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回收碳化硅使用比例对硅片质量的影响
2013-10-24 15:05:14   来源:    点击:

  摘要:  碳化硅微粉是多线切割硅片中最主要的磨料,适合切割较硬、脆的材料。多线切割是由导轮带动钢线进行高速运动,由钢线携带砂浆...
  摘要:

  碳化硅微粉是多线切割硅片中最主要的磨料,适合切割较硬、脆的材料。多线切割是由导轮带动钢线进行高速运动,由钢线携带砂浆进行研磨的切割方式,而砂浆就是悬浮液(PEG)和碳化硅(SiC)的混合物,当切割完毕后新砂浆变成废旧砂浆,如果把废砂浆丢弃会造成极大的环境污染而且对成本降低也不利,所以目前光伏行业的发展趋势是使用回收碳化硅,本文讨论了不同比例的回收碳化硅对硅片质量的影响。

  关键词:回收  锯痕   TTV

  引言:

  砂浆就是悬浮液(PEG)和碳化硅(SiC)的混合物,切割完的废砂浆中由于含有较多的铁粉、硅粉等杂质,并且参与切割后的许多碳化硅颗粒破损,直接再参与切割会对切割能力造成极大影响,从而影响硅片质量,所以需要对废砂浆进行提炼,将里面的碳化硅及悬浮液进行再处理,然后将再处理后的碳化硅及悬浮液与新碳化硅、新悬浮液进行一定的比例混配再次切割,目前行业内一般回收碳化硅比例到60%-80%,回收切割液比例使用比例达到40%-90%,甚至100%。

  一、碳化硅中影响质量的参数

  硅片切割主要是钢线携带砂浆进行研磨的滚动式切割,而起主导作用的就是砂浆中的碳化硅,由于切割中碳化硅会与硅发生碰撞、摩擦,使得碳化硅部分颗粒不断的磨损及破碎,从而影响了硅片切割的质量。在碳化硅几个主要的参数当中,硬度、粒型、粒径、圆形度及微粉含量在切割中起到了至关重要的作用,碳化硅硬度是受碳化硅生产的原料的硬度决定的,冶炼时间的长短决定了碳化硅的硬度,如果硬度过低,在切割过程中与硅碰撞摩擦,会导致颗粒被磨平钝化,导致切割能力不足,最终会使硅片产生锯痕;粒型与其破碎的工艺相关,如果颗粒当中长条状、扁平状颗粒较多,切割过程中就不会起到对硅的滚动摩擦,从而使切割能力下降,造成硅片锯痕、切斜的发生;碳化硅生产过程中无法对相同粒径的颗粒进行集中分离,但是颗粒较大与颗粒较小的碳化硅对切割质量都有不利影响,所以都会要求中值粒径在某一范围内;圆形度及微粉含量在回收碳化硅中体现尤为明显,圆形度表征的是碳化硅棱角的锋利程度,在硅片切割时,如果圆形度较大,即棱角平滑,会使切割能力不足导致硅片锯痕的产生;碳化硅的制作过程中尤其是碳化硅从废砂浆回收过程中,微粉很难处理干净,一般指粒径小于2μm的颗粒,微粉存在过多的话,切割过程中微粉会对碳化硅形成包裹,从而使碳化硅的切割能力下降,影响硅片质量。

  二、机床试验部分

  使用相同的设备对156*156mm多晶硅块进行切割,对比不同回收碳化硅比例下的硅片切割质量情况,回收碳化硅比例50%、60%、65%,回收切割液比例90%、钢线型号0.13mm,相同的工艺参数、相同的砂浆更新量的条件下进行,同时使用扫描电镜、贝克曼粒径分析仪、马尔文3000圆形度仪对碳化硅颗粒进行了圆形度、粒径及微粉含量等的检测,同时对比了不同回收碳化硅比例的废砂浆中硅粉、铁粉及硅片质量的检测。

  三、试验结果分析

  1.取GC1200#新碳化硅和切割后回收碳化硅各一组样品进行粒度及圆形度检测,从图中可以看出切割前后碳化硅粒度分布无明显区别。

 


  2.根据试验部分,分别抽测切割完毕后的3组废砂浆若干次进行检测,检测后发现不同回收砂比例切割后的废砂浆中所含铁粉有较大差别,因为回收砂比例增大后回收砂对切割质量产生一定的影响,导致钢线摩擦加大,使铁粉含量增加。

  四、不同回收砂比例对硅片质量的影响

  从上述检测结果不难看出,随着回收砂比例的增大,钢线磨损增加,导致切割末端钢线直径变小,断线的几率也就随之增大;而且随切割时间的推移,碳化硅颗粒不断破碎磨损,切割能力必定有所降低,那么硅片出现锯痕的几率就会增加,并且参加完整个切割过程后,胶面出刀部位很容易出现硅片小崩边现象。

  1.根据机床试验部分对切割后的硅片若干组样品进行锯痕检测,从检测结果看出硅片锯痕值都能满足生产标准要求,但是不同回收砂比例切割后的硅片锯痕有一定区别,回收砂比例越大,锯痕越大,基本呈线性关系,每提高10%比例的回收砂,硅片锯痕值增大约0.8um。

  2.根据机床试验部分对切割后的硅片若干组样品进行TTV检测,从检测结果看出硅片TTV值都能满足生产标准要求,但是不同回收砂比例切割后的硅片TTV有一定区别,回收砂比例越大,TTV值越小,因为回收砂比例增大后对硅的磨损普遍下降尤其是入线口处,每提高10%比例的回收砂,硅片TTV值减小约1.5um。

  3.由硅片TTV和锯痕检测不难发现,不同回收砂比例切割硅片质量参数有不同之处,但是都符合生产质量的要求。而对应不同回收碳化硅使用比例所切割的合格率为95.45%、95.62%、95.23%。随着回收砂比例的增大,切割质量并未见多大影响,而且也并不是随比例增加呈线性关系。

  五、结论

  通过试验数据可以看出,其它切割条件相同,使用不同回收砂比例切割,如果质量不稳定会使硅片切斜的几率增大,导致锯痕增大,同时增大回收砂比例也会对胶面出刀小崩边有一定影响。如果回收砂质量稳定的前提下,增大回收砂比例对硅片TTV有好的影响,但会使硅片锯痕稍偏大,也会不同程度的影响硅片小崩边尤其是出刀胶面小崩边会增多,如果工艺调试的比较匹配不会对切割合格率造成影响,而且随着回收砂比例的增大,对硅片切割成本有较大贡献。

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