硅片切割（精选三篇）
硅片切割 篇1
1 太阳能光伏硅片切割技术
切割硅片指的是将硅棒通过线切割的形式切割成为厚度一定的硅片, 通常来讲, 硅片的厚度在0.18mm-0.20mm之间, 有些时候, 在切割的过程当中还应当转变厚度, 为了能够在一块硅片当中切割出尽可能多的硅片, 大大地增加产量, 降低晶体硅原材料的使用量, 就一定要对切割技术当中的一些问题进行解决。
1.1 多线切割技术
在实施多线切割技术的时候, 将精密的线槽在导轮上使用钢丝刻出, 所应用的切割线的直径应当跟线槽的精度相适应, 确保四个顺序缠绕的导轮的线槽是上下平行的, 钢线的两个平行线网在线槽内形成, 由此就能够对切割锯痕的宽度与硅片的切割厚度进行确定。通过发电机来带动导轮旋转, 这样就能够使得切割钢线高速地运转, 它每一秒运转的速度是10米~20米。在工作台的旁边由喷砂机喷出砂浆, 并且在线网当中布局的非常均匀, 在金属丝高速运转的影响下, 由提供动力的碳化硅研磨料来切割硅片。应用收线轮来收集使用过的钢丝或者是已经放出的钢丝, 再借助放线轮放出新的钢线。晶棒切割的直径最大值是由工作台的垂直形成与导轮间的空间来决定的, 150mm~200mm的单晶棒料是经常见到的, 并且在切割技术日益先进的影响之下, 300mm的硅片生产发展迅速。
1.2 多线切割技术和内圆切割技术的比较
跟内圆切割进行比较, 多线切割的优势是非常明显的, 以下进行对比阐述。
第一, 跟内圆切割进行比较, 多线切割的效率是非常高的, 每一次能够实现几千片的切割数量, 能够确保300平方英尺每小时至2000平方英尺每小时的切割速度, 与之进行比较, 内圆切割具有太低的效率, 仅仅可以在每一次切割出一片。第二, 实施多线切割技术加工硅锭的直径是比较大的, 这方便了使用与生产。第三, 多线切割具有非常高的精度和比较薄的硅片, 相同的硅棒, 实施多线切割技术能够将更多的硅片切出, 收得率是比较高的。第四, 实施多线切割技术能够使得硅片的破坏程度大大地降低。第五, 多线切割所耗费的原材料较少。多线切割所使用的原材料仅仅是内圆切割的一半多一点。与此同时, 多线切割也存在不少的缺陷:
第一, 较难对切片的厚度进行调节, 在进行切割的时候, 较难实施质量控制与有效的检测。而因为内圆切割技术在每一次仅仅能够切割一片, 所以能够便于及时地检测厚度和质量, 能够便于调整每一片的厚度和晶体状况。第二, 具有比较高的生产成本。金属线在切割的过程当中仅仅可以应用一次, 并且价格不菲, 而内圆切割片机的价格是比较低的, 通常内圆切割机的价格是多线切割机的大约三分之一。第三, 多线切割对切割的成功率要求是比较高的, 倘若发生断丝的现象, 那么就会报废晶棒, 因此风险性是比较大的。切割钢丝是比较细的, 它的直径仅仅在70μm-160μm之间, 它是通过具有极高含碳量的钢线材而制作的, 切割钢丝具有比较高的强度, 以及准确的尺寸精度, 并且黄铜镀在表面上。因此, 切割钢丝的切割损失是比较小的, 与此同时, 它的切割效率是比较高的, 切割面也是非常光滑和平整的。切割钢丝的应用价值主要体现在水晶切割等脆质、硬质材料, 集成电路切割和半导体切割当中。
2 切割钢丝生产的质量要求
表面镀层的色泽应当一致和均匀, 不存在镀层脱、锈斑、麻点、油污等的不足, 所有位置的钢丝不应当出现表面损伤和扭曲等, 确保排线是不松动和平整的, 且要对钢丝残余应力的大小 (切割钢丝的长度一定, 成圈的时候圈径不小于150mm~200mm是合格的) 进行检测。在市场上, 切割钢丝的产品的直径通常是0.120 mm, 而0.110 mm以下规格的很少见到。因为成品切割钢丝具有很小的直径, 强度较高, 具有良好的韧性, 并需要使得钢丝的长度在250km以上, 且要确保最低的断头概率。为此, 通常使用碳质量分数是0.80%~0.92%盘条来制作切割钢丝, 且对钢材的冶炼特别是一系列非金属夹杂物的尺寸和数量的质量要求也是比较高的。在帘线的前提条件下研发的切割钢丝盘条, 我国冶炼帘线钢的技术能力不断地提高, 可是跟国外进行比较, 还存在一些差距。一些进口的切割钢丝盘条有KSC92E, KSC90和KSC82等, 应用这些盘条所制造的切割钢丝具有比较高的质量, 特别是能够制造直径不大于0.110的钢丝。结合企业的设备条件来编排切割钢丝的生产流程, 厂家不一样, 生产流程也存在着一定的差异, 然而在应用碳含量一定的盘条的过程中, 热处理之后的总压缩率大致是一样的, 如此就能够确保切割钢丝的抗拉强度。
3 结语
综上所述, 通过论述太阳能光伏硅片切割技术与切割钢丝生产的质量要求, 希望可以引起高度的重视, 以有效地促进切割技术的进步, 以及提高切割钢丝的质量与生产效率。
摘要：近些年以来, 世界上的太阳能电池数量日益增多, 尽管受到了世界金融危机的冲击, 可是它的数量依旧稳定增加, 由此可见, 太阳能光伏发电行业的前景是非常好的, 它在我国开发新能源市场当中的地位是非常关键的。为此, 应当对太阳能光伏的一系列技术进行分析和研究, 本文主要论述了太阳能光伏硅片的多线切割技术和切割钢丝生产的质量要求。
关键词：太阳能,光伏硅片,切割技术,切割钢丝
参考文献
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硅片切割 篇2
随着太阳能硅片切割行业的重新洗牌以及利润的持续下降，硅片切割企业不约而同地打起来控制生产过程，降低生产成本的牌。最直接的就是对三大辅料中的切割液和碳化硅微粉的回收再利用。由于通过对废砂浆的回收利用，可以使切割液和碳化硅微粉的成本降低至少50％，所以未来三到五年，废砂浆回收项目将会受到国内切片厂的大力追捧，回收液和回收砂的市场份额也将会有大幅度上升，因此废砂浆回收项目具有相当的可行性。
1、项目市场分析
由于目前回收液的市场份额只占整个切割液市场份额的20％左右，而随着废砂浆回收技术的提高和切割技术对回收液和回收砂的利用水平的提高，回收液和回收砂的使用量至少可以上升到市场份额的50％。1.1竞争环境分析
进入2009年以来，新液的技术壁垒已经被打破，在2009年的上半年，市场上涌现出了近10家生产新液的化工厂，使得整个新液市场竞争异常激烈，价格从年初的16000一降再降到现在的13000上下，大有跌破12000的趋势。同时，随着石油价格的上涨，成本有增无减，利润不断趋薄，货款回收周期拉长，整个行业极其惨淡。而反观废砂浆回收市场，从事该项目的企业真正上规模的只有两家，并且生意异常火爆，业绩一直呈增长态势。由于硅片切割厂家要节省成本，而回收液一吨的价格只有8000元左右，回收砂一吨的价格也只有10000元左右。并且随着回收技术的提高，可以实现回收液、回收砂和新液、新砂以1：1的比例混合使用，大大降低了硅片的生产成本，使得硅片切割厂家从09年以来对废砂浆回收越来越愿意接受，加速了废砂浆回收市场的启动。
1.2项目竞争优势分析
废砂浆回收主要分为在线回收和离线回收。
（1）在线回收是指运用在线回收机直接对废砂浆进行离心分离，将杂质剔除的同时补充一定量的新液和新砂，然后直接循环利用。优点是通过在线回收机回收出来的直接就是砂浆，不用将液和砂分离，同时免去了物流等中间环节；缺点是通过回收之后砂浆的杂质还是不可能剔除的很精细，并且加工能力有限，一台800万的砂浆在线回收机，月加工能力最多只有60吨－100吨。
（2）离线回收是指通过建设废砂浆回收处理厂来对废砂浆进行分离加工。优点是可以回收出质量比较好的回收液和回收砂，规模投资成本相对较小，成套设备投资800万人民币可以建成一个年处理5000吨－8000吨的废砂浆回收处理厂。缺点是物流等中间环节较多，但是，如果是为切片厂做配套，建在大型切片厂附近，就可以规避这些不便。
总之，离线回收项目，即通过建立回收工厂的模式在现有市场中更具有竞争力。
2、建设条件和工程进度分析 2.1建设条件
由于废砂浆回收项目在投入运营的过程中，涉及到比较高的物流成本，所以该项目在建设的过程中需要考虑营销的辐射半径，最理想的建设条件是建在某一家规模比较大的切片厂附近或者某一个切片产业集群附近，为其配套，形成经营联合体。这样不仅可以节省运营成本，还可以因成本降低而降低终端产品的价格，保持比较有竞争力的区域终端价，提高该项目的整体竞争力。2.2工程进度
以年处理5000吨废砂浆的项目为例，在厂房供水、供电、蒸汽锅炉和土建项目等条件具备的情况下，整个项目从设备安装调试到投入运营三到五个月就可以完成。
3、技术原理与生产工艺流程 3.1技术原理
我公司是最先进入太阳能光伏行业，硅片切割废砂浆回收处理设备的研制开发的企业，并为国内几家大公司配套安装回收处理设备，经过不断改进研发出了目前国内比较成熟的工艺，将化工和矿业加工技术相融合，结合电子材料加工的特点，利用离心分离分散、化学清洗、萃取等分离原理和方法，将废砂浆中的杂质清除，得到合格的碳化硅微粉和PEG切割液。3.2生产工艺流程
整个回收过程可分解为三个子过程（1）固液分离过程
利用硅粉比碳化硅微粉颗粒密度均小的特点，将废砂浆分解为碳化硅微粉和含硅粉的切割液两股物流。采用加分离剂的多级分离过程实现此分离。
（2）液体回收过程
采用沉降和过滤相结合的方法，将含硅粉的切割液分离。首先将硅粉与切割液分离，再用离子交换将有害离子清除干净。为节约能量，采用多效蒸发技术，蒸馏出合格的PEG切割液。（3）碳化硅微粉回收过程
将多级离心分离中生产的精碳化硅加入适量的化学药剂，化学处理后进行分级水洗，得到的湿碳化硅微粉经干燥筛分后即为合格的碳化硅微粉。3.3设备
离心机，压滤机，离子交换机组，PEG特种过滤系统，多效蒸馏机组，多级分砂，酸碱清洗，干燥分级及纯水机组。
4、投资回报分析
以年处理能力5000吨废砂浆的项目为例。
4.1全套废砂浆回收处理设备等固定成本投资约800万，流动资金200万。4.2营业额
5000吨废砂浆年处理能力的项目可以服务于30－40台NTC442线切割机。根据目前市场上的废砂浆回收返还比例计算，如果是为某一固定的大切片厂做配套，以30台为例，每月无偿提供约400吨废砂浆，那么可以生产出约140吨回收液和105吨回收砂。以收取回收加工费液8000元/吨，砂10000元/吨计算：
液的营业额为140吨×8000＝1120000元/月
砂的营业额为105吨×10000＝1050000元/月 即月营业额为2170000。4.3回报
由于在整个回收加工过程中，所有的固定投入就是人员工资、能源消耗、水和回收液以及回收砂过程中的添加剂等。以营业额的25％计算，约为550000元。得出月利润即为162万元.年利润为1944万元。投资回报率为208.32％，投资回报周期为4.9个月。
5、结论
由于日本福岛核电站核泄漏事故已引起了全世界的关注，全球的原子能发电将会受到的限制，而太阳能发电这种清洗能源却会出现更加猛烈增长的趋势，所以，废砂浆回收是目前乃至今后10年内太阳能光伏行业竞争压力较低，利润相对较高，投资回报周期较短的切实可行的项目。
硅片切割 篇3
关键词：多线切割,张力控制方法,硅片加工
0 引言
多线切割 (Wire saw) 技术是目前较为先进的硅片加工技术, 它是通过金属线的高速运动把磨料带入硅锭加工区域进行研磨, 最终把硅锭切割成许多薄片的一种新型加工方法。多线切割原理如图1所示。与传统的内圆切割 (ID saw) 相比, 多线切割具有高精度、高效率、低损耗的优点, 现已成为硅片切割加工的主要方式。在多线切割过程中, 金属线的走线质量直接关系到加工过程能否顺利完成以及硅片的加工质量。而影响走线质量的主要因素是金属线的张力控制情况, 如果加工过程中金属线的张力过大或者过小, 就会使金属线崩断或者松脱, 造成加工过程中断;如果张力波动过大则会引起金属线的激烈振动, 影响到硅片的加工质量。因些选择或设计一种张力波动小、误差小、可调节的张力控制系统一直是人们长期追寻的目标。
1 线张力的特点和控制要求
1.1 张力分布不均匀
由于切割线跨度较大, 收/放线段张力稍有波动, 就会导致加工段张力波动的产生, 使张力分布不均匀, 造成加工后不同加工位置工件的厚度、翘曲等几何精度有差异。
1.2 张力值较小
由于切割线直径只有0.1~0.2 mm, 其所能承受的张力非常有限, 一般张力值设定为15~40 N, 超过40N就很容易发生断线。由于张力值较小, 给张力控制带来了很大的麻烦, 需要相当高的控制精度。
1.3 张力波动频率高
研究表明, 多线切割机工作时, 由于振动、摩擦等原因, 导致张力的变化速度快、波动频率高。张力信号的频带宽度能达到500 Hz以上, 这就要求张力控制系统具有很高的动态响应能力。
2 常见的张力控制方式
自20世纪60年代提出多线切割的理念以来, 多线切割技术得到了快速发展和广泛应用, 常见的多线切割机张力控制主要有以下几种方式。
2.1 磁粉离合器控制方式
磁粉离合器 (Magnetic Particle Clutch) 是根据电磁原理和利用磁粉传递转矩的。激磁电流和传递转矩基本成线性关系, 在同滑差无关的情况下能够传递一定的转矩, 具有响应速度快、结构简单、无污染、无噪声、无冲击振动和节约能源等优点。是一种多用途、性能优越的自动控制元件。如图2所示。它的主要工作原理是当电磁激励线圈通电后, 磁通经磁性电介质 (磁粉) 形成虚线闭合回路。流动状态的磁性介质在磁场中开始凝固起来, 当磁场强度很大时, 磁粉几乎变成一个固体, 同时在电磁铁和从动盘之间磁粉粒子形成磁链, 把主动盘和电磁铁联系在一起。通过电磁铁线圈中的电流愈大, 磁链的数目就愈多, 而且磁链也愈强。当磁链多且强时, 则磁粉离合器传递转矩的能力就愈大。当通过电磁铁线圈的电流到某一定值时, 磁性电介质足以使磁粉离合器的主动部分和从动部分紧密联在一起, 磁粉离合器将停止打滑, 离合器完全接合。当磁场消失时, 磁性电介质重新又成为流动体, 离合器主、从动部分之间的联系消失, 离合器重新分离。
采用磁粉离合器进行张力控制, 其输出转矩只与励磁电流的大小有关。因此, 可通过对励磁电流的控制来较为精确地控制其转矩的输出, 一般应用于对张力控制要求不高的场合。其缺点是耗电量大、响应速度慢。而对于要应用到多线切割机上的张力控制系统来说, 高动态响应能力是必须的, 因此磁粉离合器张力控制方式无法满足多线切割机的张力控制要求。
2.2 张力重锤控制方式
张力重锤控制方式, 如图3所示, 是将一个重锤的重量直接施加在切割线上, 对切割线作用一个恒定的拉力, 可以通过控制重锤的重量来较为精确地控制切割线上的张力。
随着切割线张力的变化, 控制张力的重锤上下运动。张力变大时, 切割线拉紧, 重锤向上运动;张力变小时, 切割线会变得松弛, 重锤会向下运动, 设放线速度为V1, 收线速度为V2, 重锤的移动速度为V, 则重锤的移动速度为
假设切割线张力为F, 重锤的质量为m, 重力加速度为g, 则其运动方程为
由于在高速切割过程中, 需要保持张力恒定, 而上式中md V/dt项值的大小就决定张力波动大小。而要减小张力波动, 可通过减小重锤质量m或减小重锤加速度d V/dt得以解决, 但由于切割线要保持一定的张力, 所以减小重锤质量并不可行, 而重锤加速度的减小由于受控制系统精度的影响, 也并不好实现。
这种控制方式简单、成本低, 在多线切割机发展初期获得了大量的应用。但这种方式也面临同样的问题, 即重锤的惯性大, 造成了动态响应速度慢, 实际使用表明这种张力控制方式下断线故障率较高。
2.3 力矩电动机控制方式
力矩电动机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电动机。这种电动机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力。力矩电动机控制方式 (如图4) , 是通过处于转矩控制模式的电动机, 输出一个恒定的转矩驱动摆杆对切割线作用一个拉力。可以通过张力传感器测量线上的实际张力, 反馈至主控制器, 对电动机的输出转矩进行控制, 从而保持线张力恒定。它具有低转速、大转矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点, 可直接驱动负载, 省去减速传动齿轮, 从而提高了系统的运行精度。这种控制方式近年来逐渐获得大量的应用。但是, 这种方式由主控制器、伺服驱动器、转矩电动机、张力摆杆、张力传感器等诸多部件组成, 实现成本高、控制复杂, 不易于实现。对这种控制方式来说, 如果没有有效的控制策略和控制算法的支持, 是难以获得较高的张力控制精度的。
3 采用伺服电动机控制的张力控制系统
近年来, 伺服电动机以其使用灵活、控制精度高、响应速度快等突出优点获得了众多多线切割机制造厂商的青睐。使用伺服电动机作为张力控制的执行机构, 从控制理论上来说主要有以下两种控制方式:
3.1 主动控制方式
以收线段为例, 如图5所示, 其中绕线直径d1、d2是两个扰动量, 它们是随时间变化的, 其中d1的变化主要是由主轴线槽磨损导致的, 变化非常缓慢, 可将d1视为常量。而d2的变化是由绕线厚度变化所导致的, 变化较快。随着绕线直径的变化, 必然会存在线速度的误差, 造成张力的变化。主动控制方式是在张力传感器检测到张力变化后, 立即对张力控制电动机作出运动指令, 这个运动指令既可以是调整电机的转角位置, 也可以是调整电动机的转矩, 最后的目的都是对切割线直接施加一个力的作用, 使张力回到原先水平。
这种控制实际是通过一个张力闭环直接对张力进行一个主动的调整, 优点是这种控制方式是对张力的直接调整, 在稳态阶段 (正向或反向平稳走线阶段) 可以将张力精确地控制在预定值附近;缺点是缺少对张力跃变的缓冲, 特别是在动态阶段 (加减速阶段) , 张力变化较大时, 主要依靠切割线本身的伸缩能力来缓冲张力的变化, 很容易造成断线。
3.2 随动控制方式
同样以收线段为例, 如图6所示, 与主动控制方式不同, 随动控制方式是在走线开始之前对张力控制电机输入转矩指令, 将线上的张力调整到给定的张力值, 之后保持张力控制电机输出转矩的恒定, 并按照张力控制电机的偏转角和偏转速度, 对收线电机的转速进行调整。可见, 这种方式是一种随动控制, 张力控制电机对张力的变化是被动响应的, 优点是电机的偏转对张力的跃变有一个很好的缓冲, 动态阶段中张力控制相对比较平稳, 但缺点是稳态阶段内小范围的波动无法避免, 难以将张力精确控制在给定值附近。
但通过对比, 从总体上来说, 随动控制方式对张力的控制更为稳定, 且实现起来更简单, 断线的风险比较低, 所以比起主动控制方式, 随动控制方式更为理想。
4 结语
多线切割技术在目前硅片切割加工中得到了越来越广泛的应用, 而金属线的张力控制是影响硅片加工质量的重要因素。通过对不同张力控制方式的比较, 选择一种合适的方式进行张力控制是保证高效率、高精度加工的关键。随着科学技术的日益进步, 更好的张力控制技术将不断涌现。
参考文献
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