论金刚线切割硅片技术的前景

论金刚线切割硅片技术的前景如今又一个崭新的金刚线切片技术崛起于光伏硅片切割行业。树脂金刚线切割硅片的技术与切割钢丝切割硅片技术相比，最主要的优势体现在这四个方面：（1）树脂金刚线切割过程造成的损伤层在4-7um，电镀金刚线是8-10um，砂浆是11-15um，有利于切割的薄片化,提高出品率硅耗的降低；（2）切割效率的提升，提升3个百分点；（3）损伤层薄，增加了硅片强度,刻蚀后表面均匀,有利于提高转换效率；（4）与传统切割方法相比,没有废浆料的产生，环境保护水平大大提高。在未来的几年，金刚线切片技术的推进将会影响多晶、单晶市场份额。金钢线和砂浆切割的基本区别，金钢线是将金刚石采用粘接和电镀的方式固定在直拉钢线上进行高速往返切削，而砂浆的切割方式是游离式的切割模式，靠悬浮液的悬浮碳化硅，再通过线网的带动，进行磨削切割。1金钢线基本情况介绍及分类金钢线现主要分为两大类型，分别为树脂金钢线和电镀金钢线两种，另外还有钎焊等待商业化技术。电镀金钢线和树脂金钢线的差异：（1）金刚石颗粒固定方式的差异；（2）成品金钢线后破断力的差异；（3）成品线径的差异。2金钢线提升切割效率的原因金钢线的切割效率能够较游离碳化硅切割提高，分为下面几个方面：（1）固结方式：也就是带来金刚石参与磨削的切割更多，同时也减少了磨料之间的相互磨损现象；（2）金刚石硬度高：金钢石的耐磨损性强，都将大大延长金钢线的使用寿命；（3）切割线速度高：金刚石与硅片接触面积增大，金刚线又将能承受高线速度带来的其他不良，从而发挥高切割速度的优势。传统砂浆的利用钢丝的快速运动将含磨料的液体带入到工件切缝中，产生切削作用。在切割过程中，碳化硅被冲刷下来，唯有持续进行滚动磨削，而减少切割效率。碳化硅的硬度9.5（莫氏），而金刚石硬度在10（莫氏）。金钢线切割线速度基本在15m/s，我们正常切割的砂浆线速度基本在9-11.5m/s。而若金钢线再做突破的话，就应该是要更硬，同时兼有更好的自锐性（多晶金刚石），更稳定的固结方式，更快的线速度。3金钢线的断线率低的原因分析（1）首先我们应该排除非钢线质量问题导致的断线，比如设备故障、人员操作、耗材的更换、工艺的更变等几个方面。单从钢线的品质来说，金钢线母线的钢材型号和普通砂浆切割使用的直拉钢线钢材型号是存在一定差异之处的。从每公里采购单价高于普通的砂浆直拉钢线，价格也即决定了品质的差异。相对普通砂浆的直拉钢线加强了卷绕度破断张力杂质含量控制等一些关键性参数；（2）同时在制线过程中，需经过多个张力轮（固定张力做卷绕运行的装置）多次检验，减少切割过程中断线率低的一点也在于此；（3）金钢线的切割不会对金钢线进行损伤，根据实际切割检测来看，钢线长度600mm约2100片左右的钢线磨损之后，磨损量在5um，（而砂浆直拉钢线磨损基本在10-18um）也就是说，切割过程磨损的是只是镀层和树脂包裹层，还未接触到钢线，所以对于载体钢线的来说，他的物理性能不会发生太大变动，这也保证了整个切割过程的稳定性。4硅耗的最大程度降低金钢线区别于传统砂浆的切割重要一点，就是硅耗降低，简单说就是，用更少的硅料生产出更多的符合客户要求片厚。因以固结的方式可以参与有效切割的金刚石较多，镀层要比砂浆的混合体要小，刀缝损失也更少，硅片自然会多点，生产加工过程成本降低，光伏投资性价比增高，会推广光伏的发展。下表为模拟计算：切割刀缝损失量比较表类型刀缝损失量/um减少量/um金钢线切割金钢线12023.5钢线+砂浆切割碳化硅黄铜切割丝143.5两种方式切片数量比较表类型出片量/um每公斤多出片/个备注金钢线切割金钢线56.983.95每公斤长度17.95km，片厚190um计算钢线+砂浆切割碳化硅黄铜切割丝53.035金钢线的优势（1）切割效率高：切割效率高降低了设备厂房及一切折旧、单片人工加工成本；（2）单片成本低：金钢线替代了传统砂浆的切割的碳化硅、悬浮液、钢线，对比三项来说，根据砂浆使用结构线加线回收砂浆系统的单片控制在0.65元算比较前沿的，但不是每一家都可以达到这个程度，金钢线的电镀线切割基本持平，树脂金钢线还可以下潜1毛钱；（3）品质受控：A、从品质管控来说，砂、线、液是是必须分三家供应商，如果在加上二级、三级供应商的话，三项辅材需要设置要达到6-12家，相对金钢线将砂、线综合了，供应商的减少也减少辅料波动性，只需管控一家即可；B、切割过程中的断线，是影响良品率的一大杀手。金刚线的母线采购单价是高于普通直拉钢线几倍的价格，对于直拉钢线的品质要求也要更高，需要经过多次上砂和清洗和修磨工艺；C、金钢线的制造过程，需要经过多道金钢线拉力机的测试，并设立三道品质检验，分别从母线检测、一次成品检测、二次成品检测、需对每卷线都会有一份相应可追溯性检测报告，对表面镀层上砂颗粒数量、破断拉力、突出量等一系列数据进行检测；D、金钢线品质的性能，另外还需要是大量建立实际切割数据基础上，在提供给客户应用之前，现具有规模的金钢线厂家都会添加1台或者多台金钢线多线切割。建议一个具有可示范性、可复制的前沿技术推广应用的生产测试部门，对每批次钢线进行切割和前沿技术的摸索，经过了品质检验和实际生产的测试双向检测；E、金钢线的生产是完全建立数据跟踪系统，对于每卷线数据做到具有可追溯性，这也将品质把控更提高了一步；（4）硅耗降低：因以固结的方式可以参与有效切割的金刚石较多，镀层要比砂浆的混合体要小，刀缝损失也更少，生产加工过程成本的降低；（5）环保：在现中国的时代，工厂对于环保的认知还是太低了，砂浆的COD达到几十万，而金钢线切割液经过纯水稀释加切割液COD在200-1000，对于污水的处理也将大大提升；（6）潜在利于硅粉的回收再利用、回炉再利用，现在还在探索阶段。