专利名称：一种硅片切割方法
技术领域：
本发明涉及一种硅片，尤其是涉及一种硅片切割方法。
技术背景随着能源的紧缺，光伏发电越来越多的受到人们的关注，太阳能电池硅片的市场需 求量也越来越大。太阳能电池硅片是将方形单晶硅棒切割成薄片而成的，但由于硅晶材 料价格昂贵，尤其在国内硅晶材料极其稀缺，因此如何降低太阳能电池硅片的成本对于 提高太阳能对传统能源的竞争力至关重要。为能够降低太阳能电池硅片的成本，需使一根方形单晶硅棒能够切得更多的硅片， 也就是让每片硅片尽量薄，但这对硅片切割技术提出了非常高的要求，同时也使得传统 的刀片切割方法被淘汰。硅片多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术，它 不同于传统的刀锯片、砂轮片等切割方式，也不同于先进的激光切割和内圆切割，其原 理是通过一根高速运动的钢丝带动附着在钢丝上的切割刃料对方形单晶硅棒进行摩擦， 从而达到切割效果。目前市场上常见的硅片切割机就是一种应用多线切割原理的加工设 备，该硅片切割机包括壳体，壳体内设置有切割室、驱动装置、排线装置及控制系统， 切割室的上方设置有可以上下移动的工作平台，工作平台上设置有工件夹具，工件夹具 上活动连接有用于夹持硅棒的夹板，切割室的下方设置有第一导轮和第二导轮，第一导 轮上设置有多个第一线槽，第二导轮上设置有与第一线槽相对应的多个第二线槽，各个 第一线槽的间距为327//附，各个第二线槽的间距为327/zm,切割室上方的两侧设置有用于喷射沙浆的沙浆喷嘴，驱动装置包括工作平台驱动电机、放线线轴驱动电机、收线 线轴驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机，放线线轴驱动电机连接有第一 传动机构，收线线轴驱动电机连接有第二传动机构，第一传动机构包括第一驱动轴承， 第二传动机构包括第二驱动轴承，排线装置包括放线线轴、第一排线轮、第一摆动轮、 第一测力轮、收线线轴、第二排线轮、第二摆动轮及第二测力轮，放线线轴连接于第一 驱动轴承上，收线线轴连接于第二驱动轴承上，放线线轴上预先绕设有切割线，控制系 统用于控制整个硅片切割机的各个驱动电机的速度、转向，控制工作平台驱动电机驱动 工作平台的升降及控制沙浆喷嘴工作。利用该硅片切割机进行硅片切割的主要过程为 第一步，将绕设有切割线的放线线轴安装于第一驱动轴承上，将收线线轴安装于第二驱 动轴承上，将切割线的线头依次绕过第一排线轮、第一摆动轮及第一测力轮，然后从第一导轮的外侧进线，通过各个第一线槽及各个第二线槽将切割线重复环绕于第一导轮和 第二导轮上进行布线，布线后从第二导轮的外侧出线，第一导轮和第二导轮之间的切割 线构成一个线间距为207/zw的平行线网，切割线的线头再依次绕过第二测力轮、第二 摆动轮及第二排线轮与收线线轴连接；第二步，将待切割的硅棒的一个轴向侧面粘于一 块玻璃上，然后利用活动连接于工件夹具上的夹板夹住玻璃，再调整工件夹具的高度及 夹板的深度使硅棒位于平行线网的正上方且靠近平行线网；第三步，调整工件夹具带动 硅棒下降的下降速度，下降速度为30mm/min 40mm/min，调整切割线前进的行进速度， 行进速度为9.5m/s 11.5m/s;第四步，控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动 电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步正向转动，放线线轴上的切割线以 9.5m/s 11.5m/s的行进速度向收线线轴前进，同时沙浆喷嘴向平行线网均匀喷射沙桨及 工件夹具带动硅棒以30mm/min 40mm/min的下降速度向平行线网下降,沙浆包裹切割 线对硅棒进行切割；第五步，当硅棒被切割成多个厚度为180/z/n的硅片时，控制系统 控制各驱动电机同步停止工作，及控制沙浆喷嘴停止向平行线网喷射沙浆，同时控制工 作平台上升，待上升结束，取出切割完成的硅片。上述硅片切割技术与其他传统的切割 技术相比，具有效率高、产能高、精度高等优点，但由于切割线在切割硅棒过程中可能 会出现一点点偏差，再加上切割线在对硅棒进行切割过程中始终是定向前进的，且切割 完成需要长达8个小时左右，这样使得切割线产生较大的累积偏差，从而将导致切割得 到的硅片存在厚薄不均的现象，或者硅片的两表面质量不够理想等情况，最终影响了硅 片的出品率，另一方面，这种切割方法在对硅棒进行切割过程中切割线始终是定向前进 的， 一刀切到头，这样比较浪费切割线，使切割线的单位长度硅片切割数量较低。发明内容本发明所要解决的技术问题是提供一种能够縮小切割得到的硅片上下厚薄的差异， 且可有效提高切割线的利用率的硅片切割方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种硅片切割方法，包括以下步骤: ①将绕设有切割线的放线线轴安装于第一驱动轴承上，将收线线轴安装于第二驱动轴承 上，将切割线的外露线头依次绕过第一排线轮、第一摆动轮及第一测力轮，然后从第一 导轮的外侧进线，通过第一线槽及第二线槽将切割线重复环绕于第一导轮和第二导轮上 进行布线，布线后切割线的外露线头从第二导轮的外侧出线，第一导轮和第二导轮之间的切割线构成一个线间距为207///W的平行线网，切割线的外露线头再依次绕过第二测力轮、第二摆动轮及第二排线轮与收线线轴连接；②将待切割的硅棒的一个轴向侧面粘 贴于一块玻璃上，然后利用活动连接于工件夹具上的夹板夹住玻璃，再调整夹板的深度,5使硅棒位于平行线网的正上方，最后控制系统控制工作平台驱动电机驱动工作平台下降 至使硅棒靠近平行线网的位置；③设定工作平台带动硅棒下降的下降速度，及切割线前 进的行进速度；④控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮驱动 电机及第二导轮驱动电机同步转动，同时控制系统控制沙浆喷嘴向平行线网均匀喷射沙 浆，及控制工作平台驱动电机驱动工作平台带动硅棒以设定的下降速度下降，沙浆包裹 切割线对硅棒进行切割；⑤当硅片切割完成后，控制系统控制放线线轴驱动电机、收线 线轴驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步停止工作，同时控制系统控 制沙浆喷嘴停止向平行线网喷射沙浆，及控制工作平台驱动电机驱动工作平台上升，待 工作平台上升至可方便取出切割完的硅片的位置时，取出切割完成的硅片；对硅棒进行 切割的过程包括控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮驱动电 机及第二导轮驱动电机同步正向转动，放线线轴驱动电机驱动放线线轴正向放线，放线 线轴上的切割线以设定的行进速度向收线线轴前进，沙浆包裹切割线对硅棒进行正向切 害ij,当放线线轴正向放线250m 270m后，控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴 驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步反向转动，收线线轴驱动电机驱 动收线线轴反向放线，收线线轴上的切割线以设定的行进速度向放线线轴前进，沙浆包 裹切割线对硅棒进行反向切割，当收线线轴反向放线60m 70m后，再往复对硅棒进行 正向切割和反向切割，直至硅片切割完成。
所述的下降速度为25mm/min 35mm/min，所述的行进速度为9.5m/s 11.5m/s。 所述的下降速度为28mm/min，所述的行进速度为10m/s。 所述的放线线轴驱动电机驱动所述的放线线轴正向放线的线长为260m。 所述的收线线轴驱动电机驱动所述的收线线轴反向放线的线长为65m。 所述的沙浆由切割液和颗粒刀具混合而成，所述的切割液和所述的颗粒刀具的混合 比例为l: 1，所述的切割液主要由聚乙二醇组成，所述的聚乙二醇的质量含量至少为 95%，所述的颗粒刀具主要由碳化硅组成，所述的碳化硅的质量含量至少为95%。
与现有技术相比，本发明的优点在于当放线线轴驱动电机驱动放线线轴正向放线 250m 270m后，通过控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮 驱动电机及第二导轮驱动电机同步反向转动，再在收线线轴驱动电机驱动收线线轴反向 放线60m 70m后，由控制系统控制四个电机再次正向转动，这样反复一来一回类似于 拉锯条式对硅棒进行来回切割，由于在切割线往前走了一段距离后，切割线再往回走了 一段距离，这样使得切割线中的一部分切割线经过三次切割行动，在保证切割线不受断 裂影响的情况下，有效提高了切割线的利用率，且由于是来回对硅棒进行切割的，在正 向切割硅棒时可能会因为切割线的偏离方向而使硅片产生厚薄不均，但在反向切割时会 有效矫正方向，大大縮小了硅片的厚薄差异，从而提高了硅片的质量。
图1为硅片切割机的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一本发明的硅片切割方法可用于现有的硅片切割机上，现有的硅片切割机 如图1所示，其包括壳体(图中未示出)，壳体内设置有驱动装置l、排线装置2、切割 室3及控制系统(图中未示出)。切割室3的上方设置有工作平台31，工作平台31上设 置有工件夹具32，工件夹具上活动连接有用于夹持硅棒7的夹板36，切割室3的下方 设置有第一导轮33和第二导轮34，第一导轮33上径向设置有多个第一线槽(图中未示 出)，第二导轮34上径向设置有与第一线槽相对应的多个第二线槽(图中未示出)，各
个第一线槽的间距为327/zm，各个第二线槽的间距为327/iw，这样通过第一线槽和第
二线槽进行布线可形成一个平行线网，切割室3上方的两侧设置有用于喷射沙浆(图中 未示出)的沙浆喷嘴9。驱动装置1包括工作平台驱动电机(图中未示出)、放线线轴驱 动电机ll、收线线轴驱动电机12、用于驱动第一导轮33转动的第一导轮驱动电机(图 中未示出)及用于驱动第二导轮34转动的第二导轮驱动电机(图中未示出)，放线线轴 驱动电机11连接有第一传动机构4，收线线轴驱动电机12连接有第二传动机构5，第 一传动机构4包括第一驱动轴承41，第二传动机构5包括第二驱动轴承51，排线装置2 包括放线线轴21、第一排线轮22、第一摆动轮23、第一测力轮24、收线线轴25、第二 排线轮26、第二摆动轮27及第二测力轮28，放线线轴21连接于第一驱动轴承41上， 收线线轴25连接于第二驱动轴承51上，放线线轴41上预先绕设有切割线6。控制系统 控制放线线轴驱动电机ll、收线线轴驱动电机12、第一导轮驱动电机33、第二导轮驱 动电机34的速度及转向，控制工作平台驱动电机驱动工作平台31的升降及沙浆喷嘴9 工作。
本发明的硅片切割方法具体包括以下步骤
①将绕设有切割线6的放线线轴21安装于第一驱动轴承41上，将收线线轴25安 装于第二驱动轴承51上，将切割线6的外露线头依次绕过第一排线轮22、第一摆动轮 23及第一测力轮24，然后从第一导轮33的外侧进线，通过第一导轮33上的第一线槽 及第二导轮34上的第二线槽将切割线重复环绕于第二导轮34和第一导轮33上进行布 线，布线后切割线6的外露线头从第二导轮34的外侧出线，第一导轮33和第二导轮34
之间的切割线6构成一个线间距为207///n的平行线网8，切割线6的外露线头再依次绕
7过第二测力轮28、第二摆动轮27及第二排线轮26与收线线轴25连接。在本实施例中 切割线6采用线径为0.12mm的钢丝。
② 将待切割的硅棒7的一个轴向侧面粘贴于一块玻璃35上，然后利用活动连接于 工件夹具32上的夹板36夹住玻璃35，使硅棒7的轴线与第一导轮33及第二导轮34 的轴线平行，即使硅棒7的轴线与平行线网8中的各段切割线在空间相垂直，再调整夹 板36的深度，即调整夹板36在工件夹具32中的轴向位置，使硅棒7位于平行线网8 的正上方，最后控制系统控制工作平台驱动电机驱动工作平台下降，以调整工件夹具32 的高度，使硅棒7靠近平行线网8。
③ 设定工作平台31带动硅棒7下降的下降速度及切割线6前进的行进速度。在此 可将下降速度设定为29mm/min,将行进速度设定为10m/s。
④ 控制系统控制放线线轴驱动电机11、收线线轴驱动电机12、第一导轮驱动电机 及第二导轮驱动电机同步正向转动，放线线轴驱动电机11驱动放线线轴21正向放线， 收线线轴驱动电机12驱动收线线轴25正向收线，放线线轴21上的切割线6以设定的 行进速度10 m/s向收线线轴25前进，同时控制系统控制沙浆喷嘴9向平行线网8均匀 喷射沙浆及控制工作平台驱动电机驱动工作平台31带动硅棒7以设定的下降速度 29mm/min下降，沙浆包裹切割线6对硅棒7进行正向切割，当放线线轴驱动电机11驱 动放线线轴21正向放线270m后，控制系统控制放线线轴驱动电机ll、收线线轴驱动 电机12、第一导了轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步反向转动，收线线轴驱动电机 12驱动收线线轴25反向放线，放线线轴驱动电机11驱动放线线轴21反向收线，收线 线轴25上的切割线6以设定的行进速度10m/s向放线线轴21前进，沙浆包裹切割线6 对硅棒7进行反向切割，当收线线轴驱动电机12驱动收线线轴25反向放线70m后，再 由控制系统控制放线线轴驱动电机11、收线线轴驱动电机12、第一导轮驱动电机及第 二导轮驱动电机同步正向转动，对硅棒7进行正向切割，当放线线轴驱动电机11驱动 放线线轴21正向放线270m后，再由控制系统控制放线线轴驱动电机11、收线线轴驱 动电机12、第一导了轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步反向转动，对硅棒7进行反向 切割，当收线线轴驱动电机12驱动收线线轴25反向放线70m后，再往复对硅棒7进行 正向切割和反向切割， 一来一回地切割类似于拉锯条式地切割，直至硅片切割完成。在 整个切割过程中沙浆喷嘴9 一直向平行线网8均匀喷射沙浆，沙桨包裹切割线6对硅棒 进行正向或反向切割，工作平台31带动硅棒7 —直以设定的下降速度下降。在此沙浆 由切割液和颗粒刀具混合而成，切割液和颗粒刀具的混合比例为l: 1，切割液主要由聚 乙二醇组成，聚乙二醇的质量含量至少为95%,颗粒刀具主要由碳化硅和氧化铁组成， 碳化硅的质量含量至少为95%。
硅棒7经平行线网8被切割成多个厚度为180//m的硅片大约需8个小时左右， 当硅片切割完成后，控制系统控制放线线轴驱动电机11、收线线轴驱动电机12、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步停止工作，同时控制系统控制沙浆喷嘴9停止向 平行线网8喷射沙浆，及控制工作平台驱动电机驱动工作平台31上升，待工作平台31 上升至可方便取出切割完的硅片的位置时，取出切割完成的硅片，完成硅片切割过程。
上述过程完成了一根硅棒的切割，如需切割下一根硅棒，只需在取出已切割好的硅 片之后，重复步骤② ⑤。而当放线线轴21上的切割线全部用完后，则需重新取一个 新的放线线轴，再重复上述步骤以实现硅棒的切割。
实施例二本实施与实施例一基本相同，不同之处仅在于在本实施例中，将下降速 度设定为25mm/min，行进速度设定为9.5m/s，放线线轴驱动电机11驱动放线线轴21 正向放线的线长设为250m，收线线轴驱动电机12驱动收线线轴25反向放线的线长设 为60m，这样当放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12正向转动大约26.3s后， 放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12需反向转动，反向转动的时间大约为6.3s 左右，在放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12反向转动6.3s后放线线轴驱动电 机11和收线线轴驱动电机12再次正向转动。
实施例三本实施例与实施例一和实施例二基本相同，不同之处仅在于在本实施例 中，将下降速度设定为28mm/min,行进速度设定为11.5m/s，放线线轴驱动电机11驱 动放线线轴21正向放线的线长设为265m，收线线轴驱动电机12驱动收线线轴25反向 放线的线长设为60m，这样当放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12正向转动大 约23s后，放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12需反向转动，反向转动的时间 大约为5.2s左右，在放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12反向转动5.2s后放线 线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12再次正向转动。
实施例四本实施例与实施例一、实施例二及实施例三基本相同，不同之处仅在于 在本实施例中，将下降速度设定为30mm/min,行进速度设定为10m/s，放线线轴驱动 电机11驱动放线线轴21正向放线的线长设为260m，收线线轴驱动电机12驱动收线线 轴25反向放线的线长设为65m，这样当放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12 正向转动大约26s后，放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12需反向转动，反向 转动的时间大约为6.5s左右，在放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12反向转动 6.5s后放线线轴驱动电机11和收线线轴驱动电机12再次正向转动。
本发明切割方法对切割线正向前进和反向前进距离的要求是较为严格的，既要提高 切割线的利用率，又要保证硅片的质量，还要保证切割线在切割过程中不断。如果将切 割线反向前进的距离设置为与其正向前进的距离相同，这样的话就成了反复在利用某一 段切割线，这样必然会造成切割线的断裂；如果切割线正向前进的距离与其反向前进的 距离之差小于其正向前进的距离一半，这样切割线将来回对硅棒切割多次，虽然提高了 切割线的利用率，但是考虑到各驱动电机正反转需要一个加速减速的过程，这样使得切 割线的平均速度降低，但是考虑到工作平台下降速度是不变的，这样可能会造成切割线经多次磨擦，断裂的机率极高，同时硅片表面可能会出现较大的凹凸重复纹路；如果切 割线反向前进的距离设置的极小，这样来回切割的意义将不是非常大；利用本发明进行 硅片切割时， 一般切割线正向前进的距离与其反向前进的距离之差大于其正向前进的距 离一半以上都是可以的，本发明的具体实施例中给出的数据均是在实际加工过程中获取 的经验值。
使用如图1所示的硅片切割机进行硅片切割，假设放线线轴上绕设的切割线的总长 为550公里，分别利用现有的单向前进切割方法与本发明方法进行硅片切割， 一般情况 下，利用现有的单向前进切割方法， 一捆550公里的切割线一刀需270公里左右即切一 根硅棒需270公里左右，这样550公里的切割线只能切两根硅棒，且切割好的硅片上下 会出现厚薄不均的情况；利用本发明方法， 一捆550公里的切割线一刀只需135公里左 右即切一根硅棒需135公里左右，这样550公里的切割线可以切四根硅棒，且切割好的 硅片上下厚度比较均匀，从数据对比可知，本发明方法大大提高了切割线的利用率，且 提高了硅片的质量和性能。
权利要求
1、一种硅片切割方法，包括以下步骤①将绕设有切割线的放线线轴安装于第一驱动轴承上，将收线线轴安装于第二驱动轴承上，将切割线的外露线头依次绕过第一排线轮、第一摆动轮及第一测力轮，然后从第一导轮的外侧进线，通过第一线槽及第二线槽将切割线重复环绕于第一导轮和第二导轮上进行布线，布线后切割线的外露线头从第二导轮的外侧出线，第一导轮和第二导轮之间的切割线构成一个线间距为207μm的平行线网，切割线的外露线头再依次绕过第二测力轮、第二摆动轮及第二排线轮与收线线轴连接；②将待切割的硅棒的一个轴向侧面粘贴于一块玻璃上，然后利用活动连接于工件夹具上的夹板夹住玻璃，再调整夹板的深度，使硅棒位于平行线网的正上方，最后控制系统控制工作平台驱动电机驱动工作平台下降至使硅棒靠近平行线网的位置；③设定工作平台带动硅棒下降的下降速度，及切割线前进的行进速度；④控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步转动，同时控制系统控制沙浆喷嘴向平行线网均匀喷射沙浆，及控制工作平台驱动电机驱动工作平台带动硅棒以设定的下降速度下降，沙浆包裹切割线对硅棒进行切割；⑤当硅片切割完成后，控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步停止工作，同时控制系统控制沙浆喷嘴停止向平行线网喷射沙浆，及控制工作平台驱动电机驱动工作平台上升，待工作平台上升至可方便取出切割完的硅片的位置时，取出切割完成的硅片；其特征在于对硅棒进行切割的过程包括控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步正向转动，放线线轴驱动电机驱动放线线轴正向放线，放线线轴上的切割线以设定的行进速度向收线线轴前进，沙浆包裹切割线对硅棒进行正向切割，当放线线轴正向放线250m～270m后，控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步反向转动，收线线轴驱动电机驱动收线线轴反向放线，收线线轴上的切割线以设定的行进速度向放线线轴前进，沙浆包裹切割线对硅棒进行反向切割，当收线线轴反向放线60m～70m后，再往复对硅棒进行正向切割和反向切割，直至硅片切割完成。
2、 根据权利要求1所述的一种硅片切割方法，其特征在于所述的下降速度为 25mm/min 35mm/min，所述的行进速度为9.5m/s 11.5m/s。
3、 根据权利要求2所述的一种硅片切割方法，其特征在于所述的下降速度为 28mm/min，所述的行进速度为10m/s。
4、 根据权利要求1至3中任一项所述的一种硅片切割方法，其特征在于所述的放 线线轴驱动电机驱动所述的放线线轴正向放线的线长为260m。
5、 根据权利要求1至3中任一项所述的一种硅片切割方法，其特征在于所述的收 线线轴驱动电机驱动所述的收线线轴反向放线的线长为65m。
6、 根据权利要求1所述的一种硅片切割方法，其特征在于所述的沙浆由切割液和 颗粒刀具混合而成，所述的切割液和所述的颗粒刀具的混合比例为l: 1，所述的切割液 主要由聚乙二醇组成，所述的聚乙二醇的质量含量至少为95%，所述的颗粒刀具主要由 碳化硅组成，所述的碳化硅的质量含量至少为95%。
全文摘要
本发明公开了一种硅片切割方法，当放线线轴驱动电机驱动放线线轴正向放线250m～270m后，通过控制系统控制放线线轴驱动电机、收线线轴驱动电机、第一导轮驱动电机及第二导轮驱动电机同步反向转动，再在收线线轴驱动电机驱动收线线轴反向放线60m～70m后，由控制系统控制四个电机再次正向转动，这样反复一来一回类似于拉锯条式对硅棒进行来回切割，由于在切割线往前走了一段距离后，切割线再往回走了一段距离，这样在保证切割线不受断裂影响的情况下，有效提高了切割线的利用率，且由于是来回对硅棒进行切割的，在正向切割硅棒时可能会使硅片上下产生厚薄不均，但在反向切割时会有效矫正方向，大大缩小硅片上下的厚薄差异，从而提高了硅片的质量。
文档编号B28D5/04GK101628452SQ20091010133
公开日2010年1月20日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者敏 庄, 徐洪峰, 王作为, 贺林丰 申请人:宁波升日太阳能电源有限公司