傳統(tǒng)切割矽片工藝主要有內(nèi)圓鋸切割法和砂漿切割法兩種。隨著金剛線切割技術(shù)的興起，這兩種矽片切割工藝因低下的效率和矽利用率而不可避免地迅速被取代，在未來一段時(shí)間，即使在母絲基體，如改用鎢絲和使用絞合鎢絲、金剛石裸石、微粉顆粒、形狀、電鍍技術(shù)，如複合電鍍等方面會(huì)不斷改進(jìn)，但是金剛線切割工藝將作為一種主流的矽片切割技術(shù)主宰光伏晶矽製造。

我們知道按磨料和線鋸的關(guān)係分為自由磨料線鋸切割和固結(jié)磨料線鋸切割兩種，如本調(diào)研之前章節(jié)所述，固結(jié)磨粒線鋸又根據(jù)塗覆工藝的不同分為擠壓、嵌入、焊接固結(jié)磨粒線鋸、樹脂固結(jié)磨粒線鋸、電鍍固結(jié)磨粒線鋸、複合電鍍固結(jié)磨粒線鋸。

不同的線鋸切割，自由磨料線鋸切割和固結(jié)磨料線鋸切割，採用不同類別線鋸加工方法得到的晶片的表面品質(zhì)不同。固結(jié)磨料線切割指的是將細(xì)微性極小的金剛石磨料均勻地分佈固定於金屬絲基體表面，令其具有一定的牢固度，可以承受一定時(shí)間的切割作用，固結(jié)磨料線鋸切割過程中，金剛石研磨顆粒和線鋸為一個(gè)共同作用體形成一種線鋸和被加工晶體之間的二體磨損機(jī)制；不同的是，自由磨料線鋸切割是一種磨粒、線鋸和被加工晶體間形成三體磨損機(jī)制。

多絲切割與內(nèi)圓切割原理示意圖

不論是自由磨粒線鋸或者是固結(jié)磨粒線鋸切割，根據(jù)所使用的磨粒和磨料不同，可以細(xì)分為碳化矽磨粒線鋸和金剛石磨粒線鋸，金剛線鋸時(shí)採用金剛石微粉製作和完成切割的線鋸，因此也成為金剛石線鋸、鑽石線鋸、寶石線鋸等。

不同矽片切割工藝的切割效率、效果、矽片出片率、矽片表面品質(zhì)，乃至矽片尺寸大小而有所不同。從內(nèi)圓鋸切割到游離砂漿線切割到固結(jié)磨粒的金剛線切割工藝，一般來看，為了提高切割效率，游離磨粒線切割和固結(jié)金剛線鋸大多都採用多線切割工藝進(jìn)行矽片切割，因此也統(tǒng)稱為多線切割技術(shù)。

2. 矽片切割的幾種工藝

2.1 矽片內(nèi)圓切割工藝

刀片是由不銹鋼製成的大而薄的圓環(huán)，刀片的內(nèi)側(cè)邊緣鍍有帶金剛石顆粒的鎳層，並利用金剛石鎳鍍層切割晶棒。矽片內(nèi)圓切割位置在刀片的表面，切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘留切痕和微裂紋，切割結(jié)束時(shí)易出現(xiàn)矽片崩片甚至飛邊的現(xiàn)象，內(nèi)圓切割的適用範(fàn)圍，只能小批量的加工直徑不大於200mm，精度要求不高的矽片。

2.2 矽片多線切割技術(shù)

多線切割技術(shù)是晶矽切割發(fā)展到目前最為成熟和高效的技術(shù)，也是目前最為先進(jìn)的矽片加工技術(shù)。其原理是通過高速運(yùn)動(dòng)的鋼絲帶動(dòng)和附著在鋼絲上的切割磨料（游離磨料和固結(jié)磨料銜接切割）對半導(dǎo)體等硬脆材料進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到切割效果。如何提高多線矽片切割的效率，減少切割的損耗成一直是該技術(shù)的癥結(jié)，通過減小切片的厚度來提高單位材料的產(chǎn)出率；通過減小切割的刀損來提高原材料的利用率；通過提高磨粒的利用率來降低加工成本已成為當(dāng)前矽片切割加工中所追求的方向和目標(biāo)。

作為一種最新和經(jīng)濟(jì)效益最好的多線晶矽切割技術(shù)，複合電鍍碳鋼基體金剛石線鋸是目前最流行的切割技術(shù)，鎢絲基體電鍍金剛線鋸切割技術(shù)則是近一兩年才興起的下一代固結(jié)磨粒線鋸的可能主流。

電火花切割原示意圖

2.3 矽片電火花線切割技術(shù)

電火花線切割（WEDM）是利用工件和電極絲之間的脈衝火花放電，產(chǎn)生瞬間高溫使工件材料局部熔化或氣化從而達(dá)到加工目的的技術(shù)；它是一種非接觸、宏觀加工力很小的加工方式。根據(jù)走絲速度的快慢，電火花線切割加工分為低速走絲線切割加工（WEDM-LS）和快速走絲線切割加工（WEDM-HS）。由於電火花線切割屬於無宏觀力切削加工，理論上切削矽片的厚度可以很薄，因此國內(nèi)外不少機(jī)構(gòu)都對電火花切割矽片技術(shù)做了相關(guān)的研究，資料顯示用線切割放電加工法所獲得的矽片總厚度變化（TTV）和彎曲程度（Warp）與多線切割結(jié)果幾乎一樣，切縫造成的矽材料損失也與多線切割法得到的數(shù)值相當(dāng)。

2.4 矽片超聲振動(dòng)切割

超聲加工是利用超聲振動(dòng)工具在有磨料的液體介質(zhì)中產(chǎn)生磨料的撞擊、拋磨、液壓衝擊及由此產(chǎn)生的空化（氣蝕）作用來去除材料，或給工具、工件沿一定方向施加超聲頻振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)加工，或利用超聲振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。超聲加工技術(shù)經(jīng)歷了幾十年來的發(fā)展，在超聲振動(dòng)系統(tǒng)、深小孔加工、超聲複合加工領(lǐng)域均有泛應(yīng)用，在難加工材料領(lǐng)域解決了許多關(guān)鍵性的工藝問題。

超聲加工的基本原理是在工具頭與工件之間加入液體與磨料混合的懸浮液，並在工具頭振動(dòng)方向加上一個(gè)不大的壓力，超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻電振盪（一般為20～30kHZ的超聲波）通過換能器轉(zhuǎn)變?yōu)槌曨l的機(jī)械振動(dòng)，變幅桿將振幅放大到0.01～0.15mm，再傳給工具，並驅(qū)動(dòng)工具端面作超聲振動(dòng)，迫使懸浮液中的懸浮磨料在工具頭的超聲振動(dòng)下以很大速度不斷撞擊拋磨被加工表面，把加工區(qū)域的材料粉碎成很細(xì)的微粒，從材料上被打擊下來。雖然每次打擊下來的材料不多，但由於每秒鐘打擊16000次以上，所以仍具有一定的加工速度。根據(jù)超聲加工原理可知其切割對象主要為脆而硬的非金屬材料及一些難加工的超硬材料，表面粗糙度可以達(dá)到0.08～0.63μm，明顯優(yōu)於電火花、電解加工。矽片超聲振動(dòng)切割的切削效率介於內(nèi)圓切割和多線切割之間，是普通無振動(dòng)切割的三倍。

超聲波大震動(dòng)食品切割

3. 內(nèi)圓切割法

內(nèi)圓切割刀片是不銹鋼製成的大而薄的圓環(huán)。內(nèi)圓切割的位置在刀片的表面，刀片的內(nèi)側(cè)邊緣鍍有帶金剛石顆粒的鎳層，利用在內(nèi)圓刃口邊上的鎳鍍層上附著的金剛石切割晶棒。1965年晶片直徑僅25mm左右,之後主流晶片至今不斷快速擴(kuò)大至150mm，200mm，300mm（12吋）以上，一般段時(shí)間裡200mm以下矽棒的切割主要使用金剛石內(nèi)圓砂輪刀片和切片機(jī)進(jìn)行切割工作，而大直徑矽棒的切割怎麼逐步採用線鋸切割加工工藝，這主要是由於內(nèi)圓切割技術(shù)有其固有的技術(shù)缺陷。

晶圓切割刀

由於刀片高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生軸向振動(dòng)，刀片與矽片的摩擦力增加，切割時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的殘留切痕和微裂紋，切割結(jié)束時(shí)易出現(xiàn)矽片崩邊甚至飛邊的現(xiàn)象。隨著矽圓片直徑的增大，高速旋轉(zhuǎn)帶來的矽片表面損傷也會(huì)增大，約為30～40μm。對於φ200mm矽片，為能夠使粘有碳板的晶棒都能通過，刀片的外圓直徑可達(dá)到32英寸左右。

內(nèi)圓切割機(jī)示意圖

4. 砂漿切割法

5. 金剛線切割與砂漿切割區(qū)別

6. 金剛線（多線）切割與內(nèi)圓鋸切割區(qū)別

7. 矽片切割缺陷及原因

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《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（一）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（二）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（三）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（四）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（五）》

《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（六）》

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《中國光伏行業(yè)金剛線用鎢絲市場研究（十四）》

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