太陽(yáng)能硅片切割中薄厚片問(wèn)題分析

摘要：在太陽(yáng)能硅片生產(chǎn)過(guò)程中，薄厚片的存在會(huì)影響產(chǎn)品的合格率，同時(shí)會(huì)影響電池片的生產(chǎn)工藝。本文主要對(duì)太陽(yáng)能硅片產(chǎn)生薄厚片的原因進(jìn)行了分析，以更好地降低和避免薄厚片的產(chǎn)生。 　　1引言 　　切片工序是制備太陽(yáng)能硅片的一道重要工序，太陽(yáng)能硅片的切割原理是轉(zhuǎn)動(dòng)的鋼線上攜帶著大量碳化硅顆粒，同時(shí)工作臺(tái)位置緩慢下降，由于碳化硅的硬度大于多晶硅（晶體硅的莫氏硬度為6.5，碳化硅的莫氏硬度為9.5），依靠碳化硅的棱角不斷地對(duì)硅塊進(jìn)行磨削，起到切割作用。薄厚片是衡量硅片品質(zhì)的一個(gè)很重要的指標(biāo)。薄厚片的存在會(huì)影響硅片合格率及電池片的生產(chǎn)工藝，因此這對(duì)硅片品質(zhì)提出了更加嚴(yán)格的要求。 　　2硅片厚度產(chǎn)生偏差的原理 　　硅片的切割過(guò)程是在導(dǎo)輪上完成的，鋼線在導(dǎo)輪上纏繞形成相互平行的均勻線網(wǎng)，并以10-15m/s的速度運(yùn)動(dòng)，砂漿經(jīng)漿料嘴均勻地流到線網(wǎng)，砂漿中的碳化硅由于懸浮液的懸浮作用裹覆在鋼線上，對(duì)硅塊進(jìn)行切割。 　　但是隨著切割的進(jìn)行，鋼線和碳化硅都會(huì)出現(xiàn)不同程度地磨損，鋼線的橢圓度增大，攜砂能力下降，同時(shí)碳化硅的圓度變大，平均粒徑減小，切割能力也有所降低，因此，通常在平行工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的方向，硅片入刀點(diǎn)厚度小于出刀點(diǎn)厚度；而和硅塊運(yùn)動(dòng)方向垂直的方向上，硅片入線側(cè)厚度小于出線側(cè)厚度。硅片厚度有一定的偏差范圍，對(duì)于180μm厚度的硅片，其偏差范圍為±20μm，超過(guò)此范圍則成為不良品--薄厚片。從根本上講，薄厚片的產(chǎn)生都是由于各種問(wèn)題導(dǎo)致線網(wǎng)抖動(dòng)而造成的。 　　3薄厚片原因分析 　　薄厚片可分為兩大類(lèi)：（1）TV（Thickness Variation厚度偏差），主要指硅片與硅片之間相同位置之間的厚度偏差，通常存在于同一鋸硅片中。（2）TTV（TotalThickness Variation整體厚度偏差），指同一片硅片上最厚位置與最薄位置之間的偏差。薄厚片根據(jù)其在硅片內(nèi)的分布位置可以分為四類(lèi)：整片薄厚（TV）；入刀點(diǎn)薄厚（TTV）；硅片中部至出刀點(diǎn)薄厚（TTV）；單片薄厚不均（TTV）。其產(chǎn)生原因分析如下： 　　(1)整片薄厚：a.導(dǎo)輪槽距不均勻。硅片厚度=槽距-鋼線直徑-4倍的（碳化硅）D50，根據(jù)所需的硅片厚度要求，可以計(jì)算出最佳槽距。此外由于在切割過(guò)程中，鋼線會(huì)磨損，鋼線直徑變小，且端口由圓形變?yōu)闄E圓形，因此導(dǎo)輪槽距需要根據(jù)線損情況進(jìn)行補(bǔ)償，以保證硅片厚度均勻。 　　b.切割前未設(shè)好零點(diǎn)。正確設(shè)置零點(diǎn)的方法是（以HCT機(jī)床為例）：將晶棒裝載入機(jī)床后，手動(dòng)降工作臺(tái)使四條晶棒的導(dǎo)向條剛剛接觸線網(wǎng)并點(diǎn)擊觸摸屏主界面設(shè)零點(diǎn)按鈕，然后慢速將工作臺(tái)升至-1.5mm位置真正設(shè)零點(diǎn)并命名切割編號(hào)。如果零點(diǎn)位置設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)向條接觸到線網(wǎng)，則在切割開(kāi)始后鋼線由于受摩擦力作用張力不穩(wěn)，導(dǎo)致從入刀開(kāi)始即產(chǎn)生整片薄厚。 　　c.導(dǎo)向條與硅塊之間留有縫隙，切割開(kāi)始后，隨著鋼線的運(yùn)行，部分碎導(dǎo)向條被帶入線網(wǎng)，鋼線錯(cuò)位，由于鋼線在切割過(guò)程中會(huì)瞬間定位，這樣就造成硅片整片薄厚的現(xiàn)象。 　　d.導(dǎo)輪槽磨損嚴(yán)重。導(dǎo)輪涂層為聚氨酯材料，切割一定刀數(shù)后導(dǎo)輪槽根部磨損嚴(yán)重，導(dǎo)輪槽切偏，切割過(guò)程中鋼線在導(dǎo)輪槽內(nèi)由于左右晃動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生整片薄厚。 　　解決措施：a.導(dǎo)輪開(kāi)槽后檢查槽距是否均勻，且要根據(jù)線損情況對(duì)導(dǎo)輪槽距進(jìn)行補(bǔ)償。 　　a.設(shè)置零點(diǎn)時(shí)，控制好導(dǎo)向條距離線網(wǎng)的位置。 　　b.規(guī)范粘膠操作。硅塊表面粘接導(dǎo)向條時(shí)，注意檢查導(dǎo)向條是否彎曲，膠水是否涂抹均勻，保證粘接導(dǎo)向條后導(dǎo)向條與硅塊之間不能有縫隙。 　　c.導(dǎo)輪使用過(guò)程中，定期使用光學(xué)投影輪廓儀對(duì)導(dǎo)輪槽進(jìn)行檢測(cè)，觀察導(dǎo)輪槽深、角度，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)輪槽磨損嚴(yán)重時(shí)則及時(shí)更換導(dǎo)輪。 　　(2)入刀點(diǎn)薄厚：（在硅片上出現(xiàn)薄厚的位置通常為入刀點(diǎn)至向上延伸6mm的區(qū)域）a.工作臺(tái)墊板更換錯(cuò)誤。更換新導(dǎo)輪時(shí)，要根據(jù)導(dǎo)輪的直徑更換工作臺(tái)墊板（墊板厚度為305mm減去導(dǎo)輪直徑長(zhǎng)度），墊板厚度錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致在設(shè)零點(diǎn)時(shí)，上工作臺(tái)的兩條晶棒與下工作臺(tái)的兩條晶棒距離線網(wǎng)高度不一致，導(dǎo)致入刀時(shí)線網(wǎng)不平穩(wěn)。 　　b.入刀階段砂漿流量大。由于入刀時(shí)鋼線處于不穩(wěn)定狀態(tài)，砂漿流量大會(huì)對(duì)線網(wǎng)造成沖擊，鋼線抖動(dòng)，產(chǎn)生入刀薄厚片。 　　解決措施：a.根據(jù)導(dǎo)輪直徑，更換厚度值相當(dāng)?shù)膲|板。 　　b.調(diào)整入刀階段砂漿流量工藝，控制好砂漿溫度和砂漿流量，減少對(duì)線網(wǎng)的沖擊力。 　　(3)硅片中部至出刀點(diǎn)薄厚：a.切割過(guò)程中，有碎片、碎導(dǎo)向條等雜質(zhì)混入砂漿中，隨著砂漿的流動(dòng)和鋼線的轉(zhuǎn)動(dòng)卷入導(dǎo)輪上的線網(wǎng)中，引起跳線和切斜，造成該區(qū)域的硅片中部至出刀點(diǎn)薄厚。 　　b.砂漿流量不合適。砂漿流量是否均勻、流量能否達(dá)到切割要求，對(duì)硅片切割起著關(guān)鍵性作用。若果切割過(guò)程中，砂漿流量時(shí)流時(shí)斷，則會(huì)造成切割力不均勻，導(dǎo)致產(chǎn)生薄厚片。 　　解決措施：a.開(kāi)始切割前，將機(jī)床切割室內(nèi)的碎片清理干凈，更換切割室過(guò)濾網(wǎng)以及漿料缸內(nèi)的過(guò)濾桶、過(guò)濾袋等，保證機(jī)床潔凈度。 b.將切割室內(nèi)的漿料嘴清理干凈，打開(kāi)砂漿，看漿料嘴噴出的砂簾是否完整無(wú)斷流。 　　(4)單片薄厚不均：a.鋼線張力異常，波動(dòng)較大。鋼線張力是硅片切割工藝的核心要素，切割過(guò)程中，收放線軸的鋼線都要保持一定的張力（通常0.12mm鋼線放線軸張力設(shè)定范圍為22N-24N，0.13mm鋼線放線軸張力設(shè)定范圍為21N-23N），張力過(guò)大或過(guò)小都不利于懸浮在鋼線上的碳化硅顆粒進(jìn)入鋸縫進(jìn)行切割。鋼線張力正常波動(dòng)范圍為±1N。導(dǎo)致鋼線張力異常的因素有：氣缸漏氣，張力臂滑輪或切割室入線口滑輪晃動(dòng)或滑輪外套切偏。 　　b.導(dǎo)輪跳動(dòng)較大。一般地，導(dǎo)輪徑向跳動(dòng)＜30μm，軸向跳動(dòng)＜20μm，導(dǎo)輪跳動(dòng)過(guò)大則會(huì)引起線網(wǎng)抖動(dòng)，導(dǎo)致硅片薄厚不均。 　　c.機(jī)床水平問(wèn)題。機(jī)床不水平，則會(huì)在切割過(guò)程中產(chǎn)生較大的震動(dòng)，從而導(dǎo)致線網(wǎng)抖動(dòng)。 　　d.導(dǎo)輪問(wèn)題。主要出現(xiàn)在新導(dǎo)輪或?qū)л啿蹏?yán)重磨損的情況下，鋼線直徑和導(dǎo)輪槽根部直徑不能完全吻合。 　　解決措施：a.使用張力計(jì)對(duì)鋼線張力進(jìn)行校驗(yàn)，檢查氣缸漏氣情況、滑輪晃動(dòng)情況及滑輪外套磨損情況，出現(xiàn)異常及時(shí)更換。 　　b.每次更換導(dǎo)輪后，都要檢測(cè)導(dǎo)輪跳動(dòng)是否在正常范圍內(nèi)，如果不符合要求則要重新安裝導(dǎo)輪。 　　c.定期檢測(cè)機(jī)床水平，及時(shí)調(diào)整。 　　d.更換新導(dǎo)輪，切割第一鋸硅片之前，首先進(jìn)行空切操作，將鋼線張力設(shè)高以達(dá)到勒導(dǎo)輪的目的，使得鋼線可以和導(dǎo)輪槽根部完全吻合。對(duì)于磨損嚴(yán)重的導(dǎo)輪則及時(shí)進(jìn)行更換。 　　4結(jié)語(yǔ) 　　通過(guò)對(duì)薄厚片的類(lèi)型及產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，可以更好地減少薄厚片的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品的成品合格率。