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）

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。本文通過提高進給速度、減少新線進給量等工藝條件達到減少加工時間和降低切割鋼線的消耗量。

線鋸開方；進給速度；進給量

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：進給速度為0.50mm/min、新線進給量為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.進給速度提高到0.55mm/min，新線進給量從40m/min減少至37m/min。方案2.在方案1成功后提高進給速度0.60mm/min、新線進給量37m/min。方案3.進給速度0.65mm/min、新線進給量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，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)進給速度提高到0.6mm/min時，加工時間減少，當(dāng)進給速度提高到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 （進給速度0.60mm/min）

圖2 開方后方棒邊長的均值-極差圖（進給速度0.65mm/min）

圖2是在進給速度為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，其具體原因還在進一步確定中。

4.結(jié)論

日本NTC MBS-1000開方機從進給速度550um/min、新線進給量40km/min、砂漿流量130kg/L調(diào)整為進給速度到600um/min,新線進給量為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［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理研究[Z].

TG71

A