太陽能是未來Z清潔、安全和可靠的能源,光伏產業正日益成為國際上繼IT、微電子產業之后又一爆炸式發展的行業。太陽能光伏發電的Z基本元件是太陽能電池(片),有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。硅材料必須經過切片,研磨,制絨等一整套復雜的工序才能制成太陽能電池,切片作為第一道工序,在太陽能電池的制作中至關重要,所以必須對硅片的切割過程中的加工參數進行深入研究。本文主要研究金剛石高質量數控多線切割機切割硅片的過程中,工藝參數的優化問題。高質量數控多線切割機相比于傳統的砂漿線鋸切割有切割效率高,切割硅屑更容易回收,綜合成本低等優勢,有大規模應用的廣闊前景。

隨著光伏技術的飛速發展,單晶硅等半導體材料的應用越來越廣泛,單晶硅的廣泛應用促進了單晶硅片的切片技術向高效率、高表面質量、低成本、環境污染小等趨勢發展,進而對切片加工設備的性能要求越來越高。本文針對現有高質量數控多線切割機在切割過程中因主系統振動引起的斷線和硅片表面翹曲度、劃痕等問題,進行了金剛石線切割機主系統結構參數優化,并且對金剛石線切割機加工過程中整體結構性能的穩定性進行了較為深入的研究。其主要研究內容如下:首先,根據光伏硅片的加工要求,分析了金剛石多線切割機的加工工藝和設計參數的設定,確定高質量數控多線切割機供應商的組成和布局;并對多線切割機的進給系統、繞線系統、切割系統、電氣系統以及冷卻循環裝置以及相關部附件進行詳細的設計研究;通過對各子系統的設計研究,找出影響系統穩定性的主要因素,對裝配精度進行詳細分析,得出主系統裝配尺寸誤差的結構組成。其次,為了減小裝配精度帶來的誤差影響,保證硅片的切割質量,減小整體結構振動,需要分析金剛石線切割

集成電路、光伏和半導體照明產業是我國戰略性產業之一。多線切割技術是太陽能光伏發電、大規模集成電路等電子產業中基片加工的創新性核心工藝和主流技術,可以大幅度提高出片率、切片質量和生產效率。山東高質量數控多線切割機控制系統復雜,控制精度要求非常高。目前國內多線切割機產品大部分依賴從國外進口,多線切割機的核心控制技術已成為制約國內數控多線切割機供應商市場發展的技術瓶頸。多電機速度同步系統和張力系統是控制系統研究的重點和難點。針對多電機速度同步控制和張力控制等關鍵技術,對國內多線切割機控制系統的設計、開發和調試提供了一些理論依據,具有一定的理論意義和實際應用價值。

進一步提高效率、降低成本是硅材料今后發展的趨勢,也是產業化的要求。目前在半導體硅材料的加工領域引入了多線切割機,它高效的生產能力,諸多的優勢,決定了它的發展空間,但如何有效控制硅片應力,這是一個需要迫切解決的問題。從高質量數控多線切割機與內圓切割機相比較出發,著重研究了線切割機在生產過程中的應力控制。 針對線切割機的工作原理,在切片過程中硅片因機械作用造成的刀痕、損傷、破損會導致產生包括機械應力和熱應力在內的應力,進而產生滑移位錯,當機械應力和熱應力在高溫處理過程中的作用超過晶體滑移臨界應力時,會產生硅片的破碎。對于翹曲度、彎曲度、總厚度誤差、中心厚度誤差等方面的質量控制,可以通過調整線張力、進給速度、冷卻劑流量等一系列工藝措施來達到目的及要求,它大大降低了生產成本,提高了生產效率。實驗證明山東數控多線切割機切出的硅片的厚度和質量都很好的滿足了下一道工序的要求。

隨著太陽能電池和大規模集成電路的迅速發展,尤其是集成電路的制作過程中大直徑和超大直徑的單晶硅片的廣泛應用,傳統的硅片加工方法由于加工效率低、表面完整性差、加工半徑小以及成本高等缺點已經不能滿足如今的需求。山東高質量數控多線切割機以其加工效率高、切片薄、加工直徑大等優點很快脫穎而出,成為了硅片切割市場的主流。由于我國該技術發展滯后,多線切割機床大多依賴于進口,不適應該產業的發展。對于多線切割機床的研制以及該技術的研究,雖然還處于起步階段,但已經受到廣泛重視。下面對基于大尺寸硅片的多線切割原理,分析多線切割技術的材料去除機理;對高質量數控多線切割機的整體剛度進行研究;對游離磨料線鋸加工切片的表面粗糙度進行建模和預測,并分析同一切片表面粗糙度的不均勻性。在游離磨料多線切割過程中,研磨液由有機溶液基底和磨粒配比而成,是工件材料去除的直接原因。