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电镀金刚线技术路线探析

http://www.momo35.com   来源:中国新技术新产品  日期:2018/09/18

  21世纪初,电镀金刚线以其优异的切割效率被应用于晶硅切割。到目前为止,单晶硅棒砂线切割已完全被金刚线切割替代;多晶硅方面,正在向金刚线切割过渡,与单晶硅还存在一定的差异。金刚线切割相比砂线,其耐磨性好,切削时间长,还能有效避免砂线切割带来的环境污染问题。电镀金钢线的制备过程具体包括除油、除锈、预镀、上砂、加厚和后续处理等。本文指出了电镀金刚线的技术要素,给出了金刚线的系列检测方法,列出了美畅新材对金刚线产品性能的基本要求,然后详细介绍了电镀金刚线的四化技术路线,并深入分析了四化技术路线的优点及存在的技术难点,最后指出了未来金刚线产品发展趋势。
  
  1.电镀金刚线的技术要素
  
  电镀金刚线是通过金属电镀方法将金刚石磨料固结在钢丝基体上,制成用于硬脆材料切割的线切割工具。表征电镀金刚线的性能主要有破断力、出刃率、出刃高度、自由圈径、翘头高度等技术要素,详见表1。

  
  2.电镀金刚线的检测方法
  
  目前国内外生产电镀金刚线产品的企业主要有美畅新材、岱勒新材、浙江东尼、瑞翌新材、开封恒锐新、恒星科技、青岛高测、江苏亿荣、贝卡尔特、盛利维尔、旭金刚、中村超硬、Read、DMT等。现电镀金刚线产品还未有相关国家标准可进行参考,各个生产厂家都拥有自成一套的产品检测方法,但检测方法之间存在差异,由此造成金刚线产品标准混乱、性能参差不齐,不利于电镀金刚线行业今后长期发展。综合现有生产技术,结合不同厂家的检测方法,下面给出可供生产厂家参考的检测方法。国内外上规模、产能较大的美畅新材、旭金刚、岱勒新材等公司的金刚线产品性能比较稳定,以美畅新材为例,其对产品性能的基本要求见表2。


  
  (1)外观。金刚线外观目测检验。
  
  (2)线径。取段样线任选3~5处,使用千分尺(分辨率为0.001mm)进行测量,记录所有测量值。
  
  (3)破断力。将500mm样线固定在拉力测试仪上,保证样线拉直且不受力,然后以0.001m/s~0.008m/s速率进行拉伸,直至样线断裂,重复测量3次以上取最小值。
  
  (4)出刃率、出刃高度取300mm样线放置在金刚石形貌检测仪的载线架上,稍用力使样线处于自然张紧状态,任选十处使用形貌仪自带软件测出金刚线的出刃率、出刃高度,记录所得测量值。
  
  (5)自由圈径。截取约500mm样线,提起一端使另一端距离水平面100mm~200mm,让其自由下落,在光滑水平面上自然成圈,然后使用分度值不大于1mm的直尺,测量线圈最小自然圈径。
  
  (6)翘头高度。翘头高度试验过程与自由圈径类同,使用分度值不大于1mm的直尺,测量金刚线两端距离水平面的距离,取最大值。
  
  (7)镀层结合情况。取200mm样线,将样线保持较均匀的拉力进行紧密缠绕大于5圈,芯棒直径为1.00mm。保持10min后,取下金刚线,在显微镜下观察金刚线缠绕部分有是否存在起皮、脱落等异常。
  
  3.电镀金刚线的四化技术路线
  
  光伏行业通过降低硅片非硅成本,追求平价上网,有利于快速推广清洁能源的应用。持续降低硅片非硅成本需要相应的金刚线技术匹配发展,不难发现金刚线今后将会沿着出片更多、切割更快、线耗更省、硅片更薄的方向发展,四化技术路线的实现将会大幅度降低非硅成本。电镀金刚线的四化技术路线:细线化、快切化、省线化、低TTV化。
  
  (1)细线化。电镀金钢线线径不断细化,有利于切割硅缝的减小,减少硅料的损耗,提高硅片的出片率。现市场主导是80、70线两种电镀金刚线,以目前的金刚线技术发展速度,65、60金刚石会在年内推广并大范围应用。
  
  (2)快切化。为大幅提升切片机产能,降低切片厂家设备投资,特别在多晶硅企业转型金刚线切割需要采购新型设备这一时期,金刚线快切化也必然成为趋势。以目前的单刀切割耗时为2~3小时,提升金刚线切割性能,预计到2018年会将单刀切割时间降低到1个小时。
  
  (3)省线化。省线化是指在切割加工过程中,减少电镀金刚线的损耗,从而降低了切割耗材成本。现电镀金刚线的损耗为1.2m/pcs~1.5m/pcs(m/pcs指每张硅片所损耗的金刚线长度),调整提升金刚线产品性能,最终实现目标0.5m/pcs。
  
  (4)低TTV化。TTV(Total Thickness Variation)是指硅片厚度变化量,是衡量硅片品质的一个很重要的指标,通过改善电镀金刚线性能特征是实现低TTV化的有效途径之一。
  
  电镀金刚线的四化技术路线不仅降低硅片制备成本,还能提升硅片品质。四化技术路线每一种都具有各自的特点,对硅片制备成本降低的方式也不同,但可降低硅片的生产成本。由于各自优化路线不同,对金刚线生产技术提出了很多难题,详见表3。细线化、快切化降低硅片生产成本最为突出,出片率、单机产能提升可直接为企业带来效益。金刚线短期的发展方向会先以细线化、快切化为主,省线化、低TTV化会在此基础上再进行优化。若四化技术路线同时起作用,电镀金刚线对切片制备成本的降低将会有更大的贡献。目前金刚线产业还在不断地快速扩产,待金刚线产业进入成熟后成本会出现一定的降低,这样也会使会生产成本仍有一定的下降空间。
  
  4.结语
  
  (1)光伏行业追求平价上网,其中的关键环节是降低硅片制造成本,金刚线四化技术路线是降低非硅成本的必然发展方向。
  
  (2)电镀金刚石线的性能会根据客户特殊需求进行生产,通过调整金刚线直径、出刃率、出刃高度等,来实现提供具有高品质的量身定制金刚线。
  
  (3)电镀金刚石线为非标准工业化产品,金刚线厂家与切片机制造厂家需保持密切的技术交流,若对切割机台进行改造,则金刚线也需相应调整技术参数,产品间高度配合使用,实现切割效率最大化。
  
  参考文献
  
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  曲东升 刘继拓 张迎九 贾海波
  
  杨凌美畅新材料有限公司
  
  来源:中国新技术新产品
 
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