太阳能光伏级硅片资料

1、赛维LDK技术研究院Silicon R&D Center共享资料 T 1表面活性剂在切片工艺中的作用 T 2聚乙二醇标准及检验方法 3废砂浆回收切割液的几个关键问题 4什么是金刚粉？主要通途是什么？如何制造金刚粉？ 5太阳能硅片切割技术 6新的硅片清洗技术 7PV-600 切割线痕分析 表面活性剂在切片工艺中的作用 T T 切片是硅单晶由晶棒变成硅片的一个重要步骤，硅单晶的切片工艺主要有两 种：内圆切割和线切割。 对于内圆切割，国内大多采用水作为切削冷却液，由于硅的硬度较高，在切 割过程中会产生大量的摩削热，硅片表面会出现毛刺、崩缺、刀痕等不良现象， 致使切速无法提高，耗时较长，工序生

2、产效率低下，随着晶体直径的增大，这种 限制尤为明显。切片过程中硅片因机械作用造成的刀痕、损伤、破损会导致产生 包括机械应力和热应力在内的应力，进而产生滑移位错，当机械应力与热应力在 1 高温处理过程中的作用超过晶体滑移临界应力时会产生硅片的破碎， 而且重金属 杂质在缺陷中更易扩散，因此必须减少刀痕。 线切割工艺中同样存在上述问题，目前大多线切割液为国外进口，多注意了 悬浮金刚砂，要求有极好的悬浮性和合适的粘度。切割过程中如何提高化学作用 以降低强机械作用造成的损伤及降低应力与减少断线是线切割新技术的研究突 破点。 在切片过程中使用切削液最关键的参数为降低摩擦力，降低磨损层，减小应 力和微裂，提

3、高效率与刀具寿命，降低修刀率，防止设备生锈，使切片清洁易清 洗。在切削液中加入表面活性剂主要起到如下作用。 一、降低表面张力 切削液本身的表面张力是关键因素，表面张力大，液体的内聚作用大，液体 分子的渗透性就弱，因此，降低液体的表面张力可提高液体的渗透性，这就涉及 到表面活性物质的使用， 表面活性物质溶于水， 可起到降低液体表面张力的作用。 二、增强渗透性 切削液的渗透性是切削液的一个重要性能。切削液的冷却效果、润湿效果及 润滑作用都会受到渗透性的影响，渗透性好的切削液能迅速渗透到切屑刀具； 界面和刀具硅片界面，提高切削的冷却效果，并且可在刀具与硅片界面上形成 润滑膜，从而降低摩擦系数，减小切

4、削阻力，起到良好的润滑作用，此外，良好 的渗透性能使切削液渗入到刀前端形成楔形膜，并能向深入扩展，如同在裂缝中 打入一个楔子，起着一种劈裂的作用，从而提高切削速率，延长刀具寿命。 三、减小摩擦 2 在刀具与被切入的硅片之问形成润滑膜,将摩擦表面隔开,使硅片表面与刀具 间的摩擦转化为具有较低抗剪切强度的润滑膜分子间的内摩擦， 从而降低摩擦阻 力和能源消耗，减小了损伤、应力与微裂，降低切点温度，使摩擦副运动平稳， 提高切削速率，延长刀具寿命。表面活性剂起润滑作用的为憎水基烃链，且在烃 链中含有苯环时润滑效果较好， 但同时还应考虑到它的其他性能， 即是否溶于水， 对其他表面活性剂的影响如何，一般润滑

5、剂选择的依据，为了有良好的润滑性选 择憎水基烃链中含有苯环较佳、能溶于水，并有较好的渗透性从而使其综合性能 提高。 四、减少磨损 在硅的切削中，主要是由于应力和原子间力而产生磨损，应力产生磨料磨损 与扩散磨损，原子间力产生粘结磨损，刀面与硅表面接触时或相对运动时，实际 上只在若干个微凸端(解理面)产生接触，这些接触点应力很大，产生塑性变形， 接触点由于粘着和捍合而形成结点，剪切发生在强度较低的材料一方，则强度较 高材料表面上将粘附较软的材料而产生磨损，就会造成硅表面出现刀痕、微裂、 损伤层加大、刀具寿命减少，又由于应力主要集中在一些孤立的点上，会产生位 错和扩散磨损，即金属杂质随应力的加大和温

6、度的升高而逐渐扩散到硅片中去， 而加入切削液后在刀具与硅片之间可形成一层润滑膜， 使结合点的强度低于摩擦 中任一材料的剪切强度，即可在二者原来的接触面处剪断，则可降低磨损，又由 于形成一层润滑膜，使刀具与硅片的接触面积增大，从而降低了各个孤立点的温 度与应力，也就减少了位错与扩散磨损，同时又增加了刀具的寿命，减少微裂与 损伤，降低了修刀率。 五、改善切消液的悬浮性 3 性能优良的悬浮液兼有切削、粘滞、冷却三大功能。在悬浮液中加入研磨砂 (主要成份为 SiC)后的悬浮液又称砂浆。 常用悬浮液为无色透明液体,具有粘滞性, 能携带 SiC 颗粒随线网一起运动。悬浮液的渗透性为其重要性质,渗透性表现为

7、 液体的粘度和浸润性。 在切削液中加入表面活性剂，可使其产生良好的渗透作用和分散悬浮作用， 渗透到磨料微粒之下,在磨粒的大强度摩擦后轻易去除破损层，又不至于伤害工 件表面，提高工作的效率和速率，提高经济效益。减少磨料之间的摩擦，减少不 必要的缺陷和破坏，使电子器件精度和优越性大大提高。 当固体颗粒团块受到机械力作用时，会产生微裂缝，但它很容易通过自身分 子力的作用而愈合。当分散介质有表面活性剂存在时，表面活性剂分子会进入裂 缝中吸附在固体界面上，产生一种“劈楔作用”。微裂缝不但无法愈合，而且越 来越深和扩大，最后使它分裂成碎块，使得在相同机理下会提高切割效率。 由于分散体系具有巨大的表面积，表

8、面能很大，是热力学不稳定体系。表面 活性剂吸附在固一液界面上，大大降低了表面自由能，减少了它们相互聚结的趋 势。另外，由于表面活性剂吸附，使固体表面吸附层增厚，形成空间位垒，会使 其稳定性增加。阻碍颗粒相互靠拢，使新的表面裸露出来与工件接触，并提高质 量传输速率，进一步切割使切割效率大大提高。 六、增强清洗作用 切割过程产生的大量碎屑和硅粉,容易互相粘结且粘附在硅片和线网上， 影响 硅片表面粗糙度、降低切割精度,因此要求悬浮液具有清洗功能,其与液体的渗透 性、流动性、粘度等因素有关。悬浮液中含有表面活性剂,可以包附在碎屑周围, 使其容易脱落清洗,并附着在硅片表面抑止周围颗粒的污染。 4 在硅的

9、切片过程中，切屑、油污等物易粘附在硅片表面和刀具上，影响切削 效果， 使机床和工件变脏， 切削液中的表面活性剂一方面能吸附各种粒子、 油泥， 并在硅表面形成一层吸附膜，阻止粒子和油污粘附在刀具和硅表面上,另一方面 可渗入到粒子和油污粘附的界面上,把粒子和油污从界面分离随切削液带走，而 起到清洗作用使硅片表面洁净。 1、颗粒的去除 非离子表面活性剂不受酸、碱和电解质的影响，并具有较强的渗透力，活性 剂分子可渗入硅片表面与吸附物之间向深处扩展，将颗粒托起，活性剂分子取而 代之吸附在硅片表面上，同时颗粒的周围也吸附了一层活性剂分子，防止颗粒化 学吸附在新生表面上。其次，由于新生的表面能量很高，会自发

10、吸附周围浆料中 的物质，非离子表面活性剂可优先吸附于一般的带电固体表面上,使物系的稳定 性成倍增加。理论和实验结果都表明，硅片在水中仅吸附电势为正的粒子，而范 德华力始终为引力。因此，只有通过控制颗粒与硅片之间的静电力来阻止沉积。 为了抑制颗粒在衬底表面的沉积，最基本的一点是，要使衬底表面与颗粒表面必 须具有相同的电势，可以通过加入表面活性剂来实现。经过实验实现了无接触花 篮高效率集中清洗。 可见， 选择适用的表面活性剂对整个硅加工工艺的工作效率， 经济效益，成品质量等多方面都有很大的益处。 2、金属离子的去除 在硅片加工中不可避免地引入了钠、镁、钙等重金属离子。这些重金属离子 会使少子寿命大

11、大下降，漏电流增加。这些金属杂质在硅中有很大的扩散系数， 当硅单晶片在高温下反复加工时，杂质会进入硅片内部,使器件漏 电流增大，P -N 结软击穿，材料电阻率也会发生变化，影响器件稳定性和可靠性。尤其对于 5 甚大规模集成电路 ULSI，金属离子要求<1010，所以必须从加工每一道工序严 格把关。 七、提高切削液的防锈作用 切削液略显弱碱性，p H 值在 10 左右，在与机床、刀具接触时，切削液与 机床、刀具表面的一层金属碱性氧化物不会发生反应，即不会发生腐蚀，又可在 刀具形成一层保护膜，防止刀具被氧化。 采用表面活性剂型的调节剂可使溶液呈现碱性，同时可提高表面活性剂溶液 的表面活性，降

12、低表面张力，能提高溶液的综合性能。 八、减少锯丝的疲劳断裂 锯丝疲劳断裂是由于导轮的往复运动，锯丝在长期的交变应力作用下而产生 的，转速越高，应力交变频率越大，疲劳断裂增加，锯丝寿命越短，含有表面活 性剂的切削液在锯丝表面形成一层润滑膜，使锯丝与硅片的接触面积增大，从而 降低了各个孤立点的温度与应力，使锯丝疲劳断裂大大减少。 聚乙二醇标准及检验方法 聚乙二醇根据平均分子量的不同分为许多种，这里只涉及四种即聚乙二醇 200、400、600 和 800。 6 一、聚乙二醇 200 1、物性 乙二醇 200 是一种无色黏稠液体。有轻微特殊气味。略有吸湿性。溶于水和丙 酮。相对密度 1.127。凝固点

13、-15。黏度（99）4.3m2/s，【粘度 （mm2/s,40） 21-24】。闪点（开杯）177。 2、检查 a、平均分子量 取本品约 1.2g，精密称定，置干燥的 250ml 具塞锥形瓶中，精密加邻苯二 甲酸酐的吡啶溶液（取邻苯二甲酸酐 14g ，溶于无水吡啶 100ml 中，放置过 夜，备用）25ml，摇匀，置沸水浴中，加热 3060 分钟，取出冷却，精密加 入氢氧化钠滴定液(0.5mol/L)50ml，以酚酞的吡啶溶液(1100)为指示剂，用 氢氧化钠滴定液（0.5mol/L）滴定至显红色，并将滴定的结果用空白试验校正。 供试量(g) 与 4000 的乘积，除以消耗氢氧化钠滴定液(0.

14、5mol/L)的容积(ml)， 即得供试品的平均分子量，应为 190210。 b、酸度 取本品 1.0g,加水 20ml 溶解后,依法测定(附录 H),pH 值应为 4.07.0 。 C、溶液的澄清度与颜色 取本品 5.0g，加水 50ml 溶解后，溶液应澄清无色；如显浑浊，与 2 号浊 度标准液（附录 B）比较，不得更浓；如显色，与黄色 2 号标准比色液（附 录 A 第一法）比较，不得更深。 d、乙二醇与二甘醇 7 取乙二醇与二甘醇各 50mg，置 100ml 量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀， 作为对照溶液；另取本品 4.0g，置 10ml 量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀，作 为供试品溶液。取上

15、述溶液，照气相色谱法附录 E，以硅藻土为载体，山 梨醇为固定相，在柱温 160 测定。精密量取试品溶液与对照溶液各 2l，注 入气相色谱仪，记录色谱图；按内标发以基线构成的面积称峰面积。根据面积计 算含量。含乙二醇与二甘醇均不得过 0.25(g/g)。 e、炽灼残渣 取本品 1.0g,依法检查(中国药典 2000 年版二部附录 N),遗留残渣不得过 0.2（附录 N）。 f、重金属 取本品 4.0g，加盐酸溶液(91000)5ml 与水适量，溶解后，用稀醋酸或氨 试液调节 pH 值至 3.04.0 ，再加水稀释至 25ml，依法检查（附录 H 第一 法），含重金属不得过百万分之五。 g、砷盐

16、取本品 0.67g ，置凯氏烧瓶中，加硫酸 5ml,用小火消化使炭化，控制温度 不超过 120 （必要时可添加硫酸，总量不超过 10ml），小心逐滴加入浓过 氧化氢溶液， 待反应停止， 继续加热， 并滴加浓过氧化氢溶液至溶液无色， 冷却， 加水 10ml，蒸发至浓烟发生使除尽过氧化氢，加盐酸 5ml 与水适量，依法检 查（附录 J 第一法），应符合规定（0.0003）。 二、聚乙二醇 400 1、物性 8 本品为无色或几乎无色的黏稠液体；略有特臭。本品在水或乙醇中易溶，在 乙醚中不溶。相对密度本品的相对密度（附录 A）为 1.110 1.140。黏度: 本品的运动黏度（附录 G 第一法），在

17、40时（毛细管内径为 0.8mm）, 应为 3745mm<2>/s。 2、检查 a、平均分子量: 取本品约 1.2g，精密称定，置干燥的 250ml 具塞锥形瓶中，精密加邻苯二 甲酸酐的吡啶溶液（取邻苯二甲酸酐 14g ，溶于无水吡啶 100ml 中，放置过 夜，备用）25ml，摇匀，置沸水浴中，加热 3060 分钟，取出冷却，精密加 入氢氧化钠滴定液(0.5mol/L)50ml，以酚酞的吡啶溶液(1100)为指示剂，用 氢氧化钠滴定液（0.5mol/L）滴定至显红色，并将滴定的结果用空白试验校正。 供试量(g) 与 4000 的乘积，除以消耗氢氧化钠滴定液(0.5mol/L)的容

18、积(ml)， 即得供试品的平均分子量，应为 380 420。 b、酸度:取本品 1.0g,加水 20ml 溶解后,依法测定(附录 H),pH 值应为 4.07.0。 C、溶液的澄清度与颜色:取本品 5.0g，加水 50ml 溶解后，溶液应澄清无 色；如显浑浊，与 2 号浊度标准液（附录 B）比较，不得更浓；如显色，与 黄色 2 号标准比色液（附录 A 第一法）比较，不得更深。 d、乙二醇与二甘醇:取乙二醇与二甘醇各 50mg，置 100ml 量瓶中，加水 稀释至刻度，摇匀，作为对照溶液；另取本品 4.0g，置 10ml 量瓶中，加水稀 释至刻度，摇匀，作为供试品溶液。取上述溶液，照气相色谱法附

19、录 E， 以硅藻土为载体，山梨醇为固定相，在柱温 160 测定。精密量取试品溶液与 9 对照溶液各 2l，注入气相色谱仪，记录色谱图；按内标发以基线构成的面积称 峰面积。根据面积计算含量。含乙二醇与二甘醇均不得过 0.25(g/g)。 e、炽灼残渣:取本品 1.0g,依法检查(中国药典 2000 年版二部附录 N),遗 留残渣不得过 0.2（附录 N）。 f、重金属:取本品 4.0g，加盐酸溶液(91000)5ml 与水适量，溶解后，用 稀醋酸或氨试液调节 pH 值至 3.04.0 ，再加水稀释至 25ml，依法检查（附 录 H 第一法)，含重金属不得过百万分之五。 g、砷盐:取本品 0.67

20、g ，置凯氏烧瓶中，加硫酸 5ml,用小火消化使炭化， 控制温度不超过 120 （必要时可添加硫酸，总量不超过 10ml），小心逐滴 加入浓过氧化氢溶液，俟反应停止，继续加热，并滴加浓过氧化氢溶液至溶液无 色，冷却，加水 10ml，蒸发至浓烟发生使除尽过氧化氢，加盐酸 5ml 与水适 量，依法检查（附录 J 第一法），应符合规定（0.0003）。 三、聚乙二醇 600 1、物性 本品为无色或几乎无色的黏稠液体，或呈半透明蜡状软物，略有特臭。本品 在水或乙醇中易溶，在乙醚中不溶。相对密度本品的相对密度（附录 A）为 1.115 1.145。黏度 本品的运动黏度（附录 G 第一法），在 40时（毛

21、 细管内径为 1.5mm），应为 5662mm<2>/S。 2、检查 a、平均分子量 取本品约 1.6g，精密称定，照聚乙二醇 400 项下的方法测定，平均分子量 应为 570 630。 10 b、酸度 照聚乙二醇 400 项下的方法检查，均应符合规定。 C、溶液的澄清度与颜色 照聚乙二醇 400 项下的方法检查，均应符合规定。 d、乙二醇与二甘醇 照聚乙二醇 400 项下的方法检查，均应符合规定。 e、炽灼残渣 照聚乙二醇 400 项下的方法检查，均应符合规定。 f、重金属 照聚乙二醇 400 项下的方法检查，均应符合规定。 g、砷盐 照聚乙二醇 400 项下的方法检查，均应符合

22、规定。 四、聚乙二醇 800 1、物性 白色或浅黄色软蜡状半固体。有轻微特殊气味。微有吸湿性。遇热易熔化。 溶于水和乙醇。相对密度(d2525)1.128。熔点 2025。粘度(99) 10.5m2/s。闪点(开杯) >246。平均分子量 770.0840.0 。 2、检查 同聚乙二醇 400 项下的方法检查，均应符合规定。 11 废砂浆回收切割液的几个关键问题 从硅片切割液废砂浆中回收合格切割液并非象人们想像的那样简单,我们知 道硅片是采用多线切割机切割的,不同类型的切割机对切割液有不同的要求,一 但不附和要求切割出的硅片将出现这样那样的问题,因此在回收切割液时要对每 一环节都要严格控

23、制,只有这样才能使回收的切割液达到高质量。 一、要认真做好废砂浆的分级分类工作 硅片切割厂由于建厂时间、采用的机器、以及引进技术的不同而使用的切割 液也不尽相同,目前世界使用的切割机大概有四种类型即 MB、HCT、NTC、和 安永线性切割机。我国所使用的只有前三种,安永机在我国基本没有使用。MB、 HCT 是瑞士生产,NTC 是日本生产。这三种机器对切割液的要求也有不同,MB 和 HCT 要求切割液的粘度不低于 55,而 NTC 要求 2225,安永则要求更低,要 低于 18。只有符合机器要求的切割标准的粘度，才能在切割的过程中保证碳化 硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆稳定地通过砂浆管道随钢线进入

24、切割区。 又由于 带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中，会因为摩擦发生高温，所以切割液的粘度 又对冷却起着重要作用。如果粘度不达标，就会导致液的流动性差，不能将温度 降下来而造成灼伤片或者出现断线， 因此切割液的粘度又确保了整个过程的温度 控制。 线切割机对硅片切割能力的强弱，与砂浆的粘度有着不可分割的关系。而砂 浆的粘度又取决于硅片切割液的粘度、硅片切割液与碳化硅微粉的适配性、硅片 切割液与碳化硅微粉的配比比例、砂浆密度等。只有达到机器要求标准的砂浆粘 度（如 NTC 机器要求 250 左右,MB、HCT 砂浆粘度控制在 200250）才能 在切割过程中，提高切割效率，提高成品率。 12 废砂浆

25、回收厂废砂浆的来源不同,有的来自瑞士机而有的来自日本机器,将它 们混合起来回收,得到的切割液则是粘度都不适应的混合液,不能再用于切割硅 片。因此在废砂浆到达工厂后首要任务就是对它们分级分类。这一工作虽然很枯 燥但意义很大。 分级分类就是对每桶废砂浆中的切割液进行粘度分析,贴好标签,供以后处 理。 分级分类结束后就可以分类处理了,分类处理后要分类包装。 二、切割液的净化与脱色 辽宁奥克厂供应的切割液是纯净而无色透明的粘稠状液体,其各项指标为: 商品名称： 切割液、切削液 产品外观（25） 色号（铂-钴） 粘度（mm2/s,40） 无色透明液体 50 24-28(205); 28-32(303);

26、 22-26(304) PH 值(5%H2O) 水含量（%） 密度（g/cm3，20） 折光率（20） 电导率 重金属含量，ppm 5.0-8.0 0.5 1.120-1.130 1.462-1.468 100 5 13 使用说明：将高效切割液与 SiC 按 1：0.81 比例混合均匀后，在体系循 环即可。 包装规格：采用 200Kg 或 1100Kg 塑料桶包装。 贮存运输：本品无毒、难燃，可按一般化学品运输规定办理，贮存于干燥、 通风处，避免阳光照射和雨淋。保质期二年。 回收的切割液只有达到这些标准才能保证硅片切割的正常和安全。 要想达到 这些指标必须严格控制每一回收工序。 第一要做好切割

27、液的预处理,就是要尽可能的使切割液与碳化硅分开,保证 无肉眼观察到的颗粒存在。 第二要做好脱水工作,做到脱水完全。脱水之前要检查体系的酸度,酸度超标 要先使酸度降下来然后再脱水。 第三做好脱色，脱色不只是为了外观好看,这一要特别注意,脱色的目的是将 产生颜色的高分子色素除去,并采用吸附剂吸附将这一危害硅片切割的物质从体 系中完全除去。 第四要做好切割液中金属离子的脱除工作,硅片切割过程中产生了大量的金 属离子再加上酸度处理时加入的离子,不把它们除去将影响切割液的电导率和重 金属含量,也将影响硅片切割质量。 总之只有这些工作做好了才能保证切割液的质量,才能心中有数,才能有更 大的市场。 三、要做

28、好切割液中聚乙二醇含量的测定 四、要做好太阳能硅片切割液的配制工作 14 以上工作做好了并不是所有万事大吉了,还有一项最关键的一项工作那就是 切割液中聚乙二醇含量的测定,含量达不到国家或企业标准,用该聚乙二醇配制 的切割液是不合格的切割液,虽然有的用于切割没有出现什么大问题,但是并不 能保证所有的都不出问题,要做名牌这一工作至关重要。 什么是金刚粉？主要通途是什么？如何制造金刚粉？ 金刚粉应该就是金刚砂得粉状. 金刚砂,狭义指碳化硅，广义是用作磨料的金刚石、石榴石、碳化硅及刚玉的统 称. 碳化硅又称金钢砂或耐火砂。分子式为SiC，其硬度介于刚玉和金刚石之间，机 H H H H H H H H

29、械强度高于刚玉，可作为磨料和其他某些工业材料使用。工业用碳化硅于 1891 年研制成功，是最早的人造磨料。在陨石和地壳中虽有少量碳化硅存在，但迄今 H H 尚未找到可供开采的矿源。 纯碳化硅是无色透明的晶体。工业碳化硅因所含杂质的种类和含量不同，而呈浅 黄、绿、蓝乃至黑色，透明度随其纯度不同而异。碳化硅晶体结构分为六方或菱 面体的 -SiC和立方体的-SiC(称立方碳化硅)。-SiC由于其晶体结构中碳和 硅原子的堆垛序列不同而构成许多不同变体， 已发现 70 余种。 -SiC于 2100 以上时转变为-SiC。 碳化硅的工业制法是用优质石英砂和石油焦在电阻炉内炼制。炼得的碳化硅块， H H 经

30、破碎、酸碱洗、磁选和筛分或水选而制成各种粒度的产品。 15 碳化硅有黑碳化硅和绿碳化硅两个常用的基本品种，都属-SiC。黑碳化硅含 SiC约 98.5，其韧性高于绿碳化硅，大多用于加工抗张强度低的材料，如玻 璃、陶瓷、石材、耐火材料、铸铁和有色金属等。绿碳化硅含SiC99以上， 自锐性好，大多用于加工硬质合金、钛合金和光学玻璃，也用于珩磨汽缸套和精 磨高速钢刀具。此外还有立方碳化硅，它是以特殊工艺制取的黄绿色晶体，用以 制作的磨具适于轴承的超精加工， 可使表面粗糙度从Ra320.16 微米一次加工 到Ra0.040.02 微米。 碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除

31、作 磨料用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶 轮或汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命 12 倍；用以制成的高级 耐火材料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅（含 SiC约 85）是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分， 提高钢的质量。此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。 碳化硅化学式 SiC，俗称金刚砂.纯品为无色晶体，属原子晶体，一般因含杂质 而呈暗黑色.硬度 9，仅次于金刚石，密度 2.317 克/厘米 3，熔点约 2700(升 华并开始分解).难溶于水和酸.可用于制砂轮、磨石、砂布、研磨粉、耐火材料等. 碳

32、化硅单晶可制电子器件.将石英砂、焦炭在电炉中强热可制得. 至于如何制造,只能简单说,国内只生产绿碳化硅微粉，也有少量立方碳化硅微 粉，粒度范围 W63W0.5. 绿碳化硅微粉，以绿碳化硅成品砂作原料，大多采用球磨机湿磨，使原料粉碎至 63m 以下，经湿法磁选除铁后，再进行酸碱处理，就可进行水力分级了.分级 16 有溢流法和沉降法两种，前者适于颗粒尺寸大的微粉，后者适于极细颗粒或规模 小的生产.粒度分级后经脱水除去大量不份送去干燥,然后把结块的干燥物筛松 一、精密磨削和超精密磨削 随着技术创新与高科技产品的不断涌现， 零件的加工精度和表面完整性要求愈来 愈高。例如，广泛用于液压随动系统中精密偶件

33、的阀芯与阀套的配合精度常要求 达到 m 级，录像头、影碟机等精密零件的加工精度已提高到 0.1m，激光陀 螺平面反射镜的平面 度误差要求小于 0.05m、 Ra0.001m。 目前作为传统 精密加工方法的磨削正在向超精密磨削、超精密研磨和抛光等方向发展。精密和 超精密磨削的关键是最后一道工序， 要从工件表面降去一层小于或等于工件最后 精度等级的表面层。因此，要实现精密或超精密磨削，首先要减少磨粒单刃切除 量，而使用微细或超微细微粉的磨粒是减少单刃切除量的最有效途径。日本镜面 磨削时使用的磨具粒度为 40008000#，其微粉的平均尺寸为 1.5m4m， 加工后工件表面粗糙度可达 Ra0.003

34、m0.005m。使用粒径为 20nm 的 SiO2 超微细微粉及锡抛光盘对蓝宝石单晶进行无损超精密研磨的抛光，可获得 Ra1nm 的表面。目前精密量块、光学平晶、集成电路的硅基片等精密零件都 是采用上述方法来获得高质量的表面。为使研磨压力均匀可控，近几年来还开发 了磁力研磨，磁流体超精研磨及弹性发射加工（EEM）等新技术。 实现超精密磨削是一项系统工程，包括研制高速高精度的磨床主轴、导轨与微进 给机构，精密的磨具及其平衡与修整技术，以及磨削环境的净化与冷却方式等。 我国郑州磨产磨具磨削研究所开发的喷涂陶瓷精密磨削工艺， 其尺寸精度和加工 表面粗糙度均与国外水平相当，磨削效率高于国外一倍左右。该

35、工艺在张家口石 油机械厂、武汉青山热电厂等单位使用后，取得了显著的经济效益。 17 二、开发了 SG 和 ABN800 等磨料新品种 SG 磨料是美国 Norton 公司首先推出的。 它是由亚微米级的 Al2O3 晶体， 采用 溶胶凝胶（Sol-gel）工艺合成并经烧结制成的新型陶瓷刚玉磨料。与普通电熔 刚玉磨料相比，不但硬度高，而且因磨粒是微晶结构，它有很多晶解面，在外力 作用下或在修锐和修整中仅微晶脱落，不断产生锋利的切削刃，自锐性好，且剥 落较少，用其制作的磨具具有耐磨性好、磨削热少，使用寿命长、磨削比（磨除 材料体积与磨具消耗体积之比）大、切除率高和磨削质量好等优点，现已广泛用 于航空

36、航天、汽车、轴承、工模具、仪器仪表等领域的精磨与成形磨削等方面的 加工。目前常用的是 SG 与 WA（白刚玉）或 A（棕刚玉）的混合磨料，其中 SG 所占比例有 100%、50%、30%、20%、10%等多种，分别用 SG、SG5、 SG3、SG2、SG1 来表示。国外一些性能优异的磨具制品，如德国 Hermes 磨 料公司的 CB 宝石蓝砂轮、奥地利 Tyrolit 公司开发的 CSS 砂轮、美国 Cincinnati Milacron 公司生产的 MSB 砂轮、日本 Noritake 株式会社推出的 新型 CX 陶瓷砂轮，都是类似 SG 磨料的微晶烧结刚玉的产品。 在激烈的市场竞争中，近年

37、来美国 Norton 公司又推出了 SG 磨料的第二代产品 TG（Targa）磨料。它保留了 SG 的优点，在磨料形状上作了新的突破， 很有细的棒状晶态结构，适用于缓进给磨削及加工铬镍铁合金、高温合金等难加 工材料。据称，TG 磨料的材料切除率为刚玉的 2 倍，寿命为刚玉的 7 倍。 SG 磨料的磨削性能介于刚玉与 CBN（立方氮化硼）之间，价格适中，是一种 很有应用前景的磨料新品种。新型 SG 磨料我国亦已开发成功，第七砂轮集团公 司已在进行该磨料的工业性应用。 ABN800 和 ABN600 是 De Beers 公司开发的 CBN 磨料新品种。其磨粒均是 18 微晶结构，具有较高的抗压强

38、度和热稳定性。其中 ABN800 有更独特的晶体特 性，磨料在受力破碎时无论大小都具有尖角，使其在使用过程中能始终保持锋利 的磨削性能，因而磨削时产生的磨削力小，功率消耗少，加工质量好，使用寿命 长。近几年来在国际展览会上，国外展出的一些 CBN 磨具大多是 ABN800 和 ABN600 的微晶 CBN 磨料制品。 三、高效率磨削 高简编和高精度是现代制造技术追求的两大目标。大家知道，磨削虽然在达到的 加工精度和表面粗糙度方面具有无可比拟的优势， 但其材料切除率 Q （单位时产 内磨除材料的体积，mm3/s）难以与其他切削抗衡。这是因为 Q 等于磨屑平均 断面积、 磨屑平均长度和单位时间内的

39、作用磨粒数 （磨屑数） 三者的乘积。 所以， 为了提高磨削效率，必须采用增大单位时间内作用的磨粒数（如高速磨削、超高 速磨削、砂带磨削等）、增大磨屑平均断面积（如各种重磨削）及增大磨屑平均 长度（如缓进给深磨、立轴平磨）等许多高效率磨削技术。其中重负荷荒磨、超 高速磨削、砂带磨削和高效深磨技术的发展尤为引人注目。 重磨削的发展，使磨削不仅适用于精密加工和超精密加工，而且也适用于粗加工 与荒加工。 高速磨削是指磨削速度 vc 为 50m/s150m/s 的磨削，而 vc150m/s 的磨 削称为超高速磨削。近年来研究表明，超高速磨削不但可大幅度提高工效、延长 磨具寿命用降低表面粗糙度，而且可对硬

40、脆材料实现延性磨削，对高塑性材料和 难磨材料也有良好的磨削效果。过去由于受磨具回转破裂速度的限制，以及磨削 温度高和工件表面烧伤的制约，磨削速度长期停滞在 80m/s 左右。随着 CBN 磨料的使用和高速磨削机理研究的深入，现在工业上实用的磨削速度已达到了 19 150m/s250m/s，实验室中达到 500m/s。超高速磨削需要有超高速磨削磨 具、超高速磨床、磨削液及其供液过滤系统以及对磨削过程监控等相关技术作支 撑。在 IMTS98，Toyota Machinery USA 展出的高速磨床，磨 50HRC 淬硬 钢的传动轴， 砂轮线速度达 120m/s； 展出的凸轮磨床， 砂轮线速度为 2

41、00m/s。 我国在国家自然科学基金资助下，已建造了 200m/s 的超高速磨削试验台，并 开展了对超高速磨削机理的系统研究。 砂带磨削的加工效率比普通磨削高 510 倍以上。由于它属于弹性磨削，有利于 解决磨削烧伤和工作变形等问题。所以，工业发达国家的砂带磨削已占总磨削量 的一半左右。近几年来国外的砂带已用 Cubitron（美国 3M 公司）和 SG 磨料 取代普通刚玉磨料，同时由于采用新基体、新结合剂而使砂带寿命延长。 缓进给深磨是一种大切深和缓进给的高效磨削技术，它不但工效高，而且磨削精 度高和加工表面质量好。特别是近几年来出现的一种集超高速 （150m/s250m/s）、大切深（0.

42、1mm30mm）、快进给 （0.5m/min10m/min）于一体的高效深磨 HEDG（High Efficiency Deep Grinding）新技术，它结合 CBN 砂轮与 CNC 技术，可使单位宽度砂轮上的材 料磨除率高达 2000mm3/mm·s3000mm3/mm·s。用此法磨削成形表面 和沟槽零件（如转子槽、钻头上螺旋槽）时，可获得远高于切削加工的材料切除 率。 我国东北大学已制造出了大功率超高效深磨磨床， 砂轮电动机功率为 55kW， 磨削速度为 250m/s。 四、超硬磨料磨削技术的新发展 由金刚石或 CBN 磨料制作的磨具称为超硬磨料磨具。由于其优良的磨

43、削性能， 现已广泛用于磨削技术各个方面，并成为超精密磨削、高效率磨削、难加工材料 20 磨削、高精度成形磨削、磨削自动化和无人化等技术进步的基础。 金刚石和 CBN 磨料由于它们在加工材料适应方面的互补性，使由它们所构成的 磨具可加工范围大为扩展，覆盖了包括各种高硬、高脆、高强韧性材料的几乎全 部被加工材料。 金刚石磨具是磨削硬质合金、 光学玻璃、 陶瓷和形容词石等硬脆材料的最佳磨具， 但因其在 700800时容易碳化， 所以它不适于磨削钢铁材料及超高速磨削。 CBN 磨料的出现导致磨削技术的革命，它能承受 13001400的高温，对 铁族元素化学惰性大， 导热性好， 磨钢料时的切除率高， 磨

44、削比大， 磨具寿命长， 是磨削淬硬钢、高速钢、高强度钢、不锈钢和耐热合金等高硬度韧性大的金属的 最佳磨料。此外，CBN 磨具还适用于超高速磨削，金属基体 CBN 磨具线速度 超过 250m/s 也会不破碎。 CBN 磨具的广泛使用主要是近几年各种高效高性能 CNC 磨床问世，以及磨具 制造技术的进步，开发出了性能优异的单层电镀和高温钎焊等新磨具，促使了磨 削技术的发展，其中尤以高效点磨削新工艺更受人们的青睐。 点磨削（Quickpoint Grinding）是由德国 Junker 公司首先推出的。它是利用 钎焊 CBN 薄砂轮（宽度只有几 mm）和超高砂轮线速度（120m/s180m/s， 高

45、的可达 200m/s250m/s）来实现的。加工时使砂轮轴线与工件轴线在水平 方向上形成一定倾斜角，以使砂轮与工件之间理论上的线接触变成点接触。这样 可大大减少磨削接触区面积， 而极高的磨削速度既可使磨屑变薄、 磨粒负荷减轻， 又可使热量来不及传到工件和砂轮上，几乎都被磨屑所带走，提高工件加工精度 和表面质量。使用表明，点磨削的磨削比大，砂轮寿命长，修整频率低，材料切 除率高， 同时由于它采用和 NC 车床一样的两坐标联动来实现复杂回转体零件的 21 表面磨削，一次安装能加工出外圆、锥面、曲面、螺纹、台肩和沟槽等所有外形， 比切入磨削有更大柔性，同时冷却效果极佳，磨削温度低，甚至可以真正实现干

46、 磨削，目前该工艺已在我国上海大众汽车有限公司桑塔纳轿车生产线上使用，取 得了显著的经济效益。 五、磨削技术发展方向 磨削当前除向超精密、高效率和超硬磨料方向发展外，自动化也是磨削技术发展 的重要方向之一。目前磨削自动化在 CNC 技术日趋成熟和普及基础上，正在进 一步向数控化和智能化方向发展，许多专用磨削 NC 软件和系统已经商品化。磨 削是一个复杂的多变量影响过程，对其信息的智能化处理和决策，是实现柔性自 动化和最优化的重要基础。目前磨削中人工智能的主要应用包括磨削过程建模、 磨具和磨削参数合理选择、磨削过程监测预报和控制、自适应控制优化、智能化 工艺设计和智能工艺库等方面。近几年来，磨削

47、过程建模、模拟和仿真技术有很 大发展，并已达到实用水平。 我国在磨削过程建模与模拟，声发射过程监测与识别，工件表面烧伤及残余应力 预报，磨削加工误差在线检测、评价与补偿等方面都有许多成果，并已开发出了 新型并联磨削机器人。 我国人造磨料生产虽然起步较晚，但发展很快，在世界上已有相当的份额。 必须指出，近几年来国外磨削技术发展迅速，例如对硬脆材料磨削机理及工艺的 研究，利用干磨削热量同时进行工件热处理，以及不使用磨削液的无污染磨削等 方面，我国均有一定差距。为此，我们一方面要积极开展引进国外先进磨削技术 的研究工作；同时在国内应结合生产，系统地开展和推广各种先进与实用的磨削 22 技术。只有这样

48、，才能使我国的磨削技尽快赶上国外先进水平，并能做到有所发 展与创新。 微粉粒度及尺寸范围 类别 粒度 W63 W50 W40 W28 基本粒尺寸范围 63-50 50-40 40-28 28-20 类别 粒度 基本尺寸范围 W3.5 3.5-2.5 W2.5 微粉 W20 W14 W10 W7 20-14 14-10 W1.5 10-7 7-5 W1 精微粉 2.5-1.5 1.5-1.0 1.0-0.5 粒度是磨料微粉最重要的技术指标之一。 然而由于它的抽象性和实际测试存在的 困难，许多用户甚至部分制造商对“粒度”的理解都比较模糊，这实际上成了我 国磨料技术水平提高的一大障碍。为此对“粒度”

49、的基本概念作一通俗介绍。 “粒度”是指一个粉体样品颗粒大小的总体描述。详细的要用粒度分布来表 23 示，在实用中一般只取几个关键参数，例如磨料 JIS 标准中的 D50、D94、D3。 由于实际的微粉颗粒是不规则的，而且同一样品中各颗粒之间也不一致，所谓颗 粒的大小， 用不同方法就会得出不同的结果。 因此任何一个粉体产品的粒度标准， 都必须注明所用测量仪器的原理。有的标准允许用几种原理的仪器，这时标准数 据也是不同的。下面对几种国内常用的中国国家（W）标准和日本 JIS 标准作具 体说明。 国家标准：俗称 W 标准，因在粒度号前冠以字母 W 而得名，W 是汉语“微 粉”中“微”字的拼音（WEI

50、）的字头。实际上该标准已于 1998 年废止，但现 在还在技术设备比较落后的磨料制造商和广大用户中流行。 W 标准是建立在用显微镜刻度尺测量颗粒大小的方法上的。这种方法规定用 颗粒的最大宽度代表颗粒的大小。 该标准以大致为公比对颗粒大小（又称“粒径”）分档，例如 40、28、20、 14、10 等等（单位为“m”），又把一个粉体样品中的颗粒按上述分档法为 基本粒、混合粒、细粒、粗粒和最大粒。以粒度 W14 为例。 基本粒：1014m 混合粒： 714m 细 粒： <7m 粗 粒： 1428m 24 最粗粒： 2840m 基本粒是磨料中最有用的部分,希望比例越高越好，国标要求在 50%以上

51、。 混合粒则占磨料的主要部分，比例当然也是越高越好，国标要求在 80%以上。 W 标准粒径的定义 日本标准推荐的仪器有两种原理： 一是电气抵抗法 （即电阻法或称库尔特法） ， 二是沉降管法。两种方法由于原理不同，标准值也不同，例如，JIS#1500，电 阻法 D50 值为 8.0±0.6m，而沉降管法的 D50 为 10.51m。沉降管法速度 慢，人工参与多，实际上很少被采用。现在人们通常说的 JIS 标准指的都是用电 阻法的。日本标准采用“最大粒、D3、D50 和 D94”等 4 个参数表述一个牌 号微粉的粒度，这里，最大粒的概念是很清楚的，D3、D50 和 D94 则表示从 最大

52、粒径开始算到这些粒径值的颗粒 （以重量计） 含量分别为 3%、 50%和 94%。 仍以 JIS#1500 为例： 最大粒 <23m D3 <20m D50 =8.0±0.6m D94 >4.5m JIS 微粉粒度标准图示 25 D3=10.99m D50=8.00m D94=6.1m 日本标准与中国 W 标准的主要区别有二点： 其一， 日本标准规定使用粒度仪器 （电阻法或沉降管法） 测量微粉的粒度 （分 布）,而中国 W 标准则用显微镜目视法测量颗粒大小，后者精度较低，受人为因 素影响大。 其二，日本标准对粒度号的区分比较细，从#240（D50=57m）到#800

53、0 (D50 = 1.2m）共分 18 个号,而中国 W 标准从 W63（D5050m）到 W3.5 （D502.5m)共分 10 个号，前者差不多比后者多一倍，因此有人说按 W 标 准一个粒度号的微粉，按日本标准可以分成两个粒度号。 以上两点就是人们认为日本标准的微粉粒度较集中的原因。 找 W 标准的粒度号与 JIS 标准的对应关系时， 大体上只要将“W”后的数字 乘以 0.7 作为 D50 值，再在 JIS 粒度表中找 D50 值最相近的粒度号就可。例 如 W10 的 D50 约为 7m，相当于 JIS#1500(D50m 太阳能硅片切割技术 26 太阳能硅片的线切割机理就是机器导轮在高速

54、运转中带动钢线， 从而由钢线 将聚乙二醇和碳化硅微粉混合的砂浆送到切割区， 在钢线的高速运转中与压在线 网上的工件连续发生摩擦完成切割的过程。 在整个切割过程中，对硅片的质量以及成品率起主要作用的是切割液的 粘度、碳化硅微粉的粒型及粒度、砂浆的粘度、砂浆的流量、钢线的速度、钢线 的张力以及工件的进给速度等。 一、切割液（PEG）的粘度 由于在整个切割过程中，碳化硅微粉是悬浮在切割液上而通过钢线进行 切割的，所以切割液主要起悬浮和冷却的作用。 1、 切割液的粘度是碳化硅微粉悬浮的重要保证。 由于不同的机器开发设 计的系统思维不同，因而对砂浆的粘度也不同，即要求切割液的粘度也有不同。 例如瑞士线切

55、割机要求切割液的粘度不低于 55，而 NTC 要求 22-25，安永则 低至 18。只有符合机器要求的切割标准的粘度，才能在切割的过程中保证碳化 硅微粉的均匀悬浮分布以及砂浆稳定地通过砂浆管道随钢线进入切割区。 2、由于带着砂浆的钢线在切割硅料的过程中，会因为摩擦发生高温， 所以切割液的粘度又对冷却起着重要作用。如果粘度不达标，就会导致液的流动 性差，不能将温度降下来而造成灼伤片或者出现断线，因此切割液的粘度又确保 了整个过程的温度控制。 二、碳化硅微粉的粒型及粒度 27 太阳能硅片的切割其实是钢线带着碳化硅微粉在切，所以微粉的粒型及 粒度是硅片表片的光洁程度和切割能力的关键。粒型规则，切出来

56、的硅片表明就 会光洁度很好；粒度分布均匀，就会提高硅片的切割能力。 三、砂浆的粘度 线切割机对硅片切割能力的强弱，与砂浆的粘度有着不可分割的关系。 而砂浆的粘度又取决于硅片切割液的粘度、硅片切割液与碳化硅微粉的适配性、 硅片切割液与碳化硅微粉的配比比例、砂浆密度等。只有达到机器要求标准的砂 浆粘度（如 NTC 机器要求 250 左右）才能在切割过程中，提高切割效率，提高 成品率。 四、砂浆的流量 钢线在高速运动中，要完成对硅料的切割，必须由砂浆泵将砂浆从储料 箱中打到喷砂咀，再由喷砂咀喷到钢线上。砂浆的流量是否均匀、流量能否达到 切割的要求，都对切割能力和切割效率起着很关键的作用。如果流量跟不

57、上，就 会出现切割能力严重下降，导致线痕片、断线、甚至是机器报警。 五、钢线的速度 由于线切割机可以根据用户的要求进行单向走线和双向走线，因而两种 情况下对线速的要求也不同。单向走线时，钢线始终保持一个速度运行（MB 和 HCT 可以根据切割情况在不同时间作出手动调整），这样相对来说比较容易控 制。目前单向走线的操作越来越少，仅限于 MB 和 HCT 机器。 28 双向走线时，钢线速度开始由零点沿一个方向用 2-3 秒的时间加速到规 定速度，运行一段时间后，再沿原方向慢慢降低到零点，在零点停顿 0.2 秒后再 慢慢地反向加速到规定的速度，再沿反方向慢慢降低到零点的周期切割过程。在 双向切割的过

58、程中， 线切割机的切割能力在一定范围内随着钢线的速度提高而提 高，但不能低于或超过砂浆的切割能力。如果低于砂浆的切割能力，就会出现线 痕片甚至断线；反之，如果超出砂浆的切割能力，就可能导致砂浆流量跟不上， 从而出现厚薄片甚至线痕片等。 目前 MB 的平均线速可以达到 13 米/秒，NTC 达 10.5-11 米/秒。 六、钢线的张力 钢线的张力是硅片切割工艺中相当核心的要素之一。张力控制不好是产 生线痕片、崩边、甚至短线的重要原因。 1、钢线的张力过小，将会导致钢线弯曲度增大，带砂能力下降，切割能 力降低。从而出现线痕片等。 2、钢线张力过大，悬浮在钢线上的碳化硅微粉就会难以进入锯缝，切割 效

59、率降低，出现线痕片等，并且断线的几率很大。 3、 如果当切到胶条的时候， 有时候会因为张力使用时间过长引起偏离零 点的变化，出现崩边等情况。 MB、NTC 等线切割机一般的张力控制在送线和收线相差不到 1，只有 安永的相差 7.5。 29 七、工件的进给速度 工件的进给速度与钢线速度、砂浆的切割能力以及工件形状在进给的不同位 置等有关。工件进给速度在整个切割过程中，是由以上的相关因素决定的，也是 最没有定量的一个要素。但控制不好，也可能会出现线痕片等不良效果，影响切 割质量和成品率。 总之，太阳能硅片线切割机的操作，是一个经验大于技术 流程与标准的精细活。只有在实际操作中，不断总结与探讨，才能对机器的驾驭 游刃有余。 新的硅片清洗技术 一、新清洗液的开发使用 1、APM 清洗 （1） 为抑制 SC-1 时表面 Ra 变大，应降低 NH4OH 组成比，例： NH4OH：H2O2：H2O = 0.05：1：1 当 Ra = 0.2nm 的硅片清洗后其值不变，在 A