HCT多線切割工藝

多線切割機技術與應用摘要多線切割是一種通過金屬絲的高速往復運動，把磨料帶入半導體加工區(qū)域進行研磨，將半導體等硬脆材料一次同時切割為數(shù)百片薄片的一種新型切割加工方法。數(shù)控多線切割機已逐漸取代了傳統(tǒng)的內圓切割，成為硅片切割加工的主要方式。硅片是半導體和光伏領域的主要生產材料。硅片多線切割技術是目前世界上比較先進的硅片加工技術，它的原理是通過一根高速運動的鋼線帶動附著在鋼絲上的切割刃料對硅棒進行摩擦，從而達到切割效果。本文主要以HCT-B6多線切割機的工藝為主。關鍵詞：多線切割、HCT； 太陽能電池：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多線切割機的構成及特點 2\o"CurrentDocument"1.1設備介紹 2\o"CurrentDocument"2設備構成 2\o"CurrentDocument"1.3設備特點 4\o"CurrentDocument"第2章切割技術工藝技術和應用 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章多線切割的技術參數(shù)及討論 6\o"CurrentDocument"1多種切割工藝的對比 8\o"CurrentDocument"3.2HCT-B6的工藝參數(shù) 9\o"CurrentDocument"3.3工藝試驗結果 9\o"CurrentDocument"第4章多線切割的改進 8\o"CurrentDocument"第5章工藝總結及討論 9參考文獻 10致謝 錯誤!未定義書簽。緒論多線切割機作為全新概念的新型切割設備，從20世紀60年代提出多線切割的概念到今天趨于完善己經經歷了四十多年。限于當時技術水平和控制理念要用多線切割付諸于世的確會有相當大的難度，20世紀80年代中期世界上第一臺可以使用的多線切割機問世。其中主要以機械結構為主，拉線張力控制賽用磁粉離合器，張力調節(jié)使用帶減速器的交流電機，還配有龐大的齒輪減速箱和鏈條齒輪傳輸機結構，工作臺驅動依靠舷碼配重，電控主要是繼電器和時間繼電器。無論機構如何，但它畢竟是可以實用雛形多線切割機。此后1986-1987年是實驗型的;1988-1990年是第二代。以后兩三年都更新一代。今天市場上銷售的己經是第九代第十代多線切割機。多線機切割晶片的彎曲度(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，生產效率高，投資回報呂高。因此，應用多線切割機是發(fā)展規(guī)?；a和提高生產效率的必然選擇，使用多線切割機加工各類晶片是必然趨勢，特別適用于太陽能光伏電池超薄機基片的批量加匚。進入21世紀技術進步和科技發(fā)展，現(xiàn)代多線切割機科技含量已與21世紀80年代不能同日而語，今天的多線切割機己經集成了現(xiàn)代制造技術、工藝技術、現(xiàn)代控制技術、現(xiàn)代傳感技術和新型材料，例如交流伺服電機及驅動系統(tǒng)、工業(yè)控制計算機、運動控制卡及總線系統(tǒng)、主軸油霧潤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、光學玻璃等多種硬脆材料的切片加工。第1章HCT多線切割機的構成及特點1.1設備介紹瑞士HCT公司成立于1984年，正是多線切割機醞釀期，公司主攻多線切割機,10年磨一劍，10世紀90年代中期推出E400SD、E500SD、DNC900/G多種大型多線切割機迅速占領晶片切割市場。E500ED-8及E400E-12為300mm設備。公司推出的多線切方機可同時切方晶錠525根，適用于太陽能光伏電池準方片的晶錠刨方加工。1.2設備構成HCT-B6多線切割機由切割室、兩個放線室、基臺、漿料缸、配電室、氣壓倉6部分組成。切割室是主要有4個橡膠導輪和線網(wǎng)構成，線網(wǎng)是繞在導輪上，處在基臺下方。導輪長度為lni40cm,切割時，切割室的4個導輪帶動線網(wǎng)高速旋轉。放線室由放線輪、收線輪和滑輪組組成。漿料缸是在機器后部，為了在機器底部形成一個回流槽.然后由機器上方的氣壓倉將底部的漿料抽到上方的噴嘴處，流下的漿料乂回流進回流槽，再回到漿料缸。漿料缸中有過濾網(wǎng)，可過濾出切割雜質。1.3設備特點太陽能硅片的線切割機理就是機器導輪在高速運轉中帶動鋼線，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)，在鋼線的高速運轉中與壓在線網(wǎng)上的工件連續(xù)發(fā)生摩擦完成切割的過程。HCT-B6具有以下特點（1）hct-b6多線切割設備集成了化學、物理、機械、電氣等方面技術。（2） 擁有高精度4軸排線導輪驅動裝置技術。增人了切割能力。（3） 切割進給伺服系統(tǒng)。配合線絲張力自動控制系統(tǒng)的作用，保證在不斷絲條件下實現(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章切割技術工藝技術和應用2.1切割液的粘度由于在整個切割過程中，碳化硅微粉是懸浮在切割液上而通過鋼線進行切割的，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。由于不同的機器開發(fā)設計的系統(tǒng)思維不同，因而對砂漿的粘度也不同，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只有符合機器要求的切割標準的粘度，才能在切割的過程中保證碳化硅微粉的均勻懸浮分布以及砂漿穩(wěn)定地通過砂漿管道隨鋼線進入切割區(qū)。2、 由于帶著砂漿的鋼線在切割硅料的過程中，會因為摩擦發(fā)生高溫，所以切割液的粘度乂對冷卻起著重要作用。如果粘度不達標，就會導致液的流動性差,不能將溫度降下來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過程的溫度控制。3、 線切割機對硅片切割能力的強弱，與砂漿的粘度有著不可分割的關系。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。只有達到機器要求標準的砂漿粘度（如NTC機器要求250左右）才能在切割過程中，提高切割效率，提高成品率。4、 砂漿的流量在鋼線在高速運動中，要完成對硅料的切割，必須由砂漿泵將砂漿從儲料箱中打到噴砂咀，再由噴砂咀噴到鋼線上。砂漿的流量是否均勻、流量能否達到切割的要求，都對切割能力和切割效率起著很關鍵的作用。如果流量跟不上，就會出現(xiàn)切割能力嚴重下降，導致線痕片、斷線、英至是機器報警。2.2鋼線切割工藝和影響因素〈1〉太陽能硅片的切割其實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鍵。粒型規(guī)則，切出來的硅片表明就會光潔度很好；粒度分布均勻，就會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)客戶需求對線速要求也不同。雙向走線時，鋼線速度開始由零點沿一個方向用2-3秒的時間加速到規(guī)定速度，運行一段時間后，再沿原方向慢慢降低到零點，在零點停頓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的周期切割過程。在雙向切割的過程中，線切割機的切割能力在一定范圉內隨著鋼線的速度提高而提高，但不能低于或超過砂漿的切割能力。如果低于砂漿的切割能力，就會出現(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核心的要素之一。張力控制不好是產生線痕片、崩邊、其至斷線的重要原因。鋼線切割線圖，1為放線輪、2為進線口、3為導輪、4是基臺（裝有硅塊）、5是出現(xiàn)口、6是收線輪1、 開始布線時，在線網(wǎng)中會留有舊線與新線的線結；當線網(wǎng)中留有布線中的線結時，剛開始不能開啟大于13N的張力。等跑線完成后，確認線結位置；將線結附近的鋼線剪去，流下一個出線口的線直接繞在收線輪上。若張力過大，跑線結的同時容易被扯斷。2、 切割時的張力大小也會影響硅片的良品率。鋼線的張力過小，將會導致鋼線彎曲度增大，帶砂能力下降，切割能力降低。從而出現(xiàn)線痕片等。鋼線張力過大，懸浮在鋼線上的碳化硅微粉就會難以進入鋸縫，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、 導輪的工作情況一定要注意。導輪上一旦出現(xiàn)雜質，就會在線網(wǎng)中引起跳線，斷線。所以在布線前一定要用氣槍吹干凈導輪表面。若布線完成后沒開砂漿時檢查發(fā)現(xiàn)有跳線時，檢查是否有雜質或導輪是否有損壞，進一步排除問題。若砂漿后的熱機過程中發(fā)現(xiàn)跳線，檢查回流缸中的過濾網(wǎng)是否損壞或沒有及時清洗。2、 滑輪切割前一定得檢查好，做好切完兩次就換滑輪。若檢查時發(fā)現(xiàn)有切透的滑輪時及時更換，滑輪處的軸承是否松動；滑輪的凹槽是否有雜質或沙子。一旦發(fā)現(xiàn)立即更換。3、 切割室的過濾網(wǎng)、上下層的漿料噴嘴、回流缸中的過濾網(wǎng)都需要在切割完成后及時的清洗。清除那些掉下來的碎硅片，除去過濾的雜質。清洗后一定要吹干。因為水會和漿料反應，使?jié){料會變硬，變成一些硬的小顆粒。影響切割質量。共至引起斷線事故。4、 切割前一定要對硅塊表面和托板進行檢查，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），保證無雜質后檢查托板中凹槽內是否堵塞。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警時，除了開啟補水裝置或加壓裝置外，對于切割中的漿料供給也要先打開。保證鋼線上的漿料密度。6、停機事故排除后，不要立即去開啟切割。先讓切割線低速走兒秒，再開始切割。第3章多線切割的技術參數(shù)及討論3.1多種切割工藝對比太陽能硅片目前常規(guī)的切割方法主要由：內圓切割(IDsaw)和多線切割(Wiresaw)o作為目前硅片切割主流技術的多線切割，被多數(shù)應用在工業(yè)生產規(guī)格適中的硅片。國外己有報道低速走絲電火花切割(LSWEDM)o實驗結果表明,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比。WiresawIDsawLSWEDM切割原理磨料研磨金剛石沉積刀片火花放電表面結構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。但目前的LSWEDM的研究均是針對較低電阻率進行的。很難再工業(yè)生產中實現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)在太陽電池片的市場行情看，大規(guī)模低成本的工藝生產才能符合客戶需要。故多線切割是占國際市場的主導領域。3.2HCT-B6的工藝參數(shù)多線切割工藝比較復雜，影響片厚和質量的因素有很多。槽距、線徑、砂漿的密度、線速、切割距離等等。在試驗中釆用360槽距的導輪、線徑120Um.總長度450km鋼線、300um/min的臺速、線速12.3m/s,滿載切割距離170mm,片厚200Umo3.3工藝試驗結果根據(jù)以上工藝參數(shù)和工藝步驟，通過各種性能測試，結果為下表。機臺號123456良品率83.4%86.5%89.9%91.2%88.0%85.2%第4章 多線切割的改進多線切割機所釆用的技術可以概括為以下兒方向：（1） 高精度三軸或四軸排線導輪驅動裝置技術。（2） 線絲張緊力自動控制系統(tǒng)技術。線絲張緊力保持一定張力，是保證切割表面質量的主要因素。（3） 切割進給伺服系統(tǒng)。配合線絲張力自動控制系統(tǒng)的作用，保證在不斷