回收碳化硅使用比例對(duì)硅片質(zhì)量的影響

摘要： 　　碳化硅微粉是多線切割硅片中最主要的磨料，適合切割較硬、脆的材料。多線切割是由導(dǎo)輪帶動(dòng)鋼線進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)，由鋼線攜帶砂漿進(jìn)行研磨的切割方式，而砂漿就是懸浮液（PEG）和碳化硅（SiC）的混合物，當(dāng)切割完畢后新砂漿變成廢舊砂漿，如果把廢砂漿丟棄會(huì)造成極大的環(huán)境污染而且對(duì)成本降低也不利，所以目前光伏行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是使用回收碳化硅，本文討論了不同比例的回收碳化硅對(duì)硅片質(zhì)量的影響。 　　引言： 　　砂漿就是懸浮液（PEG）和碳化硅（SiC）的混合物，切割完的廢砂漿中由于含有較多的鐵粉、硅粉等雜質(zhì)，并且參與切割后的許多碳化硅顆粒破損，直接再參與切割會(huì)對(duì)切割能力造成極大影響，從而影響硅片質(zhì)量，所以需要對(duì)廢砂漿進(jìn)行提煉，將里面的碳化硅及懸浮液進(jìn)行再處理，然后將再處理后的碳化硅及懸浮液與新碳化硅、新懸浮液進(jìn)行一定的比例混配再次切割，目前行業(yè)內(nèi)一般回收碳化硅比例到60%-80%，回收切割液比例使用比例達(dá)到40%-90%，甚至100%。 　　一、碳化硅中影響質(zhì)量的參數(shù) 　　硅片切割主要是鋼線攜帶砂漿進(jìn)行研磨的滾動(dòng)式切割，而起主導(dǎo)作用的就是砂漿中的碳化硅，由于切割中碳化硅會(huì)與硅發(fā)生碰撞、摩擦，使得碳化硅部分顆粒不斷的磨損及破碎，從而影響了硅片切割的質(zhì)量。 　　在碳化硅幾個(gè)主要的參數(shù)當(dāng)中，硬度、粒型、粒徑、圓形度及微粉含量在切割中起到了至關(guān)重要的作用，碳化硅硬度是受碳化硅生產(chǎn)的原料的硬度決定的，冶煉時(shí)間的長(zhǎng)短決定了碳化硅的硬度，如果硬度過(guò)低，在切割過(guò)程中與硅碰撞摩擦，會(huì)導(dǎo)致顆粒被磨平鈍化，導(dǎo)致切割能力不足，最終會(huì)使硅片產(chǎn)生鋸痕；粒型與其破碎的工藝相關(guān)，如果顆粒當(dāng)中長(zhǎng)條狀、扁平狀顆粒較多，切割過(guò)程中就不會(huì)起到對(duì)硅的滾動(dòng)摩擦，從而使切割能力下降，造成硅片鋸痕、切斜的發(fā)生；碳化硅生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)法對(duì)相同粒徑的顆粒進(jìn)行集中分離，但是顆粒較大與顆粒較小的碳化硅對(duì)切割質(zhì)量都有不利影響，所以都會(huì)要求中值粒徑在某一范圍內(nèi)；圓形度及微粉含量在回收碳化硅中體現(xiàn)尤為明顯，圓形度表征的是碳化硅棱角的鋒利程度，在硅片切割時(shí)，如果圓形度較大，即棱角平滑，會(huì)使切割能力不足導(dǎo)致硅片鋸痕的產(chǎn)生；碳化硅的制作過(guò)程中尤其是碳化硅從廢砂漿回收過(guò)程中，微粉很難處理干凈，一般指粒徑小于2μm的顆粒，微粉存在過(guò)多的話，切割過(guò)程中微粉會(huì)對(duì)碳化硅形成包裹，從而使碳化硅的切割能力下降，影響硅片質(zhì)量。 　　二、機(jī)床試驗(yàn)部分 　　使用相同的設(shè)備對(duì)156*156mm多晶硅塊進(jìn)行切割，對(duì)比不同回收碳化硅比例下的硅片切割質(zhì)量情況，回收碳化硅比例50%、60%、65%，回收切割液比例90%、鋼線型號(hào)0.13mm，相同的工藝參數(shù)、相同的砂漿更新量的條件下進(jìn)行，同時(shí)使用掃描電鏡、貝克曼粒徑分析儀、馬爾文3000圓形度儀對(duì)碳化硅顆粒進(jìn)行了圓形度、粒徑及微粉含量等的檢測(cè)，同時(shí)對(duì)比了不同回收碳化硅比例的廢砂漿中硅粉、鐵粉及硅片質(zhì)量的檢測(cè)。 　　三、試驗(yàn)結(jié)果分析 　　1．取GC1200#新碳化硅和切割后回收碳化硅各一組樣品進(jìn)行粒度及圓形度檢測(cè)，從圖中可以看出切割前后碳化硅粒度分布無(wú)明顯區(qū)別。 　　從圖3、圖4中看出回收碳化硅的圓形度值由于切割中磨損數(shù)值明顯高于新碳化硅，數(shù)值約相差0.1um。 　　從圖5、圖6中觀察抽測(cè)的新舊碳化硅中小于2um微粉含量情況，由于回收碳化硅處理工藝決定，回收碳化硅中微粉較新碳化硅中微粉略多2-3%。 　　2．根據(jù)試驗(yàn)部分，分別抽測(cè)切割完畢后的3組廢砂漿若干次進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)不同回收砂比例切割后的廢砂漿中所含鐵粉有較大差別，因?yàn)榛厥丈氨壤龃蠛蠡厥丈皩?duì)切割質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致鋼線摩擦加大，使鐵粉含量增加。 　　四、不同回收砂比例對(duì)硅片質(zhì)量的影響 　　從上述檢測(cè)結(jié)果不難看出，隨著回收砂比例的增大，鋼線磨損增加，導(dǎo)致切割末端鋼線直徑變小，斷線的幾率也就隨之增大；而且隨切割時(shí)間的推移，碳化硅顆粒不斷破碎磨損，切割能力必定有所降低，那么硅片出現(xiàn)鋸痕的幾率就會(huì)增加，并且參加完整個(gè)切割過(guò)程后，膠面出刀部位很容易出現(xiàn)硅片小崩邊現(xiàn)象。 　　1．根據(jù)機(jī)床試驗(yàn)部分對(duì)切割后的硅片若干組樣品進(jìn)行鋸痕檢測(cè)，從檢測(cè)結(jié)果看出硅片鋸痕值都能滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求，但是不同回收砂比例切割后的硅片鋸痕有一定區(qū)別，回收砂比例越大，鋸痕越大，基本呈線性關(guān)系，每提高10%比例的回收砂，硅片鋸痕值增大約0.8um。 　　2．根據(jù)機(jī)床試驗(yàn)部分對(duì)切割后的硅片若干組樣品進(jìn)行TTV檢測(cè)，從檢測(cè)結(jié)果看出硅片TTV值都能滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求，但是不同回收砂比例切割后的硅片TTV有一定區(qū)別，回收砂比例越大，TTV值越小，因?yàn)榛厥丈氨壤龃蠛髮?duì)硅的磨損普遍下降尤其是入線口處，每提高10%比例的回收砂，硅片TTV值減小約1.5um。 　　3．由硅片TTV和鋸痕檢測(cè)不難發(fā)現(xiàn)，不同回收砂比例切割硅片質(zhì)量參數(shù)有不同之處，但是都符合生產(chǎn)質(zhì)量的要求。而對(duì)應(yīng)不同回收碳化硅使用比例所切割的合格率為95.45%、95.62%、95.23%。隨著回收砂比例的增大，切割質(zhì)量并未見(jiàn)多大影響，而且也并不是隨比例增加呈線性關(guān)系。 　　五、結(jié)論 　　通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，其它切割條件相同，使用不同回收砂比例切割，如果質(zhì)量不穩(wěn)定會(huì)使硅片切斜的幾率增大，導(dǎo)致鋸痕增大，同時(shí)增大回收砂比例也會(huì)對(duì)膠面出刀小崩邊有一定影響。如果回收砂質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，增大回收砂比例對(duì)硅片TTV有好的影響，但會(huì)使硅片鋸痕稍偏大，也會(huì)不同程度的影響硅片小崩邊尤其是出刀膠面小崩邊會(huì)增多，如果工藝調(diào)試的比較匹配不會(huì)對(duì)切割合格率造成影響，而且隨著回收砂比例的增大，對(duì)硅片切割成本有較大貢獻(xiàn)。