1、内容回顾内容回顾n上一章内容安排的主要思路：上一章内容安排的主要思路：l要加工什么工件要加工什么工件l采用什么设备采用什么设备l如何进行加工如何进行加工l加工出什么产品加工出什么产品l加工之后有何缺陷加工之后有何缺陷l如何处理加工缺陷如何处理加工缺陷l加工过程的评估加工过程的评估铸锭多晶铸锭多晶单晶圆锭单晶圆锭(晶圆晶圆)光伏圆锭光伏圆锭(单晶单晶)参考面参考面滚磨滚磨滚磨滚磨开方开方开方开方滚磨开方机滚磨开方机金刚石带锯金刚石带锯金刚石线锯金刚石线锯金刚石带锯金刚石带锯表面处理与过程评估表面处理与过程评估n形成的表面损伤层：形成的表面损伤层：l粗糙度，粗糙度，l晶格畸变、晶格畸变、l污染等污
2、染等n处理方案：处理方案：去除损伤层去除损伤层n过程评估：过程评估：l加工效率，加工效率，l切口大小，切口大小，l加工面的质量参数大小（如粗糙度）加工面的质量参数大小（如粗糙度）下一步工艺下一步工艺切片切片第二章第二章 硅晶体的定向切割硅晶体的定向切割n2.1 硅片切割的概况硅片切割的概况n2.2 晶体的定向工艺晶体的定向工艺n2.3 內圆切割设备与工艺內圆切割设备与工艺n2.4 多线切割设备与工艺多线切割设备与工艺n2.5 切割片的清洗切割片的清洗n2.6 硅片的主要参数硅片的主要参数1. 硅片切割概述硅片切割概述n切片切割：切片切割：是指利用外圆、内圆或者多线是指利用外圆、内圆或者多线切切
3、割机割机，按照确定的，按照确定的晶向晶向，将经过滚磨开方，将经过滚磨开方，外形规则的外形规则的硅棒硅棒，切成，切成薄片薄片的过程。的过程。n地位：是主要的光伏硅片的成本，约地位：是主要的光伏硅片的成本，约70% 。n发展趋势：高效率、低成本、优良的表面参发展趋势：高效率、低成本、优良的表面参数。数。目前切片的主要工艺目前切片的主要工艺切片手段切片手段外圆切割外圆切割内圆切割内圆切割多线切割多线切割光滑钢线切割光滑钢线切割（主流）（主流）金刚石线切割金刚石线切割內（外）圆切割內（外）圆切割n定义：定义：利用内（外）圆切割刀片，将硅棒进利用内（外）圆切割刀片，将硅棒进行切片的过程。行切片的过程。n
4、内（外）圆切割：内（外）圆切割：刀片呈圆环状，刀口位于刀片呈圆环状，刀口位于内内（外）（外）环环的边缘，刀口上有电镀的金刚石颗粒，的边缘，刀口上有电镀的金刚石颗粒，工作时刀片做高速旋转，从而利用锋利的金刚石工作时刀片做高速旋转，从而利用锋利的金刚石颗粒，对材料进行切割。颗粒，对材料进行切割。n切割方式：切割方式：固定磨粒式切割固定磨粒式切割内圆切割示意图内圆切割示意图金刚石刀口金刚石刀口固定螺孔固定螺孔多线切割切片原理多线切割切片原理n定义：定义：在机器导线轮带动下，光滑的在机器导线轮带动下，光滑的钢线钢线做做高速运动高速运动，并对线网喷涂研磨，并对线网喷涂研磨砂浆砂浆，高速运，高速运动的钢线
5、将砂浆带到钢线和硅棒的接触面上，动的钢线将砂浆带到钢线和硅棒的接触面上，从而实现线网和工件发生相对摩擦，而完成从而实现线网和工件发生相对摩擦，而完成对材料的切割过程。对材料的切割过程。n切割方式：游离磨粒式研磨。切割方式：游离磨粒式研磨。多线切割示意图多线切割示意图研磨浆研磨浆放线放线收线收线各种工艺的应用范围各种工艺的应用范围n外圆切割：外圆切割：基本被淘汰。基本被淘汰。n內圆切割：內圆切割：小批量硅片生产中经常采用。小批量硅片生产中经常采用。n多线切割（钢线）：多线切割（钢线）：光伏行业主流切片工艺。光伏行业主流切片工艺。n原因：原因：多线切割的优点：多线切割的优点：l高效率。高效率。l小
6、切口，低损耗。小切口，低损耗。l可切硅片很薄。可切硅片很薄。l表面质量优良（翘曲小，损伤层薄等）表面质量优良（翘曲小，损伤层薄等）切片手段的主要性能参数切片手段的主要性能参数外圆切割外圆切割内圆切割内圆切割多线切割多线切割表面结构表面结构剥落、破碎剥落、破碎剥落、破碎剥落、破碎切痕切痕损伤层厚度损伤层厚度(m)-35-4025-35切割效率切割效率(cm2/h)-20-40110-220硅片最小厚度硅片最小厚度(m)-300200适合硅片尺寸适合硅片尺寸(mm)100以下以下150-200300硅片翘曲硅片翘曲严重严重严重严重轻微轻微切口损耗切口损耗(m)1000300-500150-210切
7、片的主要流程切片的主要流程n主要环节：主要环节：l晶体定向晶体定向l粘结定向粘结定向l上机切割上机切割l清洗清洗2. 晶体的晶体的X射线定向射线定向n1）X射线简介射线简介n2）X射线衍射原理射线衍射原理n3）X射线定向射线定向X射线简介射线简介nX射线：又称伦琴射线，是一种波长极短的电磁射线：又称伦琴射线，是一种波长极短的电磁波（波（0.01nm10nm），满足量子化的能量关系，），满足量子化的能量关系，（可见光（可见光350770nm）。）。n主要特点：主要特点： a）波动性）波动性，典型的干涉衍射图样；，典型的干涉衍射图样； b）粒子性）粒子性，具有较强的穿透能力。，具有较强的穿透能力。
8、n晶体结构测量原理：波长和固体晶格常数接近，晶体结构测量原理：波长和固体晶格常数接近，因此，晶体相当于一个三维的衍射光栅，根据因此，晶体相当于一个三维的衍射光栅，根据衍射图样分析晶体的结构。衍射图样分析晶体的结构。hcEhX射线的产生射线的产生n产生方式：产生方式： 1）高速运动的电子撞击靶机高速运动的电子撞击靶机小型小型XRD机。机。 2）同步辐射光源同步辐射光源大型项目。大型项目。n谱线结构：谱线结构： 1）特征谱特征谱+连续谱。连续谱。 2）宽范围，连续谱。宽范围，连续谱。n常规实验测量全部使用小型常规实验测量全部使用小型XRD机。机。问，如何获得单色问，如何获得单色X射线光源呢？射线光
9、源呢？n连续谱：电子加速过程辐射产生。连续谱：电子加速过程辐射产生。n特征谱：靶材料内层电子跃迁产生，是材料的特征谱：靶材料内层电子跃迁产生，是材料的特征谱。特征谱。n实验实验XRD仪：仪：Cu靶，靶，1.5425.43KSiAaAX射线衍射原理射线衍射原理nX射线在晶体内发生弹性散射。射线在晶体内发生弹性散射。n晶体相当于三维的衍射光栅。晶体相当于三维的衍射光栅。n晶体结构，具有其特征化的衍射图样。晶体结构，具有其特征化的衍射图样。n衍射图样：三维空间，沿不同方向加强的衍衍射图样：三维空间，沿不同方向加强的衍射光束。射光束。衍射原理衍射原理布拉格方程布拉格方程2sin( )1,2,3,.dm
10、mn 衍射加强条件：衍射加强条件：三维情况下的衍射三维情况下的衍射222sin( )1,2,3,.()22022dmmKKRmKKGGK GGGK GK 衍射加强条件：波矢衍射加强条件：波矢 位于布里渊区边界位于布里渊区边界K GK KK123Gh bk bl b ()h k l只要只要K落在布里渊区边界上，落在布里渊区边界上，对特定晶面，对特定晶面，K大小大小和和方向方向受到限制受到限制Si的几何结构因子的几何结构因子1123112233()()()1,1 1111 1(000),(0),( 0 ),(0),2 2222 21 1 13 3 13 1 31 3 3(),(),(),(),4
11、4 44 4 44 4 44 4 4(1)jjSiG rijjSiG rih kih lil kiSijF=feGh bk bl brn an an aFfefeee ()2121ih k leF F 1). h k l: 有奇数、偶数混和，消光有奇数、偶数混和，消光2). (h+k+l)/2为奇数，消光为奇数，消光基元、晶格结构因子基元、晶格结构因子121()()()12()221 1111 1: (0 0 0), (0), (0), (0),2 2222 2(1)1 1 1:(0 0 0), ()4 4 41ih kih lil kSiih klF=FFFFfeeeFFe n 金刚石结构：
12、金刚石结构：可以看做面心立方的复式晶格，这可以看做面心立方的复式晶格，这样基元中含有两个样基元中含有两个Si原子，可以分别考虑面向立方原子，可以分别考虑面向立方和基元的消光系数。和基元的消光系数。X射线衍射仪射线衍射仪入射入射探测探测盖革计数器盖革计数器min1.24()()hcnmeVV kV价格高低：价格高低：光强，和可获得的最短波长，光强，和可获得的最短波长，晶体单色晶体单色X射线衍射图样射线衍射图样X射线晶体定向的方法射线晶体定向的方法1. 选用单色选用单色X射线进行照射。射线进行照射。2. 固定固定X射线入射方向。射线入射方向。3. 依据待切割的晶向，固定出射束测量方向，即固依据待切
13、割的晶向，固定出射束测量方向，即固定待确定的晶面的入射角定待确定的晶面的入射角 。4. 沿衍射方向，缓慢旋转晶体，并记录出射线强度沿衍射方向，缓慢旋转晶体，并记录出射线强度变化，出射强度最强时，即需要确定的方向。变化，出射强度最强时，即需要确定的方向。l光线入射是光线入射是 方向，探测是方向，探测是 ，二者夹角是，二者夹角是2l也可以固定入射方向和晶体，调整测量方向，寻也可以固定入射方向和晶体，调整测量方向，寻找衍射极大方向。找衍射极大方向。K KX射线结构分析射线结构分析n专业软件专业软件包含材料的结构数据库包含材料的结构数据库3. 內圆切割设备与工艺內圆切割设备与工艺n1）內圆切割设备与地
14、位內圆切割设备与地位n2）内圆切割工艺流程内圆切割工艺流程内圆切割内圆切割n内圆切割的地位：内圆切割的地位：内圆切割是传统的切割工艺，内圆切割是传统的切割工艺，2000年之前，内圆切割是主流硅片切割技术，而目年之前，内圆切割是主流硅片切割技术，而目前逐渐被多线切割取代，不过由于操作方便、设备前逐渐被多线切割取代，不过由于操作方便、设备成本等因素，在小批量硅片生产中依然经常使用。成本等因素，在小批量硅片生产中依然经常使用。n设备分类：设备分类：立式、卧式内圆切割机。立式、卧式内圆切割机。 立式内圆切割原理立式内圆切割原理n内圆切割刀片：内圆切割刀片：绕自身轴（主轴）高速旋转运动。绕自身轴（主轴）
15、高速旋转运动。n工件（硅锭）：工件（硅锭）： 进刀：进刀：硅锭从刀片圆心向外径方向逐渐水平移动，硅锭从刀片圆心向外径方向逐渐水平移动，实现切割。实现切割。 退刀：退刀：切割完一片，硅锭水平退回到圆心。切割完一片，硅锭水平退回到圆心。 分度进给：分度进给：硅锭在硅锭在垂直方向垂直方向移动，距离为：移动，距离为： 硅片厚度硅片厚度+切口厚度切口厚度/2。 V1d转动速度：高达转动速度：高达2000 r/mim(圈圈/分分)内圆切割的特点内圆切割的特点n优点：优点：l成本低成本低l可切的硅棒尺寸可切的硅棒尺寸中等中等l可以切割不同厚度的硅片可以切割不同厚度的硅片n不足：不足：l效率低效率低每次只切一
16、片每次只切一片l无法切割大尺寸硅棒无法切割大尺寸硅棒l有一定厚度的切口有一定厚度的切口l碎片、划痕较严重碎片、划痕较严重内圆切割典型参数内圆切割典型参数指标指标参数参数最大切割直径最大切割直径152mm最大切割长度最大切割长度400mm切片范围切片范围0.360 mm (300um)水平竖直调整水平竖直调整7、7转速转速02100 r/min切割速度切割速度3200 mm/min多线切割和内圆切割的比较多线切割和内圆切割的比较内圆切割内圆切割多线切割多线切割切割方式切割方式固定磨粒固定磨粒游离磨粒游离磨粒损伤厚度（损伤厚度（um）2030515生产效率（生产效率（cm2/h）103011020
17、0每次切片数量每次切片数量1200400切缝（切缝（um）300500150210切片厚度（切片厚度（um）350180可切硅锭最大直径（可切硅锭最大直径（mm）200300硅片硅片TTV （um）2550510内圆切割机组成内圆切割机组成内圆切割机内圆切割机机座机座工作台工作台主轴主轴电器控制电器控制冷却系统冷却系统液压控制液压控制工件移动的平台工件移动的平台工件移动的动力工件移动的动力刀片高速旋转轴刀片高速旋转轴切割过程的控制切割过程的控制冷却切割部分冷却切割部分内圆切割工艺流程内圆切割工艺流程准备工作准备工作粘接粘接定向定向上机切割上机切割先粘结再定向，机器上可以先粘结再定向，机器上可以
18、再次调节切割方向再次调节切割方向n准备工作：准备工作：熟悉操作指令、核对工件、检查设备等。熟悉操作指令、核对工件、检查设备等。 加工指令：加工指令：客户的参数要求，包括晶片取向、厚度、客户的参数要求，包括晶片取向、厚度、 TTV BOW，Warp等。等。 核对工件：核对工件：外观尺寸与编号等。外观尺寸与编号等。 检查设备。检查设备。n粘接：粘接： 选取方位。选取方位。 按照粘接工艺进行粘结。按照粘接工艺进行粘结。 使用使用AB胶，将硅棒粘结在托板上，托板上有固定螺丝，胶，将硅棒粘结在托板上，托板上有固定螺丝，可以固定在切割机上。（下一节具体介绍）。可以固定在切割机上。（下一节具体介绍）。粘接粘
19、接n粘接方位的选取：粘接方位的选取： （100）硅锭，与主参考面成）硅锭，与主参考面成45角。角。 （111）硅锭，与主参考面成）硅锭，与主参考面成90角。角。n选取的原因：选取的原因： 1）出刀口避开解理面。出刀口避开解理面。 2）便于定向切割。便于定向切割。222(11 0), (1 1 1)()00(1 12)(11 0), (0 0 1)()2( cos()40(1 0 0)a b cabcaba b cababcc ( 0 01)切割切割锯片沿着垂直切割面（晶面）方向振动，会使薄片倾向沿着和切割面垂直方向破裂。切割面切割面(001)解离面易破裂解离面易破裂截面图截面图主参考面主参考面
20、n定向与校对：定向与校对： 采用光图定向或者采用光图定向或者X射线衍射定向，确定切割方向射线衍射定向，确定切割方向的过程。的过程。n上机切割：上机切割： 切割时，先切出第一片，然后测量，如满足要求，切割时，先切出第一片，然后测量，如满足要求，再继续切片。再继续切片。4. 多线切割设备与工艺多线切割设备与工艺n1）多线切割设备与地位多线切割设备与地位n2）多线切割工艺流程多线切割工艺流程多线切割原理多线切割原理n定义：定义：在机器导线轮带动下，光滑的在机器导线轮带动下，光滑的钢线钢线做做高速运动高速运动，并对线网喷涂研磨，并对线网喷涂研磨砂浆砂浆，高速运，高速运动的钢线将砂浆带到钢线和硅棒的接触
21、面上，动的钢线将砂浆带到钢线和硅棒的接触面上，从而实现线网和工件发生相对摩擦，而完成从而实现线网和工件发生相对摩擦，而完成对材料的切割过程。对材料的切割过程。n切割方式：切割方式：游离磨粒式研磨。游离磨粒式研磨。多线切割示意图多线切割示意图研磨浆研磨浆放线放线收线收线HCT B5钢线直径：钢线直径：120150um头发丝直径：头发丝直径：70100um多线切割机的发展多线切割机的发展n问世：问世： 1983年，第一台线切割机问世年，第一台线切割机问世HCT。n优化改进：优化改进： 1893年到年到2000，HCT大约卖出大约卖出150台。台。n技术成熟：技术成熟： 2006年，年，HCT当年卖
22、出大约当年卖出大约100台线切割机。台线切割机。多线切割机的主要品牌多线切割机的主要品牌n瑞士瑞士HCT （美国应用材料公司）（美国应用材料公司）最早的最早的多线切割机。多线切割机。n瑞士瑞士Meyer-Burger梅耶博格（梅耶博格（MB）。）。nNTC日本。日本。n安永安永日本。日本。n国产：汉虹、日进等国产：汉虹、日进等品牌品牌功率功率（KW）线速度线速度（m/s）切割液切割液黏度黏度切割液切割液（油（油/水水性）性）价格价格市场市场HCT208121355聚乙二醇聚乙二醇MB1351355聚乙二醇聚乙二醇NTC（日）（日）508510.5112225聚乙二醇聚乙二醇/水性水性市场市场最
23、大最大安永安永（日）（日）758.418（水性）（水性）配方复杂配方复杂最低最低多线切割关键技术多线切割关键技术n高密集排线高密集排线自动放线、排线、收线设备自动放线、排线、收线设备n线网高速运动线网高速运动电机同步启动、加减速、停止电机同步启动、加减速、停止n线网稳定运动线网稳定运动控制张力和速度，实时调节控制张力和速度，实时调节n和钢线运动相匹配的砂浆和钢线运动相匹配的砂浆浓度，粘度，喷速浓度，粘度，喷速n自动实时调节自动实时调节张力、速度、粘度等参数需要张力、速度、粘度等参数需要匹配工作，目的是保证切割区摩擦力的稳定性。匹配工作，目的是保证切割区摩擦力的稳定性。n应急方案：应急方案：如中
24、途出现翘曲、断线、应及时发现，如中途出现翘曲、断线、应及时发现，并处理。并处理。 n多线切割机部件：多线切割机部件：l钢线、砂浆、切割液，钢线、砂浆、切割液，l影响多线切割的因素影响多线切割的因素n多线切割机工艺流程多线切割机工艺流程l粘结、粘结、l去胶、去胶、l故障处理（断线）故障处理（断线）钢线钢线n超精细钢线，直径超精细钢线，直径120150um，（人头发丝，（人头发丝70100um）n运动速度：运动速度：1013 m/S (HTC)n作用：作用：高速运动，负载砂浆到切割区高速运动，负载砂浆到切割区n主要参数：主要参数：速度，张力速度，张力n张力：张力：过大，摩擦力变大，易形成崩边破裂；
25、过大，摩擦力变大，易形成崩边破裂； 过小，切割面弯曲，硅片翘曲，切割速度慢过小，切割面弯曲，硅片翘曲，切割速度慢n速度：速度：过大，携带砂浆减少，切割慢，易断线过大，携带砂浆减少，切割慢，易断线 过小，切割区砂浆增多，摩擦力过大，容易断线。过小，切割区砂浆增多，摩擦力过大，容易断线。n钢线运动，应该和设备功率，砂浆参数相匹配钢线运动，应该和设备功率，砂浆参数相匹配砂浆砂浆n主要组成：主要组成：l切割液：切割液：4分子聚乙二醇分子聚乙二醇(PEG)粘稠油状粘稠油状液体液体 作用：负载磨粒，形成悬浮液作用：负载磨粒，形成悬浮液l磨粒：磨粒：SiC颗粒颗粒810um； 作用：研磨作用：研磨乙二醇：乙
26、二醇：HOCH2-CH2OH聚乙二醇：聚乙二醇： HO-CH2 (CH2-O-CH2)3CH2-OH砂浆的目的砂浆的目的n主要目的：主要目的：研磨颗粒悬浮在切割液中，形成悬浊研磨颗粒悬浮在切割液中，形成悬浊液，这样携带研磨颗粒的能力。液，这样携带研磨颗粒的能力。n由于研磨颗粒由于研磨颗粒SiC有一定密度，因此，切割液密度有一定密度，因此，切割液密度不是任意值。不是任意值。n切割液需要一定润滑作用，因此，需要一定粘度。切割液需要一定润滑作用，因此，需要一定粘度。n另外，研磨区温度升高，有大量硅粉脱离，应保另外，研磨区温度升高，有大量硅粉脱离，应保证研磨浆顺利排离研磨区，防止磨粒和硅粉团聚，证研磨
27、浆顺利排离研磨区，防止磨粒和硅粉团聚，切割液独自排出。切割液独自排出。 典型配比：典型配比：聚乙二醇和聚乙二醇和SiC，1:(0.920.95)PEG携带磨粒原理携带磨粒原理HO-CH2-(CH2-OCH2)3CH2-OHHO-CH2-(CH2-OCH2)3CH2-OHHO-CH2-(CH2-OCH2)3CH2-OHSiC氢键氢键砂浆参数砂浆参数n切割液切割液l分子量分子量的均匀性的均匀性密度密度悬浮能力悬浮能力l粘度粘度摩擦力、润滑性摩擦力、润滑性l温度温度稳定性稳定性密度、粘度密度、粘度稳定携带砂浆稳定携带砂浆能力能力l水溶性水溶性清理清理nSiC研磨颗粒：研磨颗粒：l尺寸大小尺寸大小l硬
28、度硬度l外形外形砂浆主要作用砂浆主要作用n切割液：切割液：l负载磨粒负载磨粒l切割区降温切割区降温l润滑切割区润滑切割区l排渣（硅粉等）排渣（硅粉等）l防锈防锈n磨粒：磨粒：l磨削切割磨削切割影响多线切割的因素影响多线切割的因素n切割液切割液的黏度的黏度聚乙二醇的分子量。聚乙二醇的分子量。n切割磨粒切割磨粒的外形、尺寸分布等。的外形、尺寸分布等。n砂浆的砂浆的黏度黏度配比有关，和设备功率匹配。配比有关，和设备功率匹配。n砂浆的砂浆的流速流速钢线运动速度相匹配。钢线运动速度相匹配。n钢线的钢线的运动速度运动速度设备功率。设备功率。n钢线的钢线的张力大小张力大小设备稳定性。设备稳定性。n工件工件进
29、给进给速度速度切割的稳定。切割的稳定。影响多线切割的因素影响多线切割的因素太大太大太小太小切割液切割液PEG黏度黏度摩擦力太大、无法摩擦力太大、无法冷却，表面划痕、冷却，表面划痕、断线断线无法悬浮磨粒或无法悬浮磨粒或者切割太慢者切割太慢SiC含量含量摩擦力太大，划痕、摩擦力太大，划痕、断线断线切割变慢切割变慢张力张力断线、划痕、崩边断线、划痕、崩边切割变慢切割变慢硅片翘曲硅片翘曲发展趋势发展趋势n切割出更薄的硅片切割出更薄的硅片密集线网密集线网n金刚线取代光滑钢线金刚线取代光滑钢线切割速度快切割速度快n发展水性切割液发展水性切割液（日本）（日本）n电火花线切取电火花线切取（日本）（日本）多线切
30、割机组成多线切割机组成多线切割机多线切割机框架框架切割区切割区绕线室绕线室砂浆系统砂浆系统温控系统温控系统动力系统动力系统切割硅棒切割硅棒钢线动力钢线动力收、放钢线收、放钢线向线网喷涂砂浆向线网喷涂砂浆切割区、砂浆温控切割区、砂浆温控切割切割收、放线收、放线张力调节张力调节布线结构布线结构放线轮放线轮排线装置排线装置张力调节张力调节切割区切割区收线轮收线轮排线装置排线装置张力调节张力调节绕线室绕线室张力调节张力调节槽距的选择槽距的选择硅片厚度硅片厚度钢线直径钢线直径W最终硅片最终硅片H去除层去除层KD=H+K+WD切割区切割区n切割区包括：切割区包括：工作台、导轮、线网等。工作台、导轮、线网等
31、。 工作台：工作台：工件（硅锭）固定在工件架上，再工件（硅锭）固定在工件架上，再把工件架固定在工作台上，工作台可以固定把工件架固定在工作台上，工作台可以固定多个工件架。多个工件架。 导线轮：导线轮：支撑导线的滑轮，上面有钢线的线支撑导线的滑轮，上面有钢线的线槽。槽。n绕线室：绕线室：切割钢线的缠绕区，包括：放线轮，切割钢线的缠绕区，包括：放线轮，收线轮，排线装置，张力调节装置等。收线轮，排线装置，张力调节装置等。n工作原理：工作原理：电机驱动线轴转动，钢线由放线电机驱动线轴转动，钢线由放线轮放出经过排线装置和张力调节，进入切割轮放出经过排线装置和张力调节，进入切割区缠绕导轮，再经过收线端张力调
32、节和排线区缠绕导轮，再经过收线端张力调节和排线装置，回到收线轮。装置，回到收线轮。4个导线轮个导线轮n砂浆系统：砂浆系统：砂缸、喷嘴、砂浆温度和流量制。砂缸、喷嘴、砂浆温度和流量制。 砂浆放于砂缸中，砂浆通过压力注入喷管最终砂浆放于砂缸中，砂浆通过压力注入喷管最终由喷嘴喷出，喷出的砂浆，要控制温度、密度、由喷嘴喷出，喷出的砂浆，要控制温度、密度、黏度和速度，一般温度黏度和速度，一般温度20。切割机的绕线切割机的绕线n收、放线轮收、放线轮：钢线长度有限，可以手动绕线。：钢线长度有限，可以手动绕线。n切割部分：切割部分：l手动将钢线缠绕在导轮上（手动将钢线缠绕在导轮上（25圈），圈），l用胶带将钢
33、线粘结在导轮上，用胶带将钢线粘结在导轮上，l开电机使设备自己转动，逐渐缠绕在线网开电机使设备自己转动，逐渐缠绕在线网上。上。多线切割工艺流程多线切割工艺流程准备工作准备工作晶体定向晶体定向粘结粘结系统调整系统调整上机切割上机切割去胶去胶清洗清洗粘接粘接n粘胶：粘胶：采用胶水等物质，将工件（硅锭）粘接在工采用胶水等物质，将工件（硅锭）粘接在工件平板上的过程。件平板上的过程。n注意事项：注意事项： 粘结前，注意检查工件长度、表面、崩边等。粘结前，注意检查工件长度、表面、崩边等。 过程控制：环境温度、湿度、粘结面干净。过程控制：环境温度、湿度、粘结面干净。n切割硅棒时，通过螺丝把硅棒固定在工件架上。
34、切割硅棒时，通过螺丝把硅棒固定在工件架上。粘接流程粘接流程确定粘接方位确定粘接方位清理晶棒和工具清理晶棒和工具调配胶水调配胶水涂胶加压固化涂胶加压固化硅棒粘胶的过程硅棒粘胶的过程n粘胶的最终结构：粘胶的最终结构：固定铁板固定铁板螺丝孔螺丝孔玻璃板玻璃板硅棒硅棒界面界面界面界面粘胶流程粘胶流程表面清理表面清理界面界面粘胶粘胶玻璃表面清理玻璃表面清理四边粘美纹纸四边粘美纹纸待胶固化待胶固化界面界面粘胶粘胶胶未完全固化胶未完全固化压块压块去除美纹纸去除美纹纸擦拭边缘胶擦拭边缘胶压块静置压块静置美纹纸美纹纸粘接胶粘接胶表面清理表面清理n固定铁板：固定铁板：采用细砂纸打磨。采用细砂纸打磨。 含有上次涂胶
35、。含有上次涂胶。n玻璃板、硅棒：玻璃板、硅棒：丙酮和无水乙醇擦拭。丙酮和无水乙醇擦拭。 丙酮可溶解有机物；丙酮可溶解有机物； 乙醇安全低廉的擦洗溶剂。乙醇安全低廉的擦洗溶剂。 二者极易挥发，无残留二者极易挥发，无残留 。粘接过程的典型时间粘接过程的典型时间n涂胶涂胶有效时间：有效时间：10分钟。分钟。n粘胶粘胶固化固化：20分钟。分钟。n压块压块静置静置：6小时。小时。粘接胶的状况粘接胶的状况n主要供应商：主要供应商： 美国红胶，日本黑胶，中国上海都为。美国红胶，日本黑胶，中国上海都为。 AB胶指一种两夜混合而硬化的胶，即本胶和硬化剂。胶指一种两夜混合而硬化的胶，即本胶和硬化剂。n性能要求：性
36、能要求： 粘结性和强度好。粘结性和强度好。 固化稳定，速度快。固化稳定，速度快。 抗冲击能力强抗冲击能力强多线切割。多线切割。 流动性不能太大流动性不能太大压棒无外溢，切割时无挂线。压棒无外溢，切割时无挂线。 热水下容易脱胶，且速度快，无残留。热水下容易脱胶，且速度快，无残留。 颜色易辨别。颜色易辨别。粘胶过程事项粘胶过程事项n粘胶房的温度：粘胶房的温度：大约在大约在2525，湿度大约，湿度大约6060以下。以下。n胶水：胶水：日本的日本的W型胶水或者美国胶水。型胶水或者美国胶水。n调胶：调胶：按比例为按比例为1 1（粘接剂）：（粘接剂）：1 1（硬化剂），充（硬化剂），充分搅拌后（分搅拌后（
37、1 1分钟左右），均匀的抹涂于工件板上，分钟左右），均匀的抹涂于工件板上，然后将玻璃板用均力粘接到工件板上。然后将玻璃板用均力粘接到工件板上。n时间：时间：整个过程控制在整个过程控制在1010分钟以内。分钟以内。n清洁清洁：粘接面上用丙酮擦拭干净，不允许有杂质、：粘接面上用丙酮擦拭干净，不允许有杂质、油污。油污。多线切割中的主要故障多线切割中的主要故障n跳线跳线钢线滚出刻槽。钢线滚出刻槽。n断线断线钢线断裂。钢线断裂。n硅片表面划痕。硅片表面划痕。n崩边。崩边。断线故障的处理断线故障的处理n发生断线，发生断线，首先首先停机停机，硅锭上升并脱离线网，硅锭上升并脱离线网，然后进行连线处理：然后进行
38、连线处理： 1）进线端断线。进线端断线。2）出现端断线。出现端断线。n一旦断线，导轮上线会脱落，首先手动安装一旦断线，导轮上线会脱落，首先手动安装导轮上的线，然后连接导轮上的线和断线。导轮上的线，然后连接导轮上的线和断线。n接线方法：焊接，并将焊接处打磨干净。接线方法：焊接，并将焊接处打磨干净。例：出线端断线例：出线端断线顺时针导轮绕线顺时针导轮绕线顺时针转动顺时针转动收线轮连线收线轮连线按运动方向将线绕过导线轮，再连接至切割区按运动方向将线绕过导线轮，再连接至切割区。冲洗与去胶冲洗与去胶n1）冲洗：切割结束以后，硅片表面很脏，（包括冲洗：切割结束以后，硅片表面很脏，（包括研磨浆和硅的研磨下的
39、粉末等），先用水冲洗这些研磨浆和硅的研磨下的粉末等），先用水冲洗这些脏物。脏物。n2）去胶：即去除表面的粘结剂和托板的过程。去胶：即去除表面的粘结剂和托板的过程。 方法：方法： 1. 冷粘胶：将硅片浸入沸水，使粘结胶软化，手撕冷粘胶：将硅片浸入沸水，使粘结胶软化，手撕去除去除最理想。最理想。 2. 热粘胶：洗涤剂热粘胶：洗涤剂:水水=1:9配置洗涤液，进行煮沸，配置洗涤液，进行煮沸，进行去胶。进行去胶。典型脱胶操作流程典型脱胶操作流程喷淋冲洗喷淋冲洗超声清洗超声清洗热水脱胶热水脱胶v 脱胶过程中要固定硅片，不能散乱。脱胶过程中要固定硅片，不能散乱。2.4.7 硅片的性能参数硅片的性能参数硅片参
40、数硅片参数硅片厚度硅片厚度总厚度变化总厚度变化TTV弯曲度弯曲度BOW翘曲度翘曲度WARP表面取向表面取向表面质量如缺口表面质量如缺口,线痕线痕硅片的厚度参数硅片的厚度参数n厚度包括：硅片的厚度厚度包括：硅片的厚度(T)和总厚度变化和总厚度变化(TTV)。 厚度：厚度：在硅片上某一点处，垂直穿过硅片的距离。在硅片上某一点处，垂直穿过硅片的距离。 硅片中心点的厚度为标称厚度，即通常指的硅片中心点的厚度为标称厚度，即通常指的 硅片厚度。硅片厚度。 总厚度变化总厚度变化TTV：硅片上各点最大厚度与最小厚度硅片上各点最大厚度与最小厚度之差。之差。 即：即：TTV=Tmax-Tminn硅片厚度单位：微米
41、硅片厚度单位：微米 umd1d2标称厚度标称厚度d3总厚度变化：总厚度变化：TTV=Tmax-Tmin =abs(max(d1,d2,d3)-min(d1,d2,d3)弯曲度（弯曲度（BOW）和翘曲度（）和翘曲度（WARP）n硅片的中线面：硅片的中线面：也称中心面，即硅片正、反也称中心面，即硅片正、反面间等距离点组成的面。面间等距离点组成的面。n弯曲度：弯曲度：是硅片中线面凹凸形变的量度，指是硅片中线面凹凸形变的量度，指最大变形量。最大变形量。n翘曲度：翘曲度：是硅片中线面与一基准平面偏离的是硅片中线面与一基准平面偏离的量度，即硅片中线面与一基准平面之间的最量度，即硅片中线面与一基准平面之间的
42、最大距离与最小距离的差值。大距离与最小距离的差值。Warp翘曲度的表示翘曲度的表示下界面下界面上界面上界面A在在A点，硅片中线面和基准平面的距离：点，硅片中线面和基准平面的距离：(x1+x2)/2x2x1d最小距离：最小距离：d/2，反向翘曲时，此致为负值。，反向翘曲时，此致为负值。翘曲度：翘曲度：d/2-(x1+x2)/2多线切割的其它应用多线切割的其它应用n除了硅片切割之外，多线切割的应用还有：除了硅片切割之外，多线切割的应用还有： a. 多线开方。多线开方。 b. 多线硅芯切割机。多线硅芯切割机。多线开方机结构多线开方机结构硅硅(铸铸)碇推车碇推车机柜机柜绕线室绕线室开方室开方室操纵台操
43、纵台研磨浆研磨浆开方区域线网开方区域线网 线网结构线网结构多线开方的结构与特点多线开方的结构与特点n线锯的主要特点：线锯的主要特点： 1. 可以同时进行两个方向的切割，效率更高。可以同时进行两个方向的切割，效率更高。 2. 表面粗糙度更小，损伤层更薄，（和带锯表面粗糙度更小，损伤层更薄，（和带锯等手段相比）。等手段相比）。 3. 可以同时进行多根硅锭的切割。可以同时进行多根硅锭的切割。 因此线锯的开方，尤其是金钢线线锯的开因此线锯的开方，尤其是金钢线线锯的开方，是目前的发展趋势。方，是目前的发展趋势。硅芯切割硅芯切割n硅芯：硅芯：高纯多晶硅的生产中，即改良西门子高纯多晶硅的生产中，即改良西门子
44、法，在高温条件下（法，在高温条件下（1100），采用），采用H2从气从气态的态的SiHCl3中，还原出中，还原出Si。为了控制。为了控制Si生长，生长，一般在腔体内放入一根细长的硅芯，还原出一般在腔体内放入一根细长的硅芯，还原出来的硅，在硅芯表面进行生在。来的硅，在硅芯表面进行生在。n硅芯的形状：细长的棒，圆形或者方形截面，硅芯的形状：细长的棒，圆形或者方形截面，n参数：直径参数：直径710mm， 长度：长度：20003000mm。n特点：细长。特点：细长。n硅芯的获得：硅芯的获得： 1）传统方法：传统方法：区熔法区熔法。 将直径将直径50mm的略粗硅锭，进行拉细拉长而的略粗硅锭，进行拉细拉长
45、而获得。获得。 缺点：生长速度慢（缺点：生长速度慢（3h一根），耗电严重。一根），耗电严重。 2）主流发展方法：主流发展方法：切割法切割法。 采用金刚石钢线等，将大块硅晶体进行切割，采用金刚石钢线等，将大块硅晶体进行切割，获得长柱状硅芯。获得长柱状硅芯。 优点：生产效率高（每天切割近优点：生产效率高（每天切割近200根），节根），节能。能。硅芯切割机硅芯切割机材料利用率较高材料利用率较高7mm2000mm2.6 切割液的回收利用切割液的回收利用n切割液一般一次利用，而后形成废液，废液切割液一般一次利用，而后形成废液，废液的排放对环境危害极大，而且切割液的单次的排放对环境危害极大，而且切割液的单
46、次使用，会形成切割成本的增加。使用，会形成切割成本的增加。n切割液回收的驱动：切割液回收的驱动：经济利益经济利益+环保。环保。n回收难点：回收难点： 如何分离出高纯度聚乙二醇液体和如何分离出高纯度聚乙二醇液体和SiC颗粒。颗粒。 回收的成本要低于购买新液，才有经济回报。回收的成本要低于购买新液，才有经济回报。n切割液成分：切割液成分：聚乙二醇、聚乙二醇、SiC颗粒、硅粉末、颗粒、硅粉末、水、其它杂质。水、其它杂质。n危害：危害： 聚乙二醇是油性分子，分子较大，很难降解聚乙二醇是油性分子，分子较大，很难降解为小分子。为小分子。 SiC颗粒尺寸很小，化学惰性，对环境污染很颗粒尺寸很小，化学惰性，对
47、环境污染很大。大。NoImageNoImage离心离心搅拌搅拌多次过滤多次过滤清液清液脱水脱水添加添加SiC研磨浆研磨浆离心液离心液离子交换离子交换例：切割液的回收例：切割液的回收本章内容本章内容作业作业n简述晶体定向的方法与原理。简述晶体定向的方法与原理。n简述内圆切割的原理和工艺流程。简述内圆切割的原理和工艺流程。n简述多线切割的原理和工艺流程。简述多线切割的原理和工艺流程。n简述多线切割的切割液构成和主要作用。简述多线切割的切割液构成和主要作用。n多线切割的优势有哪些。多线切割的优势有哪些。n两种切割方式为何定向和粘接的次序不同。两种切割方式为何定向和粘接的次序不同。n硅片厚度由导轮（槽轮）的哪些参数决定。硅片厚度由导轮（槽轮）的哪些参数决定。n影响多线切割的因素有哪些。影响多线切割的因素有哪些。n简述硅片的主要特征参数。简述硅片的主要特征参数。
