金刚石线锯简介

-1-金刚石线锯晶片切割简介传统砂浆切割设备在2010年的快速发展，由于砂浆中使用的主要原料聚乙二醇（PEG）其COD值较高，对于水体环境影响较大，环保政策逐步严苛。国外金刚线的推广程度较快，从2010年开始，瑞士MB的DW288、日本NTC的PV500D、东洋的T-8252B、安永的TW-320C、高鸟的MWS-4450DD等均推出了不同型号的金刚石线多线切割机。例如日本有超过90%金刚线切片如东洋、美国的MEMC、Sunpower；金刚线加工主要是静压使晶硅破碎，往复走线过程在晶硅表面形成刮擦状的非晶硅；形成脆性+塑性的独特的加工方式。-2-国内2012年随着环保政策的要求及金刚石线成本的降低，以及切割技术的进步，硅片厚度已经逐步从超过200um的水平逐步下降至180、160um的水平，硅片实验室切割水平硅片厚度已经可以达到140um，甚至更低的水平。P型单晶普通电池和P型多晶PERC电池成本相当，单晶电池竞争力回升，多晶市场主导地位受到挑战。多晶硅光伏产品行业目前也在加速推进金刚线切割多晶硅及制绒技术的研究与应用。伴随电池技术进步，硅片薄片化是未来必然的发展趋势，通过薄片化可以降低硅片硅耗，提高硅片产量，进而降低硅片切割的硅成本。金刚线切片技术在单晶加工领域获得了巨大的推广。在成本和环保的双重压力下，国内多家单晶硅片生产公司如西安隆基、内蒙古中环、锦州阳光、卡姆丹克、申和热磁、晶龙等行金刚线切片。多晶金刚线方面上海卡姆丹克、浙江昱辉、保利协鑫、晶科等公司进行传统砂浆切割设备的改造，有改造成功案例。项目金刚线切割砂浆切割切割线表面镀有金刚石的钢线表面光滑的钢线或结构线碳化硅NA新碳化硅+回收碳化硅切割液水性冷却液以PEG,DEG为主要成分切割效率切割速度快1.4-2.0mm/min速度慢0.4-0.5mm/min砂浆配置NA需充分搅匀砂浆辅料回收水性冷却液只需滤除粉末需复杂设备回收碳化硅和切割液硅片清洗清洗简单，洁净度高表面有碳化硅，切割液，金属离子环境友好污水处理废水处理-3-金刚线简介：目前日本厂商凭借先发优势，并依靠在金刚石工具制造行业积累的技术优势，在高端市场占据较大份额，代表企业包括旭金刚石（AsahiDiamond）、中村超硬（nakamura）等。日本的旭金刚石（AsahiDiamond）2007年6月就推出了成熟产品；美国DiamondWireTechnology(MeyerBurgerAG)主要和梅耶博格公司合作。国内主要为长沙岱勒、浙江瑞翌、杨凌美畅等厂家。金刚石粉：其分级中SCMD-WD（金刚石线专用粉），采用高工艺、高强度MBD系列优质金刚石、经过特殊加工程序产生；产品形状较为规则，粒度分布较为集中，有效磨削颗粒集中，微粉颗粒强度高，杂质含量极低，具有良好的分散性、耐磨性。适用于有机、无极脆性材料的切割、磨削、抛光。树脂结合剂金刚石线锯是一种采用树脂结合剂将金刚石磨粒固结于线锯基体表面而形成的固结磨料线锯，其制作工艺简单，生产成本低，生产效率高。在锯丝制造过程中,可以通过选择合适的添加剂种类和粒径、配比以及树脂结合剂的固化工艺来提高结合剂的强度和韧性。树脂结合剂金刚石线锯的制造工艺分为四个主要过程：（1）调和树脂液（2）金刚砂固定工序（金刚石磨料与树脂配料）①基体表面预处理、涂抹树脂液；②配料涂覆、树脂液半硬化处理；③检测④卷线（3）烘烤固化。-4-电镀金刚石线：以超硬材料作为分散微粒，与金属形成的复合镀层，称为超硬材料复合镀层。超硬材料复合镀层结构，比一般复合镀层更复杂一些，包括底镀层、上砂镀层、加厚镀层和光亮镀层四个组成部分。优化部分例如美畅通过柔性高耐腐蚀的电镀技术降低了切割前后的拉紧、扭转等的强度，不容易发生断线。瓦特镀液具有组成简单、镀液稳定、易于操作和维护、耐蚀性较好等优点，并在溶液中加入一些添加剂可得到光亮或者半亮的镀层，是应用最为广泛的一种镀镍液。试验中的电镀参数如添加剂成分、电流密度、温度、搅拌等都会对金刚石切割线的制造产生影响。美畅提供资料-5-金刚线质量提升：除了基材质量的稳定，金刚石的选型、破碎力、线密度、附着力对于晶片加工起着至关重要的作用。金刚线对切割质量的影响：电镀线厚度的影响及金刚石颗粒密度的影响；见下图（由英利公司提供）例如美畅提出将金刚线指标控制在：金刚石颗粒数±10％、颗粒均一性±20％、颗粒的突出量；±10％，实现ＴＴＶ控制在9μm以内的切割性能；金刚线类型生产效率耐磨性切割速度耗线量切片质量电镀线高好快多TTV小树脂线高差慢少-6-金刚石线的线径变化趋势（中村超硬提供），从2012年的120μm线径降低至2017年的60μm；而且随着金刚石专用切片机的改进，加工周期缩短一半。由于金刚石选型的不同及基线的性质差异，现将等效厂家提供的金刚线信息列举如下，厂家类型线径(μm)线径调控范围(μm)破断拉力(N)适合应用盛利维尔树脂线85±5≥15浙江瑞翌树脂线8095杨凌美畅电镀线8096±3≥20杨凌美畅电镀线7083±3≥17.5杨凌美畅电镀线6073±3≥13长沙岱勒电镀线8080±10≥20长沙岱勒电镀线7070±10≥17青岛高测电镀线8095±2≥20青岛高测电镀线7085±2≥16青岛高测树脂线8098±2≥20中村超硬电镀线80中村超硬电镀线70品质较好的金刚线，其等效外径相对较小；破断拉力与韧性平衡，切割硅片表面线痕及TTV较好。下一代金刚线研发方向：类似于螺旋线，其线密度金刚石的周期密度更好；-7-冷却液&消泡剂金刚线晶片加工存在以下问题：1、润滑和润湿性不佳，导致线痕加深、碎片、裂片率高；2、泡沫高，切割中易溢出，需额外添加消泡剂；3、使用消泡剂不当，导致切割后的硅片难清洗，易产生色差；4、不易生物降解，使用后的COD值过高；生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand，BOD）地面水体中微生物分解有机物的过程消耗水中的溶解氧的量，称生化需氧量，通常记为BOD，常用单位为毫克/升。水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗氧化剂的量，以每升水样消耗氧的毫克数表示，通常记为COD。多线切割加工的微粉（例如硅粉），其中值粒径在2μm左右，微粒越小其比表面积越大；由于其悬挂键较多，表面活性较强；能够在常温下与水发生反应。Si+3H2O===H2SiO3+2H2生产氢气产生气泡。随着切割的进行微粉含量的逐步增加，气泡的产生速率会升高。冷却液：金刚线切割冷却液的主要成分是表面活性剂、分散剂、消泡剂和水等成分。性能优良的切割液具有良好的悬浮性、分散性和易清洗性。表面活性剂通常都能够有较好的亲水性，在硅片清洗过程中比较容易清洗掉。这些助剂在水中不断搅拌和循环会产生大量的泡沫，导致冷却液流量下降，冷却性能受到影响，泡沫严重甚至会出现泡沫溢出等问题，严重影响使用。例如高特、辽邦、向鼎等。另一种冷却液采用新型的消泡剂，可以与主体成分很好的配伍，不需要补加，能够有效的定量控制其用量，可有效防止过量使用，操做起来也非常方便，配合适当的清洗工艺，其残留物可以控制到很低水平，日本和国内少数厂家采用此种-8-配方体系，但由于其原料成本较高，其价格优势并不明显。国内例如常州聚鑫化工科技的高效金刚线冷却液。1)消泡能力强，用量小，迅速消除、高效抑泡2)优秀的的渗透性、分散性3)表面张力小、表面平衡性好4)化学性能稳定、耐氧化性强5)硅片表面无残留、易清洗、有益于后续制绒6)无气味、不腐蚀金刚线安美金刚线切割液GP500，具有润湿性能好、泡沫低、易于生物降解等优点，有效提高切割良率和效率，降低生产成本。功能性绿色表面活性剂的金刚线切割液GP500使用优势1）泡沫低——GP500切割时无需添加消泡剂，泡沫始终保持较低的高度，去溢出风险。2）硅片易清洗、洁净度高——硅片粘胶面无黑色残留印记迹，表面洁净度高；清洗后粘胶面无任何脏污残留。3）切割良率高、线痕小——使用GP500能够给切割后硅片带来以下好处：提高综合良率、降低碎片率，降低TTV/线痕、降低色差/缺角。4）极大降低切割成本。Aquaslice-R金刚线切割液由美国PRP公司针对太阳能硅片切片应用而研发的一款金刚线切割液表面张力(NeatDynes/cm)25-30；COD60mg/L，BOD10mg/L。粘接树脂板：新型铝粉树脂板材由于添加了超过57%的氢氧化铝，硬度（邵氏D）可达到92~96，可以有效控制切割中崩边、亮边、硅落的产生。而主料合成树脂采用耐高温材料，在120℃下不易变形，大大减少了切割、脱胶过程中因树脂板变形带来的硅片掉片、崩边；长板平整度0.5mm。-9-项目技术指标材质合成树脂（35%）、填充材料（63%）、固定剂等平整度≤0.15mm密度≥1.8g/ml巴氏硬度55±5外观无弯曲、无变形膨化板：例如前海瑞昌新材料有限公司生产的专用垫板，具有①膨化网状结构；比重轻，便于切透；②使用过程不沾附钢线，可以提高切割速度，降低钢线消耗量；③便于沉淀及分级回收；粘接胶水：双组份环氧树脂胶针对金刚线切割的特点进行了改良，具有操作时间适中，易操作，固化快，可快速上机等特点，对各种工艺均有较好的适用性;中道切割中具有硬度高（邵氏D90~92）、柔韧性好等特点，可有效控制崩边、硅落；在后道脱胶清洗中具有易脱胶、脱胶后胶丝无残留，硅片粘胶面比较清洁等特点。金刚石线锯专用机：传统砂浆线切割大部分采用的是单向切割，而金刚线切割普遍采用的是双向切割。传统砂浆线切割的线速度为12-15m/s，加速度为2-4m/s²；金刚线切割线速度为20-33m/s，加速度为5-8m/s²，金刚线切割的线磨损小，双向切割充分提高了金刚线的利用率，提高了切割效率。高线速度、高加速度及高进给速度下线网的运转稳定性是影响切割质量的关键因素。金刚线切割机的主辊设计更加紧凑，缩小中心距和减小主辊直径，以缩短金刚线跨距，提高线网运转稳定性。例如日本NTCPV系列主辊间距最小做到365mm，-10-小于梅耶博格的主辊间距380mm。主辊直径变小的负面影响：（1）转速过高：线速度不变，直径变小，主辊转速就会变大，对动平衡要求高，速度过快，对主辊表面涂层寿命等都会带来负面影响；（2）主辊变形大：主辊直径变小，对受力影响较大，主辊变形量变大，影响切割精度。（3）主辊应力大：主辊受力不变，直径变小，会导致主辊的应力变大，主辊设计难度加大。主辊长度对切割效果的影响：（1）主辊受力变大，其变形量也相应增大，影响切割精度。（2）轴承座受力变大，对轴承的承载能力提出更高要求。需要选用较大型号的轴承，轴承座的尺寸大小会直接影响主辊的中心距。主辊越长，其变形量相对增大；实心的主辊比空心的主辊变形有大幅降低。但实心主辊的大惯量对频繁加减速是个不利因素。轻量化、高刚度的主辊是未来发展的趋势。目前国内金刚线切片专机主要供应商为大连连城、无锡上机、青岛高测、常州贝斯塔德等厂家。厂家设备型号导轮直径mm导轮间距mm最大线速度m/s平均装载量mm梅耶博格DW288+21044030620梅耶博格DW288Series319039025620无锡上机WSK027BL19238025620大连连城QPJ1660C22042025620青岛高测GC-63021242025630日本NTCPV500D21040020570日本NTCPV600DT19038033700瑞士RENARS690DW21039025660-11-加工工艺：最高线速度的设定取决于条件有以下几个主要方面：1、设备出厂设计的最高转速(考虑设备排线精度、长时间运转精度、切割产品需求性)2、工艺需求的匹配性(切割晶体的厚度、单双向、工艺补益)3、设备的持续稳定性。占市场较大份额的机型基本为NTC、MB、大连连城、青岛高校、无锡上机，大多数厂家工艺最高线速度运行也均是按照设计最高速度70-85%之间运行；2016年金刚线专用设备最高线速度为1500-1800m/min。常规切割工艺线速度设定的变化曲线图1、较多厂家的使用经验来分判工艺，基本为前低后平；2、最高线速度和最低线速度的差距保