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多线切割工艺断线分析

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在多线切割工艺中,镀铜金属线对硅单晶切割片的质量有着重要影响,成为多线切割工艺需要控制的重要辅料。断线问题一直是困扰多线切割工艺人员的主要问题之一,一直得不到有效的解决,从材料、设备、工艺以及人员等多个视角对断线问题进行了分析,并给出相应的解决措施。

  多线切割工艺的基本原理是通过镀铜金属线携带砂浆按一定的速度对硅单晶进行切割。在切割过程中,断线问题是困扰多线切割工艺技术人员的主要问题之一,该问题的解决对硅片的质量和成品率有着非常重要的意义。随着硅单晶尺寸逐步增大以及硅片向越来越薄的方向发展,断线问题对设备有效运行时间以及成本控制等带来的影响日趋显著,因此断线问题成为多线切割工艺丞待解决的主要技术问题之一。在多线切割工艺领域,鲜有关于断线问题的文献报道。
  本文从材料、设备、工艺以及人员等多个视角对断线问题进行了分析,以期给出相应的解决措施,为多线切割工艺人员解决断线问题提供一些解决方案。

1.多线切割机加工原理

多线切割方式因具有厚度一致性好、几何参数一致性好、适于批量生产等优势,已经成为单晶切割的主要方式。
  多线切割机的原理如图1所示,通过伺服电机控制的放线轮拉出的镀铜拉丝绕过几个起转向作用的滑轮,然后经过控制张力的张力控制器,在切割室内连续缠绕在24个主导轮上,形成一个在水平面上弥补的平行线网。而在线网的上方,单晶的两侧布置有砂浆喷灌提供稳定的砂浆流量。

图1.jpg
  钢丝绕过线网后再通过滑轮和张力控制器回到收线轮上,在切割时高速运动的钢线携带附着在钢丝上的SiC磨料对硅棒进行研磨从而达到切割的效果。在切割过程中钢线通过滑轮的引导,在导轮上形成一张线网,而待加工硅棒通过工作台的下降或上升实现工作的供给,把硅棒按一定晶格方向切割成片。

2.断线问题的原因分析及解决措施

2.1镀铜金属线质量缺陷导致的断线问题及解决措施
  在多线切割工艺中,镀铜金属线是在一定的张力条件下以一定的速度与硅单晶之间相互作用,从而实现对硅单晶的切割。在切割过程中,镀铜金属线需要承受一定的拉力,从而镀铜金属线需要具有一定的强度,并且表面应无瑕疵、无杂质。在实际工作过程中,我们获取到不同镀铜金属线质量缺陷造成断线问题的特征图片,镀铜金属线的质量缺陷是造成断线问题的一个主要因素,可以从镀铜金属线的质量控制入手,严格控制镀铜金属线的强度值、外观质量,必要时可以采取复验强度、外观检验等措施,以防止镀铜金属线在多线切割过程中出现断线问题。

图2.jpg

  2.2设备异常以及人员操作不当
  多线切割设备异常与人员操作不当也是形成断线问题的因素之一,二者往往交织在一起,难以完全区分开,本文将这两个因素归为一个问题进行讨论。
  2.3工字轮变形引起排线松动或夹丝
  工字轮强度不足以支撑钢丝压力引起变形,并造成钢线排线松动或夹丝,从而造成切割过程中形成如图2所示的断口特征,即过载颈缩断,放线侧工字轮靠近法兰边处排线松动,严重时工字轮明显变形。该问题可采取事前检查、事中监控的措施进行控制,即在切割前仔细检查工字轮是否变形,切割过程中要注意跟踪钢线的跳动是否有异常。
  2.4工字轮毛刺
  工字轮上有凿伤痕迹或有毛刺,会出现钢线被刮在其上而在放线端或收线端造成断线。形成如图3所示的断口特征,其具体表现为过载颈缩断或表面损伤。工字轮的质量问题可以通过工字轮外观检查加以控制,从而防止有缺陷的工字轮带病工作。
  2.5压线
  在穿线操作的过程中,由于操作人员的操作不慎导致线头松掉并重新拾起时钢线线头从下一圈钢线中穿过造成放线压线断线,如图4所示。其断口特征为过载颈缩断或竹节状,通常容易伴随切割线痕,切割后废线呈卷曲状。该问题通常在一次断线后出现,可以将放线轮上的钢线转掉几百米,可有效预防因操作失误而造成的压线现象。

正确的放线.jpg


  2.6切割设备影响
  多线切割设备本身的精度出现问题也会导致断线问题,如收放线轮导线轮磨损过大或被切透、放线轮和收线轮随动性不佳、控制系统故障、张力检测设备以及张力臂摆动异常等。这类设备问题所造成的断口特征表现为过载颈缩断或不规则断口。这类设备问题可通过采取设备的点检、日常维护保养以及事前检查等措施加以解决,如消耗性物品应在每刀切割前检查是否需要更换、定期检查测试收放线轮随动性以及切割前检查压缩空气是否正常。
  2.7工艺条件不匹配
  多线切割工序是一个系统性较强的工序,涉及工艺环节较多,只有各环节之间良好匹配,才能在保证工序正常流转并得到各项性能具佳的硅片。切割工序的胶、砂浆、洁净程序等均会对金属线的性能产生不同程度的影响,表2给出了因工艺条件不匹配而造成的断线问题,并给出了相应的解决措施。

QQ截图20190627144755.jpg

3结论

  断线问题是多线切割工艺的主要问题之一,本文通过从材料、设备、工艺以及人员等四个角度进行分析,得出如下的初步结论:
  (1)镀铜金属线的自身质量是造成断线问题的主要因素,需要密切关注镀铜金属线的强度以及外观质量。
  (2)设备维护保养以及事前检查是预防断线问题的有效措施,需要将这些措施落到实处。
  (3)人员因素是造成断线问题不容忽视的因素,需要从制度上规范人员操作,杜绝因人员因素造成的断线问题。
  (4)多线切割工艺是一个综合性较强的工艺,各环节匹配是切割工艺人员需要考虑的首要问题。

2019年6月27日 14:52
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