線痕的存在會(huì)影響電池片的生產(chǎn)工藝。是太陽能硅片生產(chǎn)中比較重要的一個(gè)問題。本文分析了多晶太陽能級(jí)硅片產(chǎn)生線痕的原因.并針對(duì)各不同成因。對(duì)降低和避免硅片線痕的措施進(jìn)行了探討。

　　前 言

　　硅棒的切割不管是在半導(dǎo)體行業(yè)還是太陽能光伏行業(yè)都是必不可少的一道工序，硅片質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到后續(xù)工序的制造和加工。線痕是影響硅片表面質(zhì)量的一個(gè)比較重要因索。半導(dǎo)體行業(yè)對(duì)硅片表面質(zhì)量要求較高，但其線痕并不是一個(gè)大問題，因?yàn)橄鄬?duì)而言其硅片較厚，切割過后有一拋光研磨過程可以去除線痕；而光伏行業(yè)的硅片非常薄（160-220um），因此研磨工藝在太陽能行業(yè)是不適用的。線痕的存在還會(huì)影響電池片的生產(chǎn)工藝，易造成破片。

　　1. 線痕的分類

　　線痕按照形狀分有單一線痕，密集性線痕和硬點(diǎn)線痕。硅片表面的單一線痕，有深有淺，一般線痕較小還是可以接受為合格片；密集性線痕體現(xiàn)為整個(gè)或者部分硅片表面出現(xiàn)多條由深至淺狀的線痕；而硬點(diǎn)線痕出現(xiàn)的毫無規(guī)律，但是其形狀似單一線痕。但是線痕上可以明顯看到有硬點(diǎn)的存在。對(duì)于單晶來說，線痕主要有密集性線痕和單一線痕；對(duì)于多晶來說，三種都存在，即比單晶增加一種由于硬點(diǎn)造成的線痕。

　　2. 單一線痕

　　單一線痕主要產(chǎn)生的原因和處理措施為：

　　1）跳線。跳線造成的線痕一般會(huì)集中在晶棒的某一段，但有時(shí)也會(huì)整根棒跳線，從而導(dǎo)致切割后整根棒幾乎都有線痕片。造成跳線的主要原因?yàn)椋?/p>

　　a，雜質(zhì)(碎硅片，砂漿中的雜質(zhì))進(jìn)入線槽或者粘附于線網(wǎng)，若上一次切割完畢后線網(wǎng)未清理干凈或者砂漿過濾袋質(zhì)量出現(xiàn)問題，則很容易發(fā)生這種情況；

　　b， 導(dǎo)輪磨損過大，導(dǎo)輪使用壽命有限制，超過一定時(shí)間則需要更換導(dǎo)輪；

　　c，鋼線張力太小，線弓過大產(chǎn)生滑移，一般在工藝穩(wěn)定的情況下，這種情況不易發(fā)生，如為此種情況，須適當(dāng)調(diào)整工藝；

　　d，硅棒對(duì)接位置不好也易引起跳線。

　　為了盡量避免跳線，每次切割完畢后清理工作要做到位，確保線網(wǎng)上的雜質(zhì)都被氣槍吹盡，切割前砂漿循環(huán)足夠時(shí)間，使砂漿中攜帶的雜質(zhì)都被有效過濾，每次切割前確認(rèn)導(dǎo)輪使用時(shí)間是否超出限制，如果超出及時(shí)更換。

　　2) 斷線。斷線后的晶棒即使能夠挽救回來，或多或少會(huì)產(chǎn)生線痕片。影響斷線的主要因素為：

　　a，鋼絲本身缺陷，如①鋼絲強(qiáng)度偏底；②鋼絲內(nèi)含夾雜物，鋼絲的斷面照片可以明顯看到成不相容相的顆粒；③鋼絲存在表面缺陷，當(dāng)切割受力時(shí)這些雜質(zhì)和缺陷成為應(yīng)力承受的薄弱部位，易于斷裂。

　　b，收(放)線端異常受力，如①工字輪變形；②放線端線頭穿錯(cuò)也稱壓線；③收(放)線端工字輪毛刺，收、放線時(shí)鋼絲被刮在其上引起斷線；④收(放)線端走線部件即滑輪、滾套的表面質(zhì)量和工作狀態(tài)，放線輪的跟隨性不佳，滑輪滾套異常磨損，張力檢測設(shè)備故障等引起收(放)線側(cè)張力的波動(dòng)或鋼絲異常受力斷線；⑤收線端排線質(zhì)量不平整引起收線張力急劇跳動(dòng)從而斷線；⑥收(放)線側(cè)張力瞬時(shí)波動(dòng)超過了鋼絲的承載極限，或承受異常應(yīng)力(如剪切應(yīng)力)作用引起斷線；

　　c，切割工藝出現(xiàn)異常，①張力設(shè)定合理性；②砂漿配置參數(shù)，砂漿配比或質(zhì)量影響到鋼絲攜帶砂漿量及切削能力，直接對(duì)鋼線的磨損量造成影響，隨著磨損量的增大，一方面鋼線表面缺陷增多，另一方面載荷橫斷面積減少，一旦鋼線的磨損量超過所能承受的范圍，鋼線斷裂；③雜質(zhì)，砂漿中混入硬質(zhì)異物(如碎片)，或在過線輪、導(dǎo)輪上有硬質(zhì)顆粒卡住對(duì)鋼絲造成刮傷，同上面也提到的雜質(zhì)異物，輕則跳線，重則斷線；④粘膠不當(dāng)或硅棒粘接位置不好等原因的跳線，導(dǎo)致某些線槽內(nèi)有多根鋼絲相互壓線引起斷線。由此可見，控制斷線首先要求有比較良好鋼線的質(zhì)量，其次是要控制好切割的工藝，其中砂漿的配置是一個(gè)比較重要的環(huán)節(jié)。砂漿由SiC和懸浮液PEG混合配置而成，SiC顆粒較為細(xì)小，根據(jù)粒徑范圍分為不同規(guī)格，一般粒子越細(xì)，切出的硅片表面越光滑，但對(duì)應(yīng)的切割能力也下降。微粉由于顆粒細(xì)，易在包裝、運(yùn)輸、存放過程中擠壓團(tuán)結(jié)，因此配置配制沙漿是時(shí)倒料應(yīng)慢，避免猛倒造成微粉沉底結(jié)塊攪拌不開，造成砂漿密度與預(yù)期的不一致或者不均勻而影響切割。碳化硅微粉在空氣中極容易受潮團(tuán)結(jié)，分散性降低，在料漿中形成假性顆粒物和團(tuán)積物，砂漿過攪拌也會(huì)吸收水分造成此問題，因此應(yīng)避免微粉裸漏在空氣中時(shí)間過長和過攪拌，烘砂的目的也在于此，一般把碳化硅微粉在80-90度烘箱里，烘8小時(shí)以上，來優(yōu)化碳化硅微粉的各項(xiàng)指標(biāo)。當(dāng)然砂漿配置如果采用集中供應(yīng)系統(tǒng)，會(huì)減少諸多人工配置的不穩(wěn)定因素，更利于砂漿質(zhì)量的穩(wěn)定。

　　斷線后的補(bǔ)救措施是比較繁瑣和耗時(shí)的，根據(jù)斷線的部位和切割的比例有不同的處理方法：

　　一、斷線情況發(fā)生在進(jìn)線端，我們可以采用倒走線的方式，把張力臂的力更換一下，然后進(jìn)行反向切割，切割速度一定要慢，確保在反向切割的途中不會(huì)出現(xiàn)意外；

　　二、斷線情況發(fā)生在出線端，繼續(xù)接上后把接的線頭繞到收線輪上(多繞幾圈)；

　　三、斷線情況發(fā)生在線網(wǎng)中間，將線網(wǎng)出線端到斷線的那段線網(wǎng)剪斷，調(diào)整好切割室的滑輪，接好鋼線，然后把線頭繞到收線輪上(多繞幾圈)；

　　四、兩頭斷線：①切割30%以內(nèi)，直接把工作臺(tái)抬起，用乙二醇對(duì)晶棒進(jìn)行浸泡，洗去硅片上砂漿，使片子完全張開，重新編制線網(wǎng)，慢走線，把晶棒壓人線網(wǎng)內(nèi)，繼續(xù)切割；②切割30%以上，將晶棒工作臺(tái)抬起，用水將硅片沖洗干凈后使用吹風(fēng)機(jī)吹干到硅片全部自動(dòng)分離時(shí)重新將晶棒壓入線網(wǎng)。也有采用鋼線焊接儀，可以在斷線的時(shí)候把鋼線焊接起來，然后采取慢走線的方式把焊接的地方走出來繞到收線輪上。但是到目前為止如果鋼線纏繞到導(dǎo)輪上，這種情況現(xiàn)在還沒有有效的解決方法。

　　3)停機(jī)。切片機(jī)在有些報(bào)警下會(huì)自動(dòng)停機(jī)，等報(bào)警消除后重新開始切割，基體的停機(jī)報(bào)警項(xiàng)可從機(jī)器的維護(hù)說明上查得，因?yàn)闄C(jī)器的停頓，重新啟動(dòng)后，由于導(dǎo)輪心震，剛線不能完全按原位置切割，線痕于是產(chǎn)生了，這種情況相對(duì)于前兩種較少。

　　4)粘膠過多。粘膠過多引起的線痕一般在靠進(jìn)粘膠面附近切割快結(jié)束的倒角處，由于膠水涂抹過多溢出，刮膠不徹底或者有的膠水固化時(shí)間較快來不及刮膠，導(dǎo)致切割時(shí)鋼線帶膠切割，而攜帶砂漿的能力下降，引起切削線痕。因此膠量要嚴(yán)格控制，從成本控制的角度，這也是有益的。如果使用自動(dòng)粘膠系統(tǒng)可以大大的排除這些人為的不利因素，也會(huì)減少因粘膠問題而造成的掉棒損失。

　　5)進(jìn)刀口鋼線波動(dòng)。由于剛開始切割，鋼線處在不穩(wěn)定狀態(tài)，鋼線的波動(dòng)產(chǎn)生進(jìn)刀口線痕，進(jìn)線點(diǎn)質(zhì)硬，比如多晶的切割一般會(huì)由此問題，加墊層(導(dǎo)向條)可消除線擺。

　　6)鋼線磨損過度(但未造成斷線)。此線痕一般出現(xiàn)于硅棒的后面，鋼線磨損、帶沙量低、切削能力下降、線膨脹系數(shù)增大引起的線痕。

　　7)硅片切割第一刀出現(xiàn)線痕。可能為碳化硅微粉有大顆粒物，鋼線的張力太小產(chǎn)生的位移劃錯(cuò)，鋼線的張力太大、線弓太小料漿帶不過去，線速過高、帶沙漿能力降低等等。對(duì)于鋼線張力問題，略作調(diào)整即可，而碳化硅微粉有大顆粒物，經(jīng)過一刀切割后微量的大顆粒變細(xì)或者變鈍.也就不影響正常切割。

　　3. 密集性線痕

　　此線痕是由于砂漿的切割能力不足引起的。切割能力的不足，主要為砂漿粘度不夠、碳化硅微粉粘浮鋼線少、砂漿不能很好的混合于懸浮液中，配合性不好。但最常遇到的根本原因?yàn)椋瑂ic的切割強(qiáng)度偏低或者sic圓度系數(shù)過高即sic顆粒形狀較圓，鋒利的棱角較少。sic的強(qiáng)度在其原料生產(chǎn)時(shí)便決定了，sic的微粉化并不會(huì)改變其強(qiáng)度。如果sic本身材料的強(qiáng)度過低，切割時(shí)與硅棒作用，棱角被磨平鈍化，切割能力不足，導(dǎo)致硅片表面出現(xiàn)大面積的均勻線痕；但如果在sic的微粉化過程中由于工藝不當(dāng)，顆粒在切割前已經(jīng)被磨平，那同樣也會(huì)造成切割能力不足導(dǎo)致密集性線痕。對(duì)于后者，只要在高倍顯微鏡下進(jìn)行來料檢驗(yàn)即可觀測到，就可避免生產(chǎn)中造成的損失，而對(duì)于前者則需要分析sic的成分和晶型強(qiáng)度再做判斷。

　　目前很多廠家為了節(jié)約成本使用回收砂進(jìn)行切割，但由于回收砂的質(zhì)量不穩(wěn)定，因此常有可能會(huì)面臨由于切割能力不足導(dǎo)致的密集性線痕問題。主要原因是回收時(shí)如果不同廠家砂漿混合，回收后的sic微粉之間、sic微粉與懸浮液之間存在配合性的問題，同時(shí)也可能存在sic顆粒已經(jīng)過度磨損的問題。這種使用回收砂造成的密集性線痕可以通過加大砂漿密度，降低工作臺(tái)速度，減少使用回收砂的比例和加大砂漿更換量在一定程度上得到控制。

　　4. 硬點(diǎn)線痕

　　對(duì)于多晶，比單晶多一種造成線痕的原因，那就是硬點(diǎn)。此線痕與硅片切割的工藝和輔料無關(guān)，主要取決于多晶鑄錠的原料和工藝。

　　5. 結(jié)論

　　由上文所述，鋼絲的明顯質(zhì)量缺陷會(huì)引起線痕的發(fā)生，但在鋼絲無明顯缺陷時(shí)，切割工藝的適當(dāng)優(yōu)化可以降低線痕的出現(xiàn)機(jī)率，砂漿的過濾、線網(wǎng)的清理和膠量的控制能很大程度的減少線痕的產(chǎn)生。SiC的質(zhì)量對(duì)硅片的切割有著重大的影響，一旦SiC的質(zhì)量產(chǎn)生問題則會(huì)產(chǎn)生大量的密集性線痕片而造成巨大損失。因此對(duì)輔料的監(jiān)控和檢驗(yàn)有著猶為重要的意義。同樣對(duì)于多晶的硬點(diǎn)線痕，控制硅原料質(zhì)量和坩堝氮化硅涂層工藝比較重要。