個(gè)出線口的線直接繞在收線輪上。若張力過(guò)大，跑線結(jié)的同時(shí)容易被扯斷。2、 切割時(shí)的張力大小也會(huì)影響硅片的良品率。鋼線的張力過(guò)小，將會(huì)導(dǎo)致鋼線彎曲度增大，帶砂能力下降，切割能力降低。從而出現(xiàn)線痕片等。鋼線張力過(guò)大，懸浮在鋼線上的碳化硅微粉就會(huì)難以進(jìn)入鋸縫，切割效率降低，出現(xiàn)線痕片等，并且斷線的兒率很大。2.3工藝中其他的影響良品率因素和解決方法1、 導(dǎo)輪的工作情況一定要注意。導(dǎo)輪上一旦出現(xiàn)雜質(zhì)，就會(huì)在線網(wǎng)中引起跳線，斷線。所以在布線前一定要用氣槍吹干凈導(dǎo)輪表面。若布線完成后沒(méi)開(kāi)砂漿時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)有跳線時(shí)，檢查是否有雜質(zhì)或?qū)л喪欠裼袚p壞，進(jìn)一步排除問(wèn)題。若砂漿后的熱機(jī)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)跳線，檢查回流缸中的過(guò)濾網(wǎng)是否損壞或沒(méi)有及時(shí)清洗。2、 滑輪切割前一定得檢查好，做好切完兩次就換滑輪。若檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有切透的滑輪時(shí)及時(shí)更換，滑輪處的軸承是否松動(dòng)；滑輪的凹槽是否有雜質(zhì)或沙子。一旦發(fā)現(xiàn)立即更換。3、 切割室的過(guò)濾網(wǎng)、上下層的漿料噴嘴、回流缸中的過(guò)濾網(wǎng)都需要在切割完成后及時(shí)的清洗。清除那些掉下來(lái)的碎硅片，除去過(guò)濾的雜質(zhì)。清洗后一定要吹干。因?yàn)樗畷?huì)和漿料反應(yīng)，使?jié){料會(huì)變硬，變成一些硬的小顆粒。影響切割質(zhì)量。共至引起斷線事故。4、 切割前一定要對(duì)硅塊表面和托板進(jìn)行檢查，去除硅塊表面的粘膠和污垢（硅塊上有多余粘膠的地方最好用刀片刮去），保證無(wú)雜質(zhì)后檢查托板中凹槽內(nèi)是否堵塞。一切正常后方可上硅塊。5、 切割中冷卻水不足或氣壓不足引起報(bào)警時(shí)，除了開(kāi)啟補(bǔ)水裝置或加壓裝置外，對(duì)于切割中的漿料供給也要先打開(kāi)。保證鋼線上的漿料密度。6、停機(jī)事故排除后，不要立即去開(kāi)啟切割。先讓切割線低速走兒秒，再開(kāi)始切割。第3章多線切割的技術(shù)參數(shù)及討論3.1多種切割工藝對(duì)比太陽(yáng)能硅片目前常規(guī)的切割方法主要由：內(nèi)圓切割(IDsaw)和多線切割(Wiresaw)o作為目前硅片切割主流技術(shù)的多線切割，被多數(shù)應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)規(guī)格適中的硅片。國(guó)外己有報(bào)道低速走絲電火花切割(LSWEDM)o實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,電阻率在20Q?cm—下的多晶硅片具有可加工性。表一列出了了上述3種方法切割硅片的性能對(duì)比。WiresawIDsawLSWEDM切割原理磨料研磨金剛石沉積刀片火花放電表面結(jié)構(gòu)切痕剝落放電凹坑損傷層厚度/Um25、3535~4015~25切割效率/(mm?min)30~50(單片)20~4045~65硅片最小厚度250350250適合硅片尺寸300200200硅片翹曲輕微嚴(yán)重輕微切割損耗150^210 300^500 280^290（絲徑250）由表一可以看出，LSWEDM方法在硅片最小切割厚度及翹曲方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。但目前的LSWEDM的研究均是針對(duì)較低電阻率進(jìn)行的。很難再工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)在太陽(yáng)電池片的市場(chǎng)行情看，大規(guī)模低成本的工藝生產(chǎn)才能符合客戶需要。故多線切割是占國(guó)際市場(chǎng)的主導(dǎo)領(lǐng)域。3.2HCT-B6的工藝參數(shù)多線切割工藝比較復(fù)雜，影響片厚和質(zhì)量的因素有很多。槽距、線徑、砂漿的密度、線速、切割距離等等。在試驗(yàn)中釆用360槽距的導(dǎo)輪、線徑120Um.總長(zhǎng)度450km鋼線、300um/min的臺(tái)速、線速12.3m/s,滿載切割距離170mm,片厚200Umo3.3工藝試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)以上工藝參數(shù)和工藝步驟，通過(guò)各種性能測(cè)試，結(jié)果為下表。機(jī)臺(tái)號(hào)123456良品率83.4%86.5%89.9%91.2%88.0%85.2%第4章 多線切割的改進(jìn)多線切割機(jī)所釆用的技術(shù)可以概括為以下兒方向：（1） 高精度三軸或四軸排線導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)裝置技術(shù)。（2） 線絲張緊力自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)。線絲張緊力保持一定張力，是保證切割表面質(zhì)量的主要因素。（3） 切割進(jìn)給伺服系統(tǒng)。配合線絲張力自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用，保證在不斷