金剛線切片粘膠面崩邊質量控制

國家電投西安太陽能電力有限公司西寧分公司 高 鵬 王 毅 秦 忠 趙洪軍

金剛線切片粘膠面崩邊質量控制

國家電投西安太陽能電力有限公司西寧分公司 高 鵬 王 毅 秦 忠 趙洪軍

粘膠面崩邊是金剛線切片行業中常見的不良。總結了粘膠面崩邊的幾種類型，分析其產生機理，通過實驗驗證，提出了解決辦法。

金剛線；硅片；崩邊；解決辦法

1.引言

隨著世界常規能源短缺的日益嚴重以及生態環境的日趨惡劣，尋求一種新型能源已成為全人類面臨的重要問題之一。在各種新能源中，太陽能光伏發電具有無污染、可持續、總量大、分布廣 、應用形式多樣等優點，受到世界各國的高度重視，最有希望取代傳統能源而成為未來能源的首選。其中，光伏發電中硅片的生產成本在整個光伏發電系統建設成本中占有相當重的比例，制約著光伏企業的發展和光伏發電的商業應用步伐。硅片生產一般使用多線切割機，近年來，隨著企業成本壓力的越發加劇，金剛線多線切割工藝正逐步取代傳統砂漿工藝，成為行業內硅片制造主流技術。

本文基于生產工藝原理，研究了硅片生產過程中導致硅片粘膠面崩邊的產生原因，并通過實驗提出了解決方案。

2.金剛線多線切割原理及優勢

金剛線多線切割原理是使用鋼線帶動附著在鋼絲上的金剛石顆粒對硅棒進行切割的一種加工方法[1]。鋼線通過幾個到十幾個導線輪的引導，在主輥上形成一張線網，而待加工工件通過工作臺的下降實現工件的進給和切割。金剛線切割相較傳統砂漿切割工藝，有以下優勢：

1）單位產能耗硅量減少

使用金剛線切片技術后，由于刀縫損失的減小，能夠帶來單位耗硅量的減少，從而較大程度地減少了硅片的硅成本和折舊等，這也是金剛線切片最重要的驅動因素。

2）金剛線切片帶來產能提升

金剛線切片機的線網速度可以達到1000-1800m/min，是傳統的砂漿切片機的兩至三倍，單刀次時間可以降至2.5小時及以內，極大提升了切片的效率，提升了產能。

3）切割成本的減少

金剛線切片帶來成本的減少主要是輔材成本的減少。金剛線切割的輔材有金剛線和冷卻液等，其中金剛線成本占比最大。得益于近年來金剛線成本的迅速下降，使用金剛線切割的輔材成本已經降至0.5元/片甚至更低。未來隨著金剛線國產化趨勢的增強，金剛線的切割成本還將進一步降低[2]。

3.粘膠面崩邊的類型

粘膠面崩邊使之硅片邊緣呈現單面局部破損缺陷，類型主要有3種[3]：

1）長條狀線狀崩邊，這種崩邊最為常見，大部分集中在粘膠面中間部位和邊緣位置，是比較難以避免和解決的崩邊類型；

2）膠面掉渣，由于膠層脫落造成膠面許多亮點，且亮點處容易掉渣，受到輕微的摩擦力即有硅落產生，此時很容易形成缺口或者裂紋，成為不合格硅片；

3）膠面倒角處崩邊，崩邊位置在倒角中間位置或膠面與倒角的接觸位置，若受到擠壓力作用容易造成倒角處形成缺口。

粘膠面崩邊影響硅片外觀，降低A極品率，增加硅片的成本。

4.粘膠面崩邊產生原因分析

粘膠面崩邊產生的原因包括很多，其跟設備、操作人員、原材料、工藝均有直接或間接的關系，下面將對崩邊產生的主要原因進行分析。

1）膠層形貌

膠層形貌對崩邊產生有巨大影響。常規抹膠方式會導致膠層呈現“凹”形貌，導致硅棒在放置于膠層上后，硅棒邊緣首先與兩邊凸起膠層接觸，進而將膠水向中間擠壓，而膠層中間存在空隙，受空氣影響，膠水無法全部填滿空隙而導致硅棒與樹脂板在中間部分中空。切割完成后，膠層無法為鋼線提供緩沖，導致出刀速度快而引起硅片崩邊，如圖1、圖2所示。

圖1 “凹”形膠層

圖2 硅棒粘接后空隙

2）環境原因

溫度過低、濕度過低會導致膠水流動性變差，在硅棒接觸膠水瞬間，膠水未全部填充空隙之前就已經固化而產生空隙，切割過程會同樣導致崩邊。

3）原材料原因

膠水固化后的硬度要在一個合適范圍之內，如果膠水硬度不合適，鋼線切至硅棒和膠層交界面的一瞬間，由于鋼線張力突然發生變化，而破壞硅層邊緣。

樹脂板須平整無翹曲，否則也會影響膠層形貌，進而導致崩邊發生。

硅棒粘接面若出現劃傷也會導致劃傷處產生崩邊。

4）工藝原因

線切程序設定出刀速度過快，鋼線在脫離硅棒瞬間，由于鋼線張力原因，會將硅棒半拉半磨式的扯斷，導致崩邊。

切割液溫度過高，在冷卻液浸泡與切割瞬時高溫的共同影響下膠水會被軟化，導致鋼線在進入被軟化膠層時，硅棒瞬間被拉傷導致崩邊；

脫膠機噴淋壓力如果過大或者位置不合適，會導致未脫膠的硅片晃動而產生崩邊。

5.崩邊減少措施

針對以上崩邊產生因素，有針對性進行改善，以將崩邊將至最低。

1）將膠層形貌由“凹”形貌變換為“凸”形貌。

特殊工裝，如圖3所示，將涂膠刀形貌變為中間高兩邊低圓弧形狀，在提高涂膠膠層均勻度的同時，使得成品膠層呈現“凸”的形貌，如圖4所示。硅棒接觸膠層瞬間，首先接觸膠層中間部位，膠層在受到重力擠壓時，膠水將由中間向兩邊緩慢均勻擴散，可將空氣有效排擠出填充間隙，確保硅棒和膠層之間無間隙。

通過以上改善，崩邊比例降低明顯，并且操作簡單。

圖3 涂膠工裝

圖4 粘接完成后的膠層形貌

2）在硅棒使用前，需將硅棒使用烘箱進行回溫，使之不低于環境溫度；膠水在使用前和使用過程中，需不斷利用烘箱回溫膠水，使之達到流動性最佳狀態。通過以上工作，可使膠水處于最佳流動性狀態，減少因流動性不佳而導致的崩邊。

3）目前主流膠水硬度值介于75-90之間，各個廠家宜通過實踐方式，選取最佳的膠水硬度以適應本公司的生產需要，并需要加強進料檢驗，確保關鍵材料質量達標。

4）線切工藝方面，結合金剛線指標以及切割工藝實際情況，降低線切機出刀速度，使線速度和出刀速度匹配最佳；同時降低線切機冷卻循環設定溫度（如：切割液溫度降低至20℃）；預清洗設備通過調整噴淋系統壓力，使其噴淋方向以及壓力合適，避免崩邊產生。

6.結論

本文從工藝、材料等方面分析了金剛線切硅片粘膠面崩邊產生的原因，并提出相應改善措施,有效降低了金剛線切硅片粘膠面崩邊。

[1]張國青,汪列隆,張蓓蓓.單晶硅切片技術的研究進展[J].池州學院學報,2016,30(3):57-59.

[2]王小軍,孫振亞.硅片切割技術的現狀和發展趨勢[J].超硬材料工程,2011,23(6):19-23.

[3]徐美麗.粘接工序對硅片膠面崩邊的影響[J].輕工標準與質量,2013(03):30-32.