金刚线切片粘胶面崩边质量控制

国家电投西安太阳能电力有限公司西宁分公司 高 鹏 王 毅 秦 忠 赵洪军

金刚线切片粘胶面崩边质量控制

国家电投西安太阳能电力有限公司西宁分公司 高 鹏 王 毅 秦 忠 赵洪军

粘胶面崩边是金刚线切片行业中常见的不良。总结了粘胶面崩边的几种类型，分析其产生机理，通过实验验证，提出了解决办法。

金刚线；硅片；崩边；解决办法

1.引言

随着世界常规能源短缺的日益严重以及生态环境的日趋恶劣，寻求一种新型能源已成为全人类面临的重要问题之一。在各种新能源中，太阳能光伏发电具有无污染、可持续、总量大、分布广 、应用形式多样等优点，受到世界各国的高度重视，最有希望取代传统能源而成为未来能源的首选。其中，光伏发电中硅片的生产成本在整个光伏发电系统建设成本中占有相当重的比例，制约着光伏企业的发展和光伏发电的商业应用步伐。硅片生产一般使用多线切割机，近年来，随着企业成本压力的越发加剧，金刚线多线切割工艺正逐步取代传统砂浆工艺，成为行业内硅片制造主流技术。

本文基于生产工艺原理，研究了硅片生产过程中导致硅片粘胶面崩边的产生原因，并通过实验提出了解决方案。

2.金刚线多线切割原理及优势

金刚线多线切割原理是使用钢线带动附着在钢丝上的金刚石颗粒对硅棒进行切割的一种加工方法[1]。钢线通过几个到十几个导线轮的引导，在主辊上形成一张线网，而待加工工件通过工作台的下降实现工件的进给和切割。金刚线切割相较传统砂浆切割工艺，有以下优势：

1）单位产能耗硅量减少

使用金刚线切片技术后，由于刀缝损失的减小，能够带来单位耗硅量的减少，从而较大程度地减少了硅片的硅成本和折旧等，这也是金刚线切片最重要的驱动因素。

2）金刚线切片带来产能提升

金刚线切片机的线网速度可以达到1000-1800m/min，是传统的砂浆切片机的两至三倍，单刀次时间可以降至2.5小时及以内，极大提升了切片的效率，提升了产能。

3）切割成本的减少

金刚线切片带来成本的减少主要是辅材成本的减少。金刚线切割的辅材有金刚线和冷却液等，其中金刚线成本占比最大。得益于近年来金刚线成本的迅速下降，使用金刚线切割的辅材成本已经降至0.5元/片甚至更低。未来随着金刚线国产化趋势的增强，金刚线的切割成本还将进一步降低[2]。

3.粘胶面崩边的类型

粘胶面崩边使之硅片边缘呈现单面局部破损缺陷，类型主要有3种[3]：

1）长条状线状崩边，这种崩边最为常见，大部分集中在粘胶面中间部位和边缘位置，是比较难以避免和解决的崩边类型；

2）胶面掉渣，由于胶层脱落造成胶面许多亮点，且亮点处容易掉渣，受到轻微的摩擦力即有硅落产生，此时很容易形成缺口或者裂纹，成为不合格硅片；

3）胶面倒角处崩边，崩边位置在倒角中间位置或胶面与倒角的接触位置，若受到挤压力作用容易造成倒角处形成缺口。

粘胶面崩边影响硅片外观，降低A极品率，增加硅片的成本。

4.粘胶面崩边产生原因分析

粘胶面崩边产生的原因包括很多，其跟设备、操作人员、原材料、工艺均有直接或间接的关系，下面将对崩边产生的主要原因进行分析。

1）胶层形貌

胶层形貌对崩边产生有巨大影响。常规抹胶方式会导致胶层呈现“凹”形貌，导致硅棒在放置于胶层上后，硅棒边缘首先与两边凸起胶层接触，进而将胶水向中间挤压，而胶层中间存在空隙，受空气影响，胶水无法全部填满空隙而导致硅棒与树脂板在中间部分中空。切割完成后，胶层无法为钢线提供缓冲，导致出刀速度快而引起硅片崩边，如图1、图2所示。

图1 “凹”形胶层

图2 硅棒粘接后空隙

2）环境原因

温度过低、湿度过低会导致胶水流动性变差，在硅棒接触胶水瞬间，胶水未全部填充空隙之前就已经固化而产生空隙，切割过程会同样导致崩边。

3）原材料原因

胶水固化后的硬度要在一个合适范围之内，如果胶水硬度不合适，钢线切至硅棒和胶层交界面的一瞬间，由于钢线张力突然发生变化，而破坏硅层边缘。

树脂板须平整无翘曲，否则也会影响胶层形貌，进而导致崩边发生。

硅棒粘接面若出现划伤也会导致划伤处产生崩边。

4）工艺原因

线切程序设定出刀速度过快，钢线在脱离硅棒瞬间，由于钢线张力原因，会将硅棒半拉半磨式的扯断，导致崩边。

切割液温度过高，在冷却液浸泡与切割瞬时高温的共同影响下胶水会被软化，导致钢线在进入被软化胶层时，硅棒瞬间被拉伤导致崩边；

脱胶机喷淋压力如果过大或者位置不合适，会导致未脱胶的硅片晃动而产生崩边。

5.崩边减少措施

针对以上崩边产生因素，有针对性进行改善，以将崩边将至最低。

1）将胶层形貌由“凹”形貌变换为“凸”形貌。

特殊工装，如图3所示，将涂胶刀形貌变为中间高两边低圆弧形状，在提高涂胶胶层均匀度的同时，使得成品胶层呈现“凸”的形貌，如图4所示。硅棒接触胶层瞬间，首先接触胶层中间部位，胶层在受到重力挤压时，胶水将由中间向两边缓慢均匀扩散，可将空气有效排挤出填充间隙，确保硅棒和胶层之间无间隙。

通过以上改善，崩边比例降低明显，并且操作简单。

图3 涂胶工装

图4 粘接完成后的胶层形貌

2）在硅棒使用前，需将硅棒使用烘箱进行回温，使之不低于环境温度；胶水在使用前和使用过程中，需不断利用烘箱回温胶水，使之达到流动性最佳状态。通过以上工作，可使胶水处于最佳流动性状态，减少因流动性不佳而导致的崩边。

3）目前主流胶水硬度值介于75-90之间，各个厂家宜通过实践方式，选取最佳的胶水硬度以适应本公司的生产需要，并需要加强进料检验，确保关键材料质量达标。

4）线切工艺方面，结合金刚线指标以及切割工艺实际情况，降低线切机出刀速度，使线速度和出刀速度匹配最佳；同时降低线切机冷却循环设定温度（如：切割液温度降低至20℃）；预清洗设备通过调整喷淋系统压力，使其喷淋方向以及压力合适，避免崩边产生。

6.结论

本文从工艺、材料等方面分析了金刚线切硅片粘胶面崩边产生的原因，并提出相应改善措施,有效降低了金刚线切硅片粘胶面崩边。

[1]张国青,汪列隆,张蓓蓓.单晶硅切片技术的研究进展[J].池州学院学报,2016,30(3):57-59.

[2]王小军,孙振亚.硅片切割技术的现状和发展趋势[J].超硬材料工程,2011,23(6):19-23.

[3]徐美丽.粘接工序对硅片胶面崩边的影响[J].轻工标准与质量,2013(03):30-32.