摘要 現如今嶄新的金剛線切片技術崛起于光伏硅片切割行業。金剛線切片的技術最主要的優勢體現在這兩個方面:1、硅耗的降低;2、切割效率的提升
現如今嶄新的金剛線切片技術崛起于光伏硅片切割行業。金剛線切片的技術最主要的優勢體現在這兩個方面:1、硅耗的降低;
2、切割效率的提升。
在未來的幾年,金剛線切片技術的推進將會影響多晶、單晶市場份額。本文交流信息將涉及金剛線、金剛線硅片、金剛線電池片、金剛線改造設備、金剛線專用機等工藝研究以及金剛線制絨技術突破、單晶金剛線切片與多晶金剛線切片成本比較等。
金剛線和砂漿切割的基本區別,金剛線是將金剛石采用粘結和電鍍的方式固定在直拉鋼線上進行高速往返切削,而砂漿的切割方式是游離式的切割模式,靠懸浮液的懸浮碳化硅,再通過線網的帶動,進行磨削切割。
一、金剛線基本情況介紹及分類
金剛線現主要分為兩大類型,分別為樹脂金剛線和電鍍金剛線兩種,另外還有釬焊等待商業化技術。
電鍍金剛線和樹脂金剛線之處差別:
1、金剛石顆粒的固定方式差異;
2、金剛線顆粒數的差異;
3、成品金剛線后破斷力的差異;
4、成品線徑差異;
圖1為電鍍金剛線和樹脂金剛線的示意圖,因為鍍層和固定方式的差異,樹脂金剛線采用的樹脂為包裹材料,減少對材料的負荷,繼而能夠將TTV 、絲痕 、損傷層降低至最小。

圖1.電鍍金剛線和樹脂金剛線的示意圖

圖2樹脂金剛線切割的單晶硅片表面

圖3 砂漿切割的單晶表面
金剛線的切割效率能夠較游離碳化硅切割提高分為下面幾個方面,
固結方式,也就是帶來金剛石參與磨削的切割更多,同時也減少了磨料之間的相互磨損現象。
金剛石硬度高,金剛石的耐磨損 強,都將大大延長金剛線的使用壽命。
切割線速度高,金剛石與硅片接觸面積增大,金剛石線又將能承受高線速度帶來的其他不良,從而發揮高切割速度的優勢。
傳統砂漿的利用鋼絲的快速運動將含磨料的液體帶入到工件切縫中,產生切削作用。 在切割過程中,碳化硅被沖刷下來,唯有持續進行滾動磨削,而減少切割效率。碳化硅的硬度9.5(莫氏),而金剛石硬度在10(莫氏)。 金剛線切割線速度基本在15m/s,我們正常切割的砂漿線速度基本在9-11.5m/s。 而若金剛線再做突破的話,就應該是要更硬,同時兼有更好的自銳性(多晶金剛石),更穩定的固結方式,更快的線速度。
三、金剛線的斷線率為什么要低呢?
1、 首先我們應該排除非鋼線質量問題導致的斷線,比如設備故障、人員操作、耗材的更換、工藝的更變等幾個方面。單從鋼線的品質來說,金剛線母線的鋼材型號和普通砂漿切割使用的直拉鋼線鋼材型號是存在一定差異之處的。 從每公里采購單價高于普通的砂漿直拉鋼線,價格也即決定了品質的差異。相對普通砂漿的直拉鋼線加強了卷繞度破斷張力、雜質含量控制等一些關鍵性參數。
2、 同時在制線過程中,需經過多個張力輪(固定張力做卷繞運行的裝置)多次檢驗,減少切割過程中斷線率低的一點也在于此。
3、金剛線的切割不會對金鋼線進行損傷,根據實際切割檢測來看,鋼線長度600mm約2100片左右的鋼線磨損之后,磨損量在5um,(而砂漿直拉鋼線磨損基本在10-18um)也就是說,切割過程磨損的是只是鍍層和樹脂包裹層,還未接觸到鋼線,所以對于載體鋼線的來說,他的物理性能不會發生太大變動,這也保證了整個切割過程的穩定性
四、硅耗的最大程度降低
這是金剛線明顯區別于傳統砂漿的切割重要一點,就是硅耗降低,簡單說就是,用更少的硅料生產符合客戶要求片厚。因以固結的方式可以參與有效切割的金剛石較多,鍍層要比砂漿的混合體要小,刀縫損失也更少,生產加工過程成本的降低,方能讓光伏走進入千家萬戶。下面為模擬計算圖。

那讓我們看看金剛線可以有哪些增效的地方?
1.切割效率高
首先第一個切割效率高降低了設備廠房及一切折舊、單片人工加工成本。
2. 單片成本低
金剛線替代了傳統砂漿的切割的 碳化硅、懸浮液、鋼線,對比三項來說,、根據砂漿使用結構線加線回收砂漿系統的單片控制在0.65元算比較前沿的,但不是每一家都可以達到這個程度,金剛線的電鍍線切割基本持平,樹脂金剛線還可以下潛1毛錢。
3. 品質受控
(1)、從品質管控來說,砂、線、液是必須分三家供應商,如果在加上二級、三級供應商的話,三項輔材需要設置要達到6-12家,相對金剛線將砂、線綜合了,供應商的減少也減少輔料波動性,只需管控一家即可。
(2)、切割過程中的斷線,是影響良品率的一大殺手。金剛線的母線采購單價是高于普通直拉鋼線幾倍的價格,對于直拉鋼線的品質要求也要更高,需要經過多次上砂和清洗和修磨工藝。
(3)、金剛線的制造過程,需要經過多道金剛線拉力機的測試,并設立三道品質檢驗,分別從母線檢測、一次成品檢測、二次成品檢測、需對每卷線都會有一份相應可追溯性檢測報告,對表面鍍層上砂顆粒數量、破斷拉力、突出量等一系列數據進行檢測。
(4)、金剛線品質的性能,另外還需要是大量建立實際切割數據基礎上,在提供給客戶應用之前,現具有規模的金剛線廠家都會添加1臺或者多臺金剛線多線切割。建議一個具有可示范性、可復制的前沿技術推廣應用的生產測試部門,對每批次金剛線進行切割和前沿技術的摸索,經過了品質檢驗和實際生產的測試雙向檢測。
(5)、金剛線的生產是完全建立數據跟蹤系統,對于每卷線數據做到具有可追溯性,這也將品質把控更提高了一步。
4. 硅耗降低。
5. 環保
環保處理費用 在現中國的時代,工廠對于環保的認知還是太低了,砂漿的cod達到幾十萬,而金剛線切割液經過純水稀釋加切割液cod在200-1000,對于污水的處理也將大大提升。
6. 潛在利于硅粉的回收再利用、回爐再利用,現在還在探索階段。