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硅单晶棒主轴旋转
刀刃
径向进给
1概述
随着全球经济的发展，世界各国都倡导节能环保、在此大环境下，近些年半导体产业飞速发展，从而对硅材料的需求量大幅增长，硅片市场在供需两端逐渐呈现出不平衡的态势。硅片的切割加工效率、表面切割质量和切割最大尺寸以及后续加工等因素对硅片的加工生产起着制约作用，而我国急需突破这一制约。 硅片切割的主要方法是外圆切割、内圆切割和线切割和电火花切割切割等。外圆切割和内圆切割发展较
早，在瑞士、德国、日本、美国等发达国家已生产出先进的加工设备应用于生产加工中，与此同时，电火花近年的发展也相当不错，已达到很高的工艺水平，根据其加工特点应该能加工出更薄的硅片。
从近几十年发展的多线切割也逐步显示其优越的加工优势，能切割大直径硅片、提高切片生产效率、适用于大批量的硅片切割，本文将对这四种切割方式和加工工艺进行论述。 2外圆切割
外圆切割是早期最常见的切割方式。因为硅单晶与金刚石晶格相似，晶体不仅脆而且硬，普通的加工工具根本无法完成，于是便采用了金刚石磨粒来完成切割加工。因为金刚石在各方面的因素比较合适，比如硬度、耐磨性、抗压强度、热导率、摩擦系数等方面，并且夹具比较容易生产，切割速度快，所以早期应用较广。此工艺与砂轮外圆磨削类似，把薄的金刚石锯片夹持在主轴上，经主轴高速旋转利用外径上的金刚石磨粒来完成加工。如图1所示。
外圆切割工作原理是通过主轴的高速旋转带动锯片从而切割，虽然不仅可以单刀而且采用多刀来提高效率，但其切割质量不高。所以，就目前而言，在硅片切割中，外圆切割方法采用较少，其主要的适用于定向切割晶向偏转大的长晶体及整形切割大尺寸材料[1]。
3内圆切割
内圆切割与外圆切割原理相似，其区别在于锯片的固定位置不同，内圆切割机是将内圆锯片的外缘部分固定在鼓型旋转体上，如图2，图3所示，然后用机械张紧力来张紧外圆，给内圆均匀的张紧力来维持内圆圆度。切割时，刀片在主轴的带动下高速旋转，同时沿工件直径方向进给来完成切割。内圆切割相对于外圆切割振动较小，因为刀片由刀盘上的专用机构绷紧，切割刃部刚性得以加强，切割阻力以及外力引起的振动将很大的减小[2]。由此加工的硅片表面精度高、切缝小，能切割较大直径硅片，其直径范围在φ150~20mm，甚至能达到φ300mm，但内圆切割方式也有其明显不足之处，切割的硅片会产生较大的翘曲变形，损伤层较大，其深度能达到20~30μm[3]。
目前，内圆切割的发展已经较为成熟，由于其稳定性较好，在硬脆的材料切割都有广泛的应用。
随着光伏产业的飞速发展，对硅片的质量要求也越来
硅单晶切割的初步探索
王飞飞李金萍
摘要：硅片作为晶体硅光伏电池和半导体技术中的一部分，硅片切割起着至关重要的作用。论文针对切割的方法和方式进行了初步分析，经初步研究，掌握了多线切割和电火花线切割的机理及影响因素，
并且将几种加工工艺进行对比，其中包括了外圆切割、内圆切割、多线切割和电火花线切割，分析了各自的加工特点、应用情况及发展趋势，从而给从业人员在实际操作环境中对加工方式的选择和配置提供了方便。
关键词：硅片生产切割方式分析对比
图1外圆切割
图2内圆切割
图3内圆切割刀片
主轴旋转
刀刃
硅单晶棒行业交流
153
2017第5期总第246期
现代制造技术与装备
砂嘴工件nesp
线网
线运动方向
砂嘴
越高，多线切割逐渐成为主导的加工方式。4多线切割4.1概述
20世纪90年代，随着人们对硅单晶切割出片率的期望值不断上升及其对硅片质量要求的不断提高，多线切割逐渐进入了硅片生产行业。
多线切割又称为线锯，
其切割原理如图4所示。通常是利用具有一定张紧力的切割线网形成切割锯带来对晶棒进行切割。这些切割网线是由表面镀铜的不锈钢丝
（直径80~200μm ，长600~800km ）在导轮上来回顺序缠绕（有2轴、3轴或者4轴几种）而成的。在
切割时，随着切割锯带的高速运行，粘性浆料（含有粒度约10~25μm 的碳化硅或金刚石磨料）被不断地带入晶棒切割区域（钢线与硅棒之间），同时晶体向下移动，从而完成研磨式切割[4]。
目前多线切割不仅适用于硅晶体切割，
也适用于硅单晶截断及切方、硅铸锭多晶破锭开方和硅芯切割等。4.2多线切割技术发展趋势
目前多线切割技术已日趋成熟，
但随之对硅片的质量和尺寸也提出了更高的要求，其朝着超薄化加工方向发展，这对切割技术有了更高的要求，其成为了多线切割技术改良的强大推动力，未来的发展方向主要有以下几点：
（1）更加便捷的操作。自动化的控制，通过操作控制面板直接对信息数据设定和更改，
从而进行很好的控制。（2）不断提高加工精度。更为深入的分析重要的切割参数，如割线张力控制，走丝速度，切割线振动等，从而能有效地提高切片质量。
（3）对切割用钢线进行升级。除了在多线切割中采用游离磨料外，固着磨料的技术则是一种新的钢线改良工艺，它的优势在于减少能量传输的损耗，节约了加工时间，同时也改善了作业的环境。5电火花线切割5.1概述自动化仪表及系统
电火花线切割加工硅片是逐步发展起来的新技术，是以传统加工方式为基础。通过这种方式加工出的硅片有许多优势，尺寸大且薄，加工不受晶体晶面影响，效率高，成本低，有很好的发展前景，极大的推进了硅片制造业的发展。5.2电火花线切割加工的基本原理
电火花线切割加工是利用工件与工具电极丝之间的脉冲性电火花放电，产生瞬间高温，高温使工件材料局部熔化或气化，从而达到切割加工的目的。这种加工方式与晶向无关、非接触、宏观加工力很小，从理论上来说，运用电火花线切割，可以切割极薄的工件。
电火花加工应满足以下几点：（1）电极间的间隙合适；
（2）电极间必须有加工介质的注入；（3）脉冲能量密度需足够大；（4）放电必须为短期的脉冲放电；（5）需要多次反复地完成脉冲放电；（6）电蚀产物需及时排出。5.3电火花线切割加工工艺的发展趋势
作为一种特殊的加工技术，
电火花线切割加工技术在许多生产领域发挥巨大的实用价值，同时也具有许多传统加工技术所不具备的优势。比如能切割加工任何硬度的导电金属材料，而不受宏观力的影响，并取得了很好的加工精度和表面质量。近年来，
电火花加工技术越来越更广泛的应用于生产加工。电火花线切割加工技术在以下几点有了更好的创新及发展。
（1）新型的走丝系统；（2）自动化、人工智能技术；（3）微细电火花线加工；
（4）高效的电火花线切割加工技术；（5）低碳生产的电火花线切割加工技术。6几种切割方式的比较
表1概括了四种切割工艺的性能对比[5]。
外圆切割：从表中可见，各参数结果表现都不好，已不适用于硅片切割，并且由于其加工特点，侧向摆动严重，从而损耗加大，现实生产几乎没有采用此加工方法。
内圆切割：其相对于外圆切割有一定优势，但由于采用刀片外圆绷紧的方式，刃口受张紧力的影响出现波浪型凹凸现象，对大直径硅晶体加工时，在高速运转下会增大刀片与硅片的摩擦从而在切割时出现明显的切痕和裂纹，所以，内圆切割不是用于大直径切割，可用于中小尺寸，小批量的生产。钢筋混凝土结构预埋件
多线切割：目前在硅片切割中占主导地位，从表中可以看出，各个参数结果均表现的很好。损伤层较浅，切割效率高，因此得到广泛应用，但由于在切割时切削力会对材料表层产生冲击，所以难以加工超大超薄的尺寸，并难以分离切割下的硅料和磨料从而会造成一定的浪费。
电火花线切割：从目前来看，该切割最终硅片的切割质量与多线相似，并且其成本更低，
所以应该会有一个非图4多线切割的原理图
表1
硅片切割工艺比
较
154
使用单位
浓缩机型号入料浓度/%溢流水浓度/%底流浓度/%原浓缩机溢流水浓度/%原浓度机底流浓度/%
栾川华润GSN-910～153654～640～45洛钼九扬远程传输
矿业
GSN-6
15
2～461～624～640～45栾川樟源
矿业
GSN-1012～15
2～4
61～63
4～6
异硫氰酸荧光素40～45
深锥浓缩机上部澄清水经挡沫圈下部流入溢流堰，澄清水上部残存的泡沫被挡沫圈阻挡，由刮沫装置刮集到刮沫漏斗中排出回收。
3.3增加浓缩池直壁段高度和采用合适的布料方式
钼浮选尾矿矿浆物化参数复杂，
物料比重大，固体颗粒较小（-0.074mm ，占70%～80%），流动性差，处理量相对较大且泥化严重。由于物料性质的限制，
浓缩机不允许添加絮凝剂。为了保证有足够的澄清水区域高度，需增加沉淀时间，以利于提高底流浓度。深锥浓缩池直壁段设计时高度一般大于6m 。较高的浓缩池池深还能对给定直径提供高浓度矿浆生成浓度所需的压缩层深度和压缩容积，以得到高浓度底流。
浓缩机采用何种布料方式直接影响溢流水和底流浓度。在栾川经过考察，确定采用深层水平布料方式。采用下部深层入料，可使细粒物进入压缩区的中部，压缩层内稠密颗粒的相互作用矿浆中的细颗粒不能上浮，从而提高底流的浓度，降低溢流的固体含量[2]。
4工业应用及效果
栾川钼选厂原来采用普通浓缩机回收浮选白钨粗精尾矿。由于浮选泡沫随溢流水流失，底流浓度达不到后续设备使用要求，白钨矿流失严重。钼选矿经过考察确定使
用改进型深锥浓缩机，部分钼选厂使用改进型深锥浓缩机效果如表1所示。
5结语
以年处理尾矿量8900万吨为例，以65%品位标矿计，每年可回收8000多吨钨精矿。可见，该高效深锥浓缩机采用国内先进技术，针对白钨尾矿水的特点设计，大大提高了自动化程度和资源利用率，对同类型矿山浓缩机的技术改造和更新具有一定的借鉴作用。
参考文献
[1]陈述文.高效浓密机的应用现状与前景[J].冶金矿山设计与
建设，1997，（1）.
[2]陈庆来.我国周边传动浓缩机技术现状及发展趋势[J].矿山
机械，2008，（1）.
Application of Deep Cone High Efficiency Concentrator in Flotation Flotation Tungsten Tailings
WANG Chunqiao
(Huaibei Dajin Mining Machinery Co.,Ltd.,Huaibei 235000)
Abstract:In this paper,the application of deep cone high efficiency concentrator in flotation of white tungsten coarse tailings in Luanchuan is introduced for the application of high efficiency concentrator in tungsten and molybdenum mine.Machine technology to provide reference.
Key words:high efficiency concentrator,white tungsten tailings,spray defoaming device,interception collection device,fabric way
图3泡沫拦截收集装置
表1
深锥浓缩机使用效果
挡沫圈
刮沫漏斗泡沫区
上清液
浓缩池
常好的前景。7结束语
本文针对硅单晶的切割方法进行了初步研究，不同切割方式的切割机理和影响因素，
同时对四种加工方法（外圆切割、内圆切割、多线切割和电火花线切割）的加工工艺进行对比，分析了其各自的加工特点、适用场合及发展趋势，从而方便工程人员能在更适合、更适用的场合进行选择和配置。
参考文献
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究与应用现状[J].金刚石与磨料磨具工程,2003,（4）.
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[J].Solar Energy
Materials &Solar Cells,2002,72:191-200.
Preliminary Exploration of Silicon Single Crystal Cutting
WANG Feifei,LI Jinping
(Chengdu Industry and Trade Career Technical College,Chengdu 610000,China)
Abstract:As a part of crystalline silicon photovoltaic cells and semiconductor technology,silicon wafer cutting plays an important role.The preliminary analysis is conducted for the method and way of cutting.After the preliminary study,the mechanism of multi wire cutting and EDM wire cutting and impact,and several processing technology were compared,including external cutting,internal cutting,multi-line cutting and WEDM,it analyzes the application situation the development and processing characteristics,their tendency,which provides a convenience to practitioners in the selection and configuration of the machining method in the actual operating environment
Key words:silicon wafer production ，cutting mode ，analysis and comparison
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