賈 曦 樂棟賢

（樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院新能源工程系；四川 樂山 610400）

淺析硅單晶線鋸開方的工藝控制

賈 曦 樂棟賢

（樂山職業(yè)技術(shù)學(xué)院新能源工程系；四川 樂山 610400）

線鋸開方是一種新型的硅棒剖方加工技術(shù),具有加工效率高、精度高、硅料損耗小和方便后續(xù)加工等特點。本文通過提高進(jìn)給速度、減少新線進(jìn)給量等工藝條件達(dá)到減少加工時間和降低切割鋼線的消耗量。

線鋸開方；進(jìn)給速度；進(jìn)給量

1.引言

隨著全球各國綠色能源的推廣和近年來光伏產(chǎn)業(yè)的超常規(guī)發(fā)展[1],硅片市場的供需已極度不平衡,加工能力落后的金剛石刀具剖方技術(shù)已構(gòu)成了硅片加工的瓶頸。線鋸剖方技術(shù)具有加工效率高、精度高、硅料損耗小逐漸成為硅片加工企業(yè)的新寵。

線鋸剖方技術(shù)起源于多線切割技術(shù)[2]，是一種不影響工件特性的物理加工方法，通過交錯的金屬絲網(wǎng)（線鋸）的高速往復(fù)運動,把磨粒帶入工件加工區(qū)域進(jìn)行研磨，最終把單晶硅圓棒切割成準(zhǔn)方棒。在整個切割過程中,主要涉及高速運動的金屬絲、切割砂（綠碳化硅）、切割液和切割工件,切割過程是金屬絲、切割液中的切割砂與工件相互接觸的復(fù)雜過程。切割砂在此起著刀具的作用，金屬絲并不進(jìn)行磨削加工而是主要起著將切割液高速帶入切割區(qū)并對切割砂起載荷的作用[3]。切割液主要起分散切割砂和冷卻的作用[4]。

2.工藝方案

工藝方案明細(xì)表見表1且每次工藝方案運行次數(shù)大于16刀。方案0指現(xiàn)場成熟工藝，工藝參數(shù)為：進(jìn)給速度為0.50mm/min、新線進(jìn)給量為40m/min、砂漿流量為130kg/L、砂漿密度為1.725kg/L。在此工藝條件下生產(chǎn)出的硅方棒幾何尺寸滿足公差要求，相鄰面垂直度小于10。,后續(xù)平磨滾磨加工無質(zhì)量異常反饋。方案1.進(jìn)給速度提高到0.55mm/min，新線進(jìn)給量從40m/min減少至37m/min。方案2.在方案1成功后提高進(jìn)給速度0.60mm/min、新線進(jìn)給量37m/min。方案3.進(jìn)給速度0.65mm/min、新線進(jìn)給量37/min。

表1 工藝方案表

工藝和檢測設(shè)備：日本NTC-MBS1000線鋸開方機(jī)，游標(biāo)卡尺，多功能角度尺，密度計

結(jié)果與分析

表2是三次工藝方案運行后的結(jié)果，從表中可得：當(dāng)進(jìn)給速度提高到0.55mm/min時加工時間減少60分鐘，加工效率提高8%；當(dāng)進(jìn)給速度提高到0.6mm/min時，加工時間減少，當(dāng)進(jìn)給速度提高到0.65mm/min時加工時間減少160分鐘，加工效率提高21%。每刀耗線量從31km減少到22km，耗線減少率為29%。

表2 工藝方案運行結(jié)果表

圖1是方案2產(chǎn)生的準(zhǔn)方棒的邊長-均值極差圖，該圖的源數(shù)據(jù)共25個。數(shù)據(jù)采集的規(guī)范是：每刀25支單晶棒中任意抽取5支，用精度為0.02mm的郵標(biāo)卡尺測量開方后準(zhǔn)方棒相對面的邊長，抽取最小值作為作圖數(shù)據(jù)。從圖1可得，在進(jìn)給速度為0.60，砂漿流量為130kg/min，新線供給量為37m/min時，開方后準(zhǔn)方棒的邊長都處于受控狀態(tài)，且從開方后平磨、滾磨工序的情況反饋，直徑在167mm以上無扭曲的圓棒在此工藝下無線痕、無未磨到情況。同理，在進(jìn)給速度為0.55，砂漿流量為130kg/min，新線供給量為37m/min時，開方后準(zhǔn)方棒的邊長都處于受控狀態(tài)。

圖1 開方后方棒邊長的均值-極差圖 （進(jìn)給速度0.60mm/min）

圖2 開方后方棒邊長的均值-極差圖（進(jìn)給速度0.65mm/min）

圖2是在進(jìn)給速度為0.65，砂漿流量為130kg/min，新線供給量為37m/min時，開方后準(zhǔn)方棒的邊長都處于非受控狀態(tài)，左圖數(shù)據(jù)點125.18已超出控制下線LCL，經(jīng)質(zhì)檢核查，該組準(zhǔn)方棒開方開偏，且從開方后平磨、滾磨工序的情況反饋，對于直徑在167mm以上非扭曲棒，在砂漿使用次數(shù)達(dá)十刀以上在出刀口出現(xiàn)分散深線痕和密集線痕情況，其具體原因還在進(jìn)一步確定中。

4.結(jié)論

日本NTC MBS-1000開方機(jī)從進(jìn)給速度550um/min、新線進(jìn)給量40km/min、砂漿流量130kg/L調(diào)整為進(jìn)給速度到600um/min,新線進(jìn)給量為37m/min，砂漿流量為130kg/min,砂漿密度為1.725-1.75kg/L時，作業(yè)時間減少至646分鐘，與原工藝相比加工效率提高15%；鋼線消耗量減少到24km/刀，與原工藝相比鋼線消耗量減少了23%；且開方后準(zhǔn)方棒質(zhì)量處于受控狀態(tài)。

[1]程志華，黃偉，裴仁清.多絲切割技術(shù)及其關(guān)鍵[J].工具技術(shù),2010，44(6)：51-53。

[2]王琮.半導(dǎo)體材料加工設(shè)備的新秀—多線切割機(jī)［J］. 電子工業(yè)專用設(shè)備，2004，（4）：63-65。

[3]舒繼千,魏昕,袁艷蕊.單晶硅游離磨粒線切割技術(shù)研究[J].工具技術(shù)，2009，43（1）：31-35。

[4]陳志軍,張華，劉振淮，丁國建。多線切割用砂漿懸浮機(jī)理研究[Z].

TG71

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