一种金刚石线切割硅棒的切割工艺的制作方法【技术领域】，具体涉及一种金刚石线切割硅棒的切割工艺。[0002]现代信息技术和现代电子技术的基础是半导体技术，而硅材料是最重要的半导体材料。目前国内外通用的硅片切割技术为:游离磨料附着镀铜钢线切割技术，该技术是在内圆切割技术的基础上升级换代的切割技术，虽然取得了很大的科技进步，但存在着很多缺陷:(1)需要用聚乙二醇做悬浮剂，对环境造成的污染较大；(2)切割的硅片表面损伤层较大，不适宜切割超薄硅片；(3)镀铜钢线因磨损产生的铜铁离子在切割前沿与硅片产生键合吸附，极难清洗掉，导致表面金属杂质沾污，降低晶硅电池光电转化效率。[0003]多线切割是一种不影响工件特性的非化学的物理加工方法，通过切割线的高速往复运动，把砂浆等带入工件加工区域进行研磨，最终把工件切割成薄片，在整个切割过程中，主要涉及高速运动的切割线、砂浆和被加工件，砂浆在此起着刀具的作用.从而把硅棒切割成溥片。对于现在的多线切割机来说，钢线无疑是重要的耗材之一。同时采用砂浆作为切割液时切割效率低，切割消耗大，因此，目前的多线切割工艺，环境污染严重，钢线磨损量高，硅片损伤和受污严重，加工时间长，切割成本高。
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种金刚石线切割硅棒的切割工艺，该切割工艺通过采用切削液替代砂浆以及采用金刚石线替代钢线，能减少环境污染，降低硅棒切割时间，有效提高切割硅片的 切割能力和切割效率，降低切割成本，提高切割硅片质量。[0005]本发明的上述技术问题是通过如下技术方案来实现的:一种金刚石线切割硅棒的切割工艺，采用多线切割机切割，含以下步骤: (O配制切削液，取切割液和纯水混匀，获得切削液，置于多线切割机的机床冷却缸中备用; (2)粘棒根据娃棒的晶向将娃棒进行粘结；
(3)上料把粘结好的硅棒置于多线切割机上，固定，下降到适合切割线切割高度，打开切削液供给，关闭多线切割机切割工作舱舱门；
(4)切割预热切割前将切削液在切割工作舱内充分循环，将切割线以40(T750m/min的速度作往复运行；
(5)切割采用直径为0.1~0.14mm的金刚石线作为切割线，调节切割线的预加张力为14~20N，线速度为40(T800m/min，切割速度为0.2~lmm/min，调节切削液的流量为100~120L/min，切削液的温度为2(T30°C，对硅棒进行切割；
(6)下料切割完毕后，关闭切削液供给，打开切割工作舱舱门，将切割后的硅片取出，并对切割后的硅片进行后续处理。
[0006]本发明步骤(1)中采用切削液替代砂浆，该切削液成分主要是高特高级水性金刚石线切削液，该切削液可选自尤希路youshiro GMW450太阳能娃晶片单/多晶娃金刚石多线切割液，由Cavo Special Lubricants加孚公司研制的GF-506C金刚石线切割液，东莞市源德润滑油有限公司生产的金刚石线切割液，以及多线切割液Prolap 60等，这些切削液都具有优良的被清洗性，可用水进行清洗，还具有优良的用离心分离而进行的磨粒和切割液的再生利用性能，且对切屑有良好的分散性；另外该切割液与金刚石线有良好的协调作用，具有使用方便，润滑性能好，切面平整光滑且不易崩边，加工效率高，能有效提高金刚石线及锯片使用寿命等特点；能有效改善车间环境、使用更加安全环保，节约资源；使用过程中亦不会损害皮肤、对环境无污染、对机床设备不锈蚀。
[0007]本发明步骤(1)中通过采用切削液代替传统砂浆，可以降低切割时间，提高切割效率。
[0008]本发明步骤(1)中切割液的用量占其和纯水总质量的2~10%。
[0009]本发明步骤(2)中所述娃棒的直径优选不大于210mm,长度优选不大于1000mm。
[0010]本发明步骤(2)中根据硅棒的晶向将硅棒进行粘结时，粘结剂采用环氧树脂胶。
[0011]作为本发明的一种优选的实施方式，本发明娃棒粘结时，最好在娃棒下面垫上树脂垫板，然后将硅棒和树脂垫板采用粘结剂粘结在粘结托上，所采用的粘结剂为环氧树脂胶，在相对于粘结托那一侧面的娃棒上粘结有导向条。 [0012]本发明步骤(3)中上料时，具体操作步骤可以为:用上料铲车把粘接好的硅棒放入机器内，夹紧固定，下降到适当切合线网的适当高度，选择切割工艺，打开切削液供给，关闭舱门。
[0013]本发明步骤(5)中采用直径为0.1-0.14mm的金刚石线作为切割线替代现有技术中的钢线，金刚石线切割具有以下优点:切割速度快；采用水基冷却剂，环保效益显著；切割硅片表面损伤层小，能切割超薄硅片；由于克服了金属离子与硅片表面的键合吸附，故大大提升了晶娃电池片的光电转化效率；每丽耗能大幅降低。
[0014]金刚石线是金刚石切割线的简称。金刚石线采用直径0.08到0.55毫米的钢丝作为基体，将硬度高、耐磨性好的金刚石磨粒通过电镀、树脂粘接等方式牢固地固定在钢丝基体上而制成的一种切割线。
[0015]目前能商业化生产金刚石线的厂商主要是比利时的贝卡尔特公司，日本的旭金刚石公司，瑞士的DWT公司；国内主要是台湾微钻公司，长沙岱勒公司等。
[0016]光伏行业的硅片切割是整个产业链的关键一环，对切割线材料的要求非常高。目前传统的硅片加工技术采用镀铜钢线和游离磨料，加工过程中，将磨料以悬浮液形式附着到镀铜钢线和加工件之间产生切削作用，切割速度较慢且处理游离磨料的成本很高。最重要的是，在切割过程中大量的铜铁杂质由于磨削作用附着在硅片表面，扩散较深的铜铁离子会键合吸附在娃片表面，形成复合中心，大大降低了娃片的少子寿命和光电转化效率。而金刚石线是将金刚石微粉固定在钢丝上，具有了金刚石微型的锯齿，增加了钢线的切割能力，因而拥有较高的切割速度，而且使用水作为冷却剂，大大降低了对环境的污染。同时切割过程中铜铁等金属离子剥落很少，不会对硅片形成金属沾污，所以金刚石线切割出的硅片拥有更高的光电转化效率。
[0017]与传统的切割钢丝和游离磨料切割方式相比，金刚线具有诸多优点:
(I)切割速度较目前切割速度提高一倍，金刚石线切割速度是普通钢线的2倍，因此单位产量的折旧、人工和能源成本将降低一半，同样的投资却能得到两倍的效率；
(2)从根本上消除切割工艺带来的金属离子沾污，从而提高电池转换效率，传统的切割方式采用聚乙二醇做悬浮剂，硅片切割完毕后需要专门的硅片清洗剂在特定温度下进行清洗，很容易对硅片表面造成污染，从而影响后期电池的性能，同时，传统切割钢丝采用镀铜工艺，切割脱落的铜铁等重金属易对硅片造成沾污，影响电池转化效率，使用超细金刚石线，切割过程中脱落的铜铁很少，并且清洗不需要专门的清洗剂，基本不影响电池的性能，所以，使用金刚石线切割的硅片转化效率更高；
(3)更适宜切割薄片，随着硅基电池片技术的发展和电池成本的要求，硅片的厚度也越来越薄，传统的切割方式由于切割工艺的限制，切割薄片时硅片的翘曲度无法控制，并且会形成较深的表面损伤层，而金刚石线切割速度较快，水性冷却介质能够及时将热量散出，所以能够很好的解决薄片出现翘曲的问题，并且机械损伤层大大降低，这也是金刚石线能够代替传统切割方式的优势所在；
(4)环保节能，传统的游离磨料切割工艺需要聚乙二醇做悬浮剂，投入的环保费用非常高，且使用过的游离磨料需要回收处理，耗用大量的人力和财力。而金钢线的工艺只需要水或是水基冷却清洁液就可以，实现了环保生产。同时由于使用水的粘度远小于聚乙二醇，金刚线机床的运行功率远小于传统切割工艺的机床功率，因此它是真正意义上的节能环保加工方式。
[0018]本发明步骤(6)中下料时，硅棒切割完毕后，关闭切削液供给，打开切割舱门，确认硅棒是否切割完全，点动慢速抬升按钮，确认切割线是否夹线；硅棒完全与切割线脱离后，按快速抬升按钮，工作台复位到原点，将硅棒使用下棒小车或者人工取下。
[0019]本发明步骤(6)中所述后续处理包括对硅片进行去胶和清洗处理。
[0020]本发明所述去胶为将切割后硅片用乳酸浸泡至去胶完全。
[0021]作为本发明的一种优选实施方式，本发明所述去胶将硅片置于全自动脱胶机中，在4(T70°C乳酸中浸泡至胶完全被去除。
[0022]本发明所述清洗处理为采用清洗剂伴随超声波清洗。
[0023]本发明所述清洗剂优选采用君合清洗剂，常州君合达克罗涂覆工程技术有限公司生产，君合硅片清洗剂。
[0024]本发明中的切割工艺通过合适的切割线线速、线径、工作台速度等设置，优化了切割效率，降低成本，达到了切割目的。
[0025]本发明具有如下优点:
(1)本发明采用切削液代替传统砂浆，该切削液可降解，不会污染环境；
(2)本发明通过适当的调整切割线张力、切割速度以及切削液速度，能获得很好的硅片切割能力，可以对多种硅棒进行切割；
(3)本发明通过采用金刚石线替代普通钢线，金刚石线具有切割速度快，产能高，做出的电池片无污染，转换效率高，不同于传统的普通钢线，传统的普通钢线不具有切割能力，还需要与砂浆配合使用；
(4)本发明通过将切削液代替传统的砂浆，同时采用金刚石线替代传统钢线，能有效提高切割硅片的切割效率，提高切割能力，降低切割消耗和硅片磨损量，并能降低切割成本，且环保。


[0026]图1为本发明提供的金刚石线切割硅棒的切割工艺图，其中I为硅棒及粘结托，2为切削液喷嘴，3为导轮，4为线轮，5为金刚石线。

[0027]下面给出具体实施例，进一步说明本发明是如何实现的。
[0028]实施例1
本实施例主要设备及原材料为:多线切割机型号:MWM442DM ;原料:8英寸硅棒硅棒，边长156mm,长度325mm,主棍5槽距350Mm。
[0029]目标切割娃片的规格为边长156mm,厚度0.19mm,以下是使用直径为0.14mm金刚石切割线进行硅片切割。
[0030]采用上述钢线切割8英寸硅棒的工艺，具体步骤如下:
(1)切削液配制:切削液购自尤希路youshiroGMW450太阳能娃晶片单/多晶娃金刚石多线切割液，取切割液和纯水混匀，获得切削液，其中切割液占其和纯水总质量的5%，将切削液置于多线切割机的机床冷却缸中备用；
(2)粘棒:娃棒在粘接前,确认娃棒晶向，并按照晶向要求进行粘接,粘接剂使用环氧树脂胶，将硅棒粘结到粘结托上，在硅棒与粘结托之间采用玻璃垫板连接，并在硅棒的对面(即相对于粘结有粘结托的硅棒侧面而言)设置粘结导向条；
(3)上料:用上料车或者人工把粘接好的硅棒及粘结托I放入机器内的工作台上，如图1中的工作台及粘结拖结合体所示，夹紧固定，下降到适当切割线网的高度，上升2_，选择切割工艺，打开润滑液供给，关闭舱门；上料切割示意图和上料安装整体示意图请参阅图1 ;
(4)切割预热:切割前润滑液在切割工作舱内进行充分循环，并使用40(T750m/min的速度进行切割线5往复运行，切割线5通过导轮3和线轮4控制；运转10分钟后，打开舱门，观察线网，有无跳线，观察导向轮，张力臂，线轮排线以确定机床处于正常状态；
(5)切割:切割工艺设定，使用直径0.14mm金刚石切割线5，在20N的预加张力作用下，线速度695m/min，根据钢线直径设定工作台速度及曲线，切割速度在0.4^0.5mm/min，切割行程根据硅棒实际直径设定，加工时间为6h ;切削液喷嘴2喷切削液110L/min，温度25°C ；
(6)下料:硅棒切割完毕后，关闭砂浆供给，打开切割舱门，确认硅棒是否切割完全，点动慢速抬升按钮，确认是否夹线；硅棒完全与切割线脱离后，按快速抬升按钮，工作台复位到原点，将硅棒使用下料铲车取下，获得边长为156_，厚度为0.19mm的硅片；
(7)去胶:使用全自动脱胶机；浸泡温度55°C；
(8)清洗:使用君合清洗剂(常州君合达克罗涂覆工程技术有限公司生产，君合硅片清洗剂，下同)伴随超声清洗的方法，进行硅片表面的清洗。
[0031]实施例2
本实施例主 要设备及原材料为:多线切割机型号:MWM442D ；原料:6.5英寸硅棒，边长125mm,长度 320mm,主棍 5 槽距 340Mm。
[0032]目标切割硅片的规格为边长125mm，厚度0.19mm,以下是使用直径为0.1Omm金刚石切割线进行硅片切割。
[0033]采用上述设备切割超大直径硅棒的工艺，具体步骤如下:
(1)切削液配制:切削液购自尤希路youshiroGMW450太阳能娃晶片单/多晶娃金刚石多线切割液，取切割液和纯水混匀，获得切削液，其中切割液占其和纯水总质量的10%，将切削液置于多线切割机的机床冷却缸中备用；
(2)粘棒:娃棒在粘接如，确认娃棒晶向，并按照晶向要求进行粘接，粘接剂使环氧树脂胶，将硅棒粘结到粘结托上，连接材料使用玻璃垫板，并在对面粘结导向条；
(3)上料:用上料铲车把粘接好的硅棒放入机器内，夹紧固定，下降到适当切割线网的高度，上升2mm，选择切割工艺，打开润滑液供给，关闭舱门；上料切割示意图和上料安装整体示意图参阅图1 ;
(4)切割预热:切割前润滑液在切割工作舱内进行充分循环，并使用30(T700m/min的速度进行切割线往复运行；运转10分钟后，打开舱门，观察线网，有无跳线，观察导向轮，张力臂，线轮排线以确定机床处于正常状态；
(5)切割:切割工艺设定，使用直径0.1Omm的金刚石切割线，在14N的预加张力作用下，线速度695m/min,切割速度在0.4"0.5mm/min,切割行程根据娃棒实际直径设定,加工时间为5.5h ;切削液喷嘴3喷射切削液100L/min，温度25度；
(6)下料:硅棒切割完毕后，关闭润滑液供给，打开切割舱门，确认硅棒是否切割完全，点动慢速抬升按钮，确认是否夹线；硅棒完全与切割线脱离后，按快速抬升按钮，工作台复位到原点，将硅棒使用下料车取下，获得边长125_，厚度为0.19mm的硅片；
(7)去胶:使用全自动脱胶，乳酸浸泡温度65°C；
(8)清洗:使用君合清洗剂伴随超声清洗的方法，进行硅片表面的清洗。
[0034]实施例3
本实施例主要设备及原材料为:多线切割机型号:MWM442DM ;原料:8英寸硅棒硅棒，边长156mm,长度325mm,主棍5槽距330Mm。
[0035]目标切割娃片的规格为边长156mm,厚度0.19mm,以下是使用直径为0.12mm切割线进行硅片切割。
[0036]采用上述钢线切割8英寸硅棒的工艺，具体步骤如下:
(1)切削液配制:切削液购自CavoSpecial Lubricants加孚公司研制的GF-506C金刚石线切割液，取切割液和纯水混匀，获得切削液，其中切割液占其和纯水总质量的2%，将切削液置于多线切割机的机床冷却缸中备用；
(2)粘棒:娃棒在粘接前,确认娃棒晶向，并按照晶向要求进行粘接，粘接剂使用环氧树脂胶，将硅棒粘结到粘结托上，在硅棒与粘结托之间采用玻璃垫板连接，并在硅棒的对面(即相对于粘结有粘结托的硅棒侧面而言)设置粘结导向条。
[0037](3)上料:用上料车或者人工把粘接好的硅棒放入机器内的工作台上，如图1中的工作台及粘结拖结合体所示，夹紧固定，下降到适当切割线网的高度，上升2_，选择切割工艺，打开润滑液供给，关闭舱门；上料切割示意图和上料安装整体示意图参阅图1 ;
(4)切割预热:切割前润滑液在切割工作舱内进行充分循环，并使用400?750m/min的速度进行切割线往复运行；运转10分钟后，打开舱门，观察线网，有无跳线，观察导向轮，张力臂，线轮排线以确定机床处于正常状态；(5)切割:切割工艺设定，使用直径0.12mm切割线2，在18N的预加张力作用下，线速度695m/min，切割速度在0.3~0.4mm/min,切割行程根据硅棒实际直径设定，加工时间为
8.5h ;切削液喷嘴喷射切削液110L/min，温度25°C ；
(6)下料:硅棒切割完毕后，关闭润滑液供给，打开切割舱门，确认硅棒是否切割完全，点动慢速抬升按钮，确认是否夹线；硅棒完全与切割线脱离后，按快速抬升按钮，工作台复位到原点，将硅棒使用下料铲车取下，获得边长为156_，厚度为0.19mm的硅片；
(7)去胶:使用全自动脱胶机，浸泡温度40°C；
(8)清洗:使用君合清洗剂(常州君合达克罗涂覆工程技术有限公司生产，君合硅片清洗剂，下同)伴随超声清洗的方法，进行硅片表面的清洗。
[0038]实施例4
本实施例主要设备及原材料为:多线切割机型号:MWM442DM ;原料:8英寸硅棒硅棒，边长156mm,长度325mm,主棍5槽距350Mm。
[0039]目标切割娃片的规格为边长156mm,厚度0.19mm,以下是使用直径为0.13mm金刚石切割线进行硅片切割。
[0040]采用上述钢线切割8英寸硅棒的工艺，具体步骤如下:
(O切削液配制:切削液为多线切割液Prolap 60，取切割液和纯水混匀，获得切削液，其中切割液占其和纯水总质量的8%，将切削液置于多线切割机的机床冷却缸中备用；
(2)粘棒:娃棒在粘接前,确认娃棒晶向，并按照晶向要求进行粘接,粘接剂使用环氧树脂胶，将硅棒粘结到粘结托上，在硅棒与粘结托之间采用玻璃垫板连接，并在硅棒的对面(即相对于粘结有粘结托的硅棒侧面而言)设置粘结导向条；
(3)上料:用上料车或者人工把粘接好的硅棒及粘结托放入机器内的工作台上，如图1中的工作台及粘结拖结合体所示，夹紧固定，下降到适当切割线网的高度，上升2_，选择切割工艺，打开润滑液供给，关闭舱门；上料切割示意图和上料安装整体示意图请参阅图1 ;
(4)切割预热:切割前润滑液在切割工作舱内进行充分循环，并使用600m/min的速度进行切割线往复运行，切割线通过导轮和线轮控制；运转10分钟后，打开舱门，观察线网，有无跳线，观察导向轮，张力臂，线轮排线以确定机床处于正常状态；
(5)切割:切割工艺设定，使用直径0.13mm金刚石切割线，在16N的预加张力作用下，线速度500m/min，根据钢线直径设定工作台速度及曲线，切割速度在0.6^0.8mm/min，切割行程根据硅棒实际直径设定，加工时间为7h ;切削液喷嘴喷切削液120L/min，温度20°C ；
(6)下料:硅棒切割完毕后，关闭砂浆供给，打开切割舱门，确认硅棒是否切割完全，点动慢速抬升按钮，确认是否夹线；硅棒完全与切割线脱离后，按快速抬升按钮，工作台复位到原点，将硅棒使用下料铲车取下，获得边长为156_，厚度为0.19mm的硅片；
(7)去胶:使用全自动脱胶机；浸泡温度60°C；
(8)清洗:使用君合清洗剂(常州君合达克罗涂覆工程技术有限公司生产，君合硅片清洗剂，下同)伴随超声清洗的方法，进行硅片表面的清洗。
[0041]实施例5 本实施例主要设备及原材料为:多线切割机型号:MWM442DM ;原料:8英寸硅棒硅棒，边长156mm,长度325mm,主棍5槽距350Mm。
[0042]目标切割娃片的规格为边长156mm,厚度0.19mm,以下是使用直径为0.1lmm金刚石切割线进行硅片切割。
[0043]采用上述钢线切割8英寸硅棒的工艺，具体步骤如下:
(O切削液配制:切削液为多线切割液Prolap 60，取切割液和纯水混匀，获得切削液，其中切割液占其和纯水总质量的4%，将切削液置于多线切割机的机床冷却缸中备用；
(2)粘棒:娃棒在粘接前,确认娃棒晶向，并按照晶向要求进行粘接,粘接剂使用环氧树脂胶，将硅棒粘结到粘结托上，在硅棒与粘结托之间采用玻璃垫板连接，并在硅棒的对面(即相对于粘结有粘结托的硅棒侧面而言)设置粘结导向条；
(3)上料:用上料车或者人工把粘接好的硅棒及粘结托放入机器内的工作台上，如图1中的工作台及粘结拖结合体所示，夹紧固定，下降到适当切割线网的高度，上升2_，选择切割工艺，打开润滑液供给，关闭舱门；上料切割示意图和上料安装整体示意图请参阅图1 ;
(4)切割预热:切割前润滑液在切割工作舱内进行充分循环，并使用400m/min的速度进行切割线往复运行，切割线通过导轮和线轮控制?’运转10分钟后，打开舱门，观察线网，有无跳线，观察导向轮，张力臂，线轮排线以确定机床处于正常状态；
(5)切割:切割工艺设定，使用直径0.1lmm金刚石切割线，在16N的预加张力作用下，线速度700m/min，根据钢线直径设定工作台速度及曲线，切割速度在0.8^1.0mm/min，切割行程根据硅棒实际直径设定， 加工时间为5h ;切削液喷嘴喷切削液105L/min，温度30°C ；
(6)下料:硅棒切割完毕后，关闭砂浆供给，打开切割舱门，确认硅棒是否切割完全，点动慢速抬升按钮，确认是否夹线；硅棒完全与切割线脱离后，按快速抬升按钮，工作台复位到原点，将硅棒使用下料铲车取下，获得边长为156_，厚度为0.19mm的硅片；
(7)去胶:使用全自动脱胶机；浸泡温度70°C；
(8)清洗:使用君合清洗剂(常州君合达克罗涂覆工程技术有限公司生产，君合硅片清洗剂，下同)伴随超声清洗的方法，进行硅片表面的清洗。
[0044]以上列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，以上实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。