一种适用于硅片生产制造的金钢线二次利用方法与流程

本发明属于光伏产品技术领域，特别涉及一种适用于硅片生产制造的金钢线二次利用方法。

背景技术：

现有技术中，金钢线是硅片生产制造的主要辅料，金钢线是将金刚石颗粒采用电镀的方式固定在直拉钢线上，使得金钢线进行高速往返运动产生切割力，晶棒从上到下缓慢运动，晶棒与金钢线接触后开始切割，直至晶棒被切割成若干硅片，最后切割完成。

现有技术中，有一种用于多晶硅的金刚线切割装置，其结构包括放线辊上卷绕有金刚线，放线辊放出的金刚线依次绕过第一导向轮、第二导向轮、第三导向轮、两螺纹辊、第四导向轮、第五导向轮和第六导线轮，最后收回卷绕在收线辊上；金刚线沿着两侧的螺纹槽螺旋卷绕在两螺纹辊上，形成线网；所述放线辊包括放线轮和储线段，放线辊放线轮和储线段之间经环形分隔带隔开，放线辊储线段的轴向长度大于放线轮的轴向长度，收线辊包括收线轮和储线段，收线辊收线轮和储线段之间经环形分隔带隔开，收线辊储线段的轴向长度大于收线轮的轴向长度，放线轮和收线轮相对设置；所述螺纹辊上方设有可升降的晶托，晶托上固定有晶棒。

现有技术中，上述切割装置的切割方法包括步骤：放线辊储线段向收线辊放线，收线轮向放线轮放线，收线轮继续向放线轮放出金刚线，同时晶托下降，晶棒朝着线网下压，直至晶棒被线网切割成若干片，放线轮向收线轮放线，收线轮向放线辊储线段放线，放线辊储线段再向收线辊储线段放线，放线辊储线段空跑线；然后在晶托上换上第2个新的待切割晶棒，再次循环进行上述步骤对新的晶棒切割；然后再依次换上第3个、第4个和第n个晶棒进行切割，直至放线辊储线段上的金刚线用完。该方法采用新线入刀切割晶棒，切割深度为0~163mm时，全部采用新线切割，切割深度为163~164mm时，采用旧线切割；晶棒的大部分切割深度都是采用新线切割，提高切割质量，避免产生入刀ttv，入刀翘曲和线痕。但是其不足之处在于：目前晶棒切割的电镀金钢线单耗约为3.5km/刀（即1.4m/pcs），切割1个晶棒即为1刀，对于传统切割工艺，耗线已降到极限，如果继续降低耗线，会出现切不透、断线、ttv/线痕超标等异常，想要再降低耗线基本无压缩空间，且切割后的旧线无法利用，导致金刚线利用率不够高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种适用于硅片生产制造的金钢线二次利用方法，通过改变金刚线经一次切割后即废弃的传统方法，采用二次利用切割后的旧金刚线的切割方法，使得耗线降低至极限，且不影响切割出的硅片品质，实现降低生产用料成本。

本发明的目的是这样实现的：一种适用于硅片生产制造的金钢线二次利用方法，包括收线辊和放线辊，收线辊上卷绕有多圈使用过的旧金刚线，收线辊上的金刚线向外延伸后依次绕过左侧导向轮组、两个螺纹辊和右侧导向轮组后收回卷绕在放线辊上；金刚线沿着两侧的螺纹槽螺旋卷绕在两螺纹辊上，形成线网；所述收线辊包括收线轮和储线段，收线辊收线轮和储线段之间经环形分隔带隔开，收线辊储线段的轴向长度大于收线轮的轴向长度，所述放线辊包括放线轮和储线段，放线辊放线轮和储线段之间经环形分隔带隔开，放线辊储线段的轴向长度大于放线轮的轴向长度，所述放线轮和收线轮相对设置；所述螺纹辊上方设有可升降的晶托，晶托上固定有晶棒；所述方法包括如下步骤：

（1）收线辊送线：收线辊和放线辊反向转动，收线辊储线段向放线轮放线，使得放线轮上卷绕x公里的金刚线；

（2）放线轮送线：放线辊和收线辊转动，放线轮向收线轮放线，使得收线轮上卷绕y公里的金刚线；

（3）收线轮进线切割：收线辊和放线辊再反向转动，收线轮向放线轮放出z公里的金刚线，与此同时晶托下降，使得晶棒朝着线网下压，直至晶棒被线网切割成若干片，此时放线轮上线量为（x-y+z）公里，收线轮上线量为（y-z）公里；

（4）收线轮和放线轮回线：晶托上升，带动晶棒与线网分开，放线辊和收线辊转动，放线轮向收线轮放线，使得放线轮上（x-y+z）公里的金刚线全部回收卷绕到收线轮上，放线轮上线量变为0；收线轮再向放线辊储线段放线，使得收线轮上x公里的金刚线全部回收卷绕到放线辊储线段上，收线轮上线量变为0；

（5）放线辊储线段返线：放线辊和收线辊转动，放线辊储线段向收线辊储线段放出l公里的金刚线。

本发明的步骤（1）中的x大于步骤（2）中的y，步骤（2）中的y大于步骤（3）中的z，步骤（1）开始前，收线辊储线段卷绕有一定量的使用过的旧金刚线，放线辊储线段上有0公里线，收线轮、放线轮上也均有0公里线。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过电子显微镜观察切割过的旧线，发现使用过1次的旧金刚线表面金刚石颗粒密度约为新线的40%，可以判定旧金刚线仍然有切割力，因此对于经过1次切割后收绕在收线辊储线段的旧金刚线，采用二次利用的切割方式。本方法通过将卷绕有旧金刚线的收线辊作为新的“放线辊”，重新绕线设置，由收线辊向放线辊放线，进行反方向的二次切割；本方法通过改变传统的经一次切割后的金刚线就废弃的方式，采用二次利用旧金刚线的切割方法，可以使得耗线降低至极限，且基本不影响切割出的硅片品质，实现降低生产用料成本。

作为本发明的进一步改进，布置在所述收线辊和放线辊之间的金刚线的张力为9.45~9.55n，放线辊或收线辊上的金刚线放出后以3.94~4.06m/s²的加速度做匀加速运动，当金刚线的移动速度达到22.6~23.4m/s时，金刚线保持匀速运动。理论上旧金刚线超过7km，即满足具有完整切割1个晶棒的切割力；但旧金刚线经过一次切割后，长时间做往复运动容易导致金属疲劳脆弱易断，因此采用降低金刚线的张力，降低金刚线的移动速度和加速度的方式，使得旧金刚线能够承受二次切割的负担。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（3）中，晶棒的下降移动速度为1.57~1.63mm/min，收线轮向放线轮放出z公里的金刚线的过程中，采用分150个循环一进一回的方式进线。通过降低晶棒的下降移动速度，减少金刚线一进一回的循环次数，使得旧金刚线能够承受二次切割的负担；收线轮向放线轮进线切割时，分150个循环步骤切割，每个循环步骤都采用先进线再回线的方式切割，进线的线量要大于回线的线量。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（1）开始之前，收线辊储线段卷绕有50、70或100公里的旧金刚线，两个螺纹辊之间的线网包含的金刚线长度为3.5公里。

作为本发明的进一步改进，所述步骤（5）完成后，在晶托上重新固定安装新的待切割晶棒，再次循环进行步骤（1）、（2）、（3）（4）和（5），直至收线辊储线段上的金刚线用完。5个步骤循环一次后，就可以完成1个晶棒的切割。

作为本发明的进一步改进，所述x=8，y=7.5，z=6.5，l=1；所述晶棒在切割方向上的尺寸为157.5~158mm，晶棒与线网接触后，晶棒下降移动的行程为164mm。下降移动的行程大于晶棒的尺寸，可以保证晶棒被完全切割。

作为本发明的进一步改进，所述左侧导向轮组依次包括导向轮一、导向轮二和导向轮三，导向轮二和导向轮三的轮轴位于同一水平面内，所述右侧导向轮组依次包括导向轮四、导向轮五和导向轮六，导向轮四和导向轮五的轮轴位于同一水平面内，导向轮一和导向轮六的的轮轴上均转动连接有排线摆臂，排线摆臂的端部设有排线轮，两排线摆臂分别与放线辊、收线辊相对应设置。由于金刚线是螺旋卷绕在线辊上的，金刚线放线或收线时会改变位置，排线摆臂可以适应金刚线为其导向；排线摆臂摆动，为收线辊放出的金刚线进行引导，确保金刚线卷绕在放线轮或放线辊储线段上；排线摆臂摆动，为放线辊放出的金刚线进行引导，确保金刚线卷绕在收线轮或收线辊储线段上。

作为本发明的进一步改进，所述放线辊和收线辊的轴线互相平行，两个螺纹辊的轴线相平行，螺纹辊的轴线和放线辊的轴线相垂直。

附图说明

图1为本发明的方法所使用的切割装置的结构示意图。

图2为放线轮、2个螺纹辊和收线轮的立体结构图。

其中，1放线辊，1a放线轮，1b储线段，2收线辊，2a收线轮，2b储线段，3螺纹辊，4导向轮六，5导向轮五，6导向轮四，7导向轮三，8导向轮二，9导向轮一，10晶托，11晶棒，12分隔带，13排线摆臂，13a排线轮，14线网。

具体实施方式

实施例1

如图1和2所示，为一种适用于硅片生产制造的金钢线二次利用方法，包括收线辊2和放线辊1，收线辊2上卷绕有多圈使用过的旧金刚线，收线辊2上的金刚线向外延伸后依次绕过左侧导向轮组、两个螺纹辊3和右侧导向轮组后收回卷绕在放线辊1上；金刚线沿着两侧的螺纹槽螺旋卷绕在两螺纹辊3上，形成线网14；收线辊2包括收线轮2a和储线段2b，收线辊2收线轮2a和储线段2b之间经环形分隔带12隔开，收线辊2储线段2b的轴向长度大于收线轮2a的轴向长度，放线辊1包括放线轮1a和储线段1b，放线辊1放线轮1a和储线段1b之间经环形分隔带12隔开，放线辊1储线段1b的轴向长度大于放线轮1a的轴向长度，放线轮1a和收线轮2a相对设置；螺纹辊3上方设有可升降的晶托10，晶托10上固定有晶棒11；

收线辊2储线段2b初始卷绕有50公里的旧金刚线，两个螺纹辊3之间的线网14包含的金刚线长度为3.5公里；放线辊1储线段1b上有0公里线，收线轮2a、放线轮1a上也均有0公里线；

所述方法包括如下步骤：

（1）收线辊送线：收线辊2和放线辊1反向转动，收线辊2储线段2b向放线轮1a放线，使得放线轮1a上卷绕8公里的金刚线；

（2）放线轮送线：放线辊1和收线辊2转动，放线轮1a向收线轮2a放线，使得收线轮2a上卷绕7.5公里的金刚线；

（3）收线轮进线切割：收线辊2和放线辊1再反向转动，收线轮2a向放线轮1a放出6.5公里的金刚线，与此同时晶托10下降，使得晶棒11朝着线网14下压，直至晶棒11被线网14切割成若干片，此时放线轮1a上线量为7公里，收线轮2a上线量为1公里；晶棒11的下降移动速度为1.6mm/min，收线轮2a向放线轮1a放出金刚线的过程中，采用分150个循环一进一回的方式进线；晶棒11在切割方向上的尺寸为157.75mm，晶棒11与线网14接触后，晶棒11下降移动的行程为164mm；

（4）收线轮和放线轮回线：晶托10上升，带动晶棒11与线网14分开，放线辊1和收线辊2转动，放线轮1a向收线轮2a放线，使得放线轮1a上7公里的金刚线全部回收卷绕到收线轮2a上，放线轮1a上线量变为0；收线轮2a再向放线辊1储线段1b放线，使得收线轮2a上8公里的金刚线全部回收卷绕到放线辊1储线段1b上，收线轮2a上线量变为0；

（5）放线辊储线段返线：放线辊1和收线辊2转动，放线辊1储线段1b向收线辊2储线段2b放出1公里的金刚线。

所述步骤（5）完成后，在晶托10上重新固定安装新的待切割晶棒11，再次循环进行步骤（1）、（2）、（3）（4）和（5），直至收线辊2储线段2b上的金刚线用完。

布置在收线辊2和放线辊1之间的金刚线的张力为9.5n，放线辊1或收线辊2上的金刚线放出后以4m/s²的加速度做匀加速运动，当金刚线的移动速度达到23m/s时，金刚线保持匀速运动。

所述左侧导向轮组依次包括导向轮一9、导向轮二8和导向轮三7，导向轮二8和导向轮三7的轮轴位于同一水平面内，所述右侧导向轮组依次包括导向轮四6、导向轮五5和导向轮六4，导向轮四6和导向轮五5的轮轴位于同一水平面内，导向轮一9和导向轮六4的的轮轴上均转动连接有排线摆臂13，排线摆臂13的端部设有排线轮13a，两排线摆臂13分别与放线辊1、收线辊2相对应设置。

放线辊1和收线辊2的轴线互相平行，两个螺纹辊3的轴线相平行，螺纹辊3的轴线和放线辊1的轴线相垂直。

对本实施例中，切割第一刀切割第一个晶棒11时，不同的切割步骤中，放线辊1和收线辊2上各区域卷绕的金刚线的长度列表说明。

本实施例切割好的硅片的ttv值为28微米、线痕值为19微米。

实施例2

如图1和2所示，为一种适用于硅片生产制造的金钢线二次利用方法，包括收线辊2和放线辊1，收线辊2上卷绕有多圈使用过的旧金刚线，收线辊2上的金刚线向外延伸后依次绕过左侧导向轮组、两个螺纹辊3和右侧导向轮组后收回卷绕在放线辊1上；金刚线沿着两侧的螺纹槽螺旋卷绕在两螺纹辊3上，形成线网14；收线辊2包括收线轮2a和储线段2b，收线辊2收线轮2a和储线段2b之间经环形分隔带12隔开，收线辊2储线段2b的轴向长度大于收线轮2a的轴向长度，放线辊1包括放线轮1a和储线段1b，放线辊1放线轮1a和储线段1b之间经环形分隔带12隔开，放线辊1储线段1b的轴向长度大于放线轮1a的轴向长度，放线轮1a和收线轮2a相对设置；螺纹辊3上方设有可升降的晶托10，晶托10上固定有晶棒11；

收线辊2储线段2b初始卷绕有70公里的旧金刚线，两个螺纹辊3之间的线网14包含的金刚线长度为3.5公里；放线辊1储线段1b上有0公里线，收线轮2a、放线轮1a上也均有0公里线；

所述方法包括如下步骤：

（1）收线辊送线：收线辊2和放线辊1反向转动，收线辊2储线段2b向放线轮1a放线，使得放线轮1a上卷绕8公里的金刚线；

（2）放线轮送线：放线辊1和收线辊2转动，放线轮1a向收线轮2a放线，使得收线轮2a上卷绕7.5公里的金刚线；

（3）收线轮进线切割：收线辊2和放线辊1再反向转动，收线轮2a向放线轮1a放出6.5公里的金刚线，与此同时晶托10下降，使得晶棒11朝着线网14下压，直至晶棒11被线网14切割成若干片，此时放线轮1a上线量为7公里，收线轮2a上线量为1公里；晶棒11的下降移动速度为1.57mm/min，收线轮2a向放线轮1a放出金刚线的过程中，采用分150个循环一进一回的方式进线；晶棒11在切割方向上的尺寸为158mm，晶棒11与线网14接触后，晶棒11下降移动的行程为164mm；

（4）收线轮和放线轮回线：晶托10上升，带动晶棒11与线网14分开，放线辊1和收线辊2转动，放线轮1a向收线轮2a放线，使得放线轮1a上7公里的金刚线全部回收卷绕到收线轮2a上，放线轮1a上线量变为0；收线轮2a再向放线辊1储线段1b放线，使得收线轮2a上8公里的金刚线全部回收卷绕到放线辊1储线段1b上，收线轮2a上线量变为0；

（5）放线辊储线段返线：放线辊1和收线辊2转动，放线辊1储线段1b向收线辊2储线段2b放出1公里的金刚线。

步骤（5）完成后，在晶托10上重新固定安装新的待切割晶棒11，再次循环进行步骤（1）、（2）、（3）（4）和（5），直至收线辊2储线段2b上的金刚线用完。

布置在收线辊2和放线辊1之间的金刚线的张力为9.45n，放线辊1或收线辊2上的金刚线放出后以4.06m/s²的加速度做匀加速运动，当金刚线的移动速度达到22.6m/s时，金刚线保持匀速运动。

所述左侧导向轮组依次包括导向轮一9、导向轮二8和导向轮三7，导向轮二8和导向轮三7的轮轴位于同一水平面内，所述右侧导向轮组依次包括导向轮四6、导向轮五5和导向轮六4，导向轮四6和导向轮五5的轮轴位于同一水平面内，导向轮一9和导向轮六4的的轮轴上均转动连接有排线摆臂13，排线摆臂13的端部设有排线轮13a，两排线摆臂13分别与放线辊1、收线辊2相对应设置。

放线辊1和收线辊2的轴线互相平行，两个螺纹辊3的轴线相平行，螺纹辊3的轴线和放线辊1的轴线相垂直。

本实施例切割好的硅片的ttv值为29.5微米、线痕值为18.9微米。

实施例3

如图1和2所示，为一种适用于硅片生产制造的金钢线二次利用方法，包括收线辊2和放线辊1，收线辊2上卷绕有多圈使用过的旧金刚线，收线辊2上的金刚线向外延伸后依次绕过左侧导向轮组、两个螺纹辊3和右侧导向轮组后收回卷绕在放线辊1上；金刚线沿着两侧的螺纹槽螺旋卷绕在两螺纹辊3上，形成线网14；收线辊2包括收线轮2a和储线段2b，收线辊2收线轮2a和储线段2b之间经环形分隔带12隔开，收线辊2储线段2b的轴向长度大于收线轮2a的轴向长度，放线辊1包括放线轮1a和储线段1b，放线辊1放线轮1a和储线段1b之间经环形分隔带12隔开，放线辊1储线段1b的轴向长度大于放线轮1a的轴向长度，放线轮1a和收线轮2a相对设置；螺纹辊3上方设有可升降的晶托10，晶托10上固定有晶棒11；

收线辊2储线段2b初始卷绕有100公里的旧金刚线，两个螺纹辊3之间的线网14包含的金刚线长度为3.5公里；放线辊1储线段1b上有0公里线，收线轮2a、放线轮1a上也均有0公里线；

所述方法包括如下步骤：

（1）收线辊送线：收线辊2和放线辊1反向转动，收线辊2储线段2b向放线轮1a放线，使得放线轮1a上卷绕8公里的金刚线；

（2）放线轮送线：放线辊1和收线辊2转动，放线轮1a向收线轮2a放线，使得收线轮2a上卷绕7.5公里的金刚线；

（3）收线轮进线切割：收线辊2和放线辊1再反向转动，收线轮2a向放线轮1a放出6.5公里的金刚线，与此同时晶托10下降，使得晶棒11朝着线网14下压，直至晶棒11被线网14切割成若干片，此时放线轮1a上线量为7公里，收线轮2a上线量为1公里；晶棒11的下降移动速度为1.63mm/min，收线轮2a向放线轮1a放出金刚线的过程中，采用分150个循环一进一回的方式进线；晶棒11在切割方向上的尺寸为157.5mm，晶棒11与线网14接触后，晶棒11下降移动的行程为164mm；

（4）收线轮和放线轮回线：晶托10上升，带动晶棒11与线网14分开，放线辊1和收线辊2转动，放线轮1a向收线轮2a放线，使得放线轮1a上7公里的金刚线全部回收卷绕到收线轮2a上，放线轮1a上线量变为0；收线轮2a再向放线辊1储线段1b放线，使得收线轮2a上8公里的金刚线全部回收卷绕到放线辊1储线段1b上，收线轮2a上线量变为0；

（5）放线辊储线段返线：放线辊1和收线辊2转动，放线辊1储线段1b向收线辊2储线段2b放出1公里的金刚线。

所述步骤（5）完成后，在晶托10上重新固定安装新的待切割晶棒11，再次循环进行步骤（1）、（2）、（3）（4）和（5），直至收线辊2储线段2b上的金刚线用完。

布置在收线辊2和放线辊1之间的金刚线的张力为9.55n，放线辊1或收线辊2上的金刚线放出后以3.94m/s²的加速度做匀加速运动，当金刚线的移动速度达到23.4m/s时，金刚线保持匀速运动。

所述左侧导向轮组依次包括导向轮一9、导向轮二8和导向轮三7，导向轮二8和导向轮三7的轮轴位于同一水平面内，所述右侧导向轮组依次包括导向轮四6、导向轮五5和导向轮六4，导向轮四6和导向轮五5的轮轴位于同一水平面内，导向轮一9和导向轮六4的的轮轴上均转动连接有排线摆臂13，排线摆臂13的端部设有排线轮13a，两排线摆臂13分别与放线辊1、收线辊2相对应设置。

放线辊1和收线辊2的轴线互相平行，两个螺纹辊3的轴线相平行，螺纹辊3的轴线和放线辊1的轴线相垂直。

本实施例切割好的硅片的ttv值为28.6微米、线痕值为19.3微米。

综上所述，可以得知本发明的各实施例的ttv值为小于30微米，线痕值小于20微米，均达到优质硅片的要求；因此本发明的切割方法不会出现切不透、断线、ttv/线痕超标等异常。本方法采用二次利用旧金刚线的切割方法，可以使得耗线降低至极限，且基本不影响切割出的硅片品质，实现降低生产用料成本。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。