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单一线痕、均匀线痕和硬点线痕
一、单一线痕
单一线痕主要产生的原因和处理措施为:
1、跳线:跳线造成的线痕一般会集中在晶棒的某一段,但有时也会整根棒跳线,从而导致切割后整根棒 几乎都有线痕片。造成跳线的主要原因为:a,杂质(碎硅片,砂浆中的杂质)进入线槽或者粘附于线网,若上 一次切割完毕后线网未清理干净或者砂浆过滤袋质量出现问题,则很容易发生这种情况;b,导轮磨损过大,导 轮使用寿命有限制,超过一定时间则需要更换导轮;c,钢线张力太小,线弓过大产生滑移,一般在工艺稳定的情况下,这种情况不易发生,如为此种情况,须适当调整工艺;d,硅棒对接位置不好也易引起跳线。为了尽量 避免跳线,在切割过程中应该定期观察线网情况,每次切割完毕后清理工作要做到位,确保线网上的杂质都被气枪吹尽,切割前砂浆循环足够时间,使砂浆中携带的杂质都被有效过滤,每次切割前确认导轮使用时间是否
超出限制,如果超出及时更换。
2、断线:断线后的晶棒即使能够挽救回来,或多或少会产生线痕片。影响断线的主要因素为a,钢丝本身 缺陷,如①钢丝强度偏底;②钢丝内含夹杂物,钢丝的断面照片可以明显看到成不相容相的颗粒;③钢丝存在表面缺陷,当切割受力时这些杂质和缺陷成为应力承受的薄弱部位,易于断裂。b,收(放)线端异常受力,如①工字轮变形引起排线松动或夹丝;②放线端线头穿错也称压线;③收(放)线端工字轮毛刺,收、放线时钢丝被刮在其上引起断线;④收(放)线端走线部件即滑轮、滚套的表面质量和工作状态, 放线轮的跟随性不佳,滑轮滚套异常磨损,张力检测设备故障等引起收(放)线侧张力的波动或钢丝异常受力断线;⑤收线端排 线质量不平整引起收线张力急剧跳动从而断线;⑥收(放)线侧张力瞬时波动超过了钢丝的承载极限,或承受异常应力(如剪切应力)作用引起断线,比如张力臂的液压系统不稳定导致张力臂位置异常,有时候会复位失灵,工作台液压系统问题,循环冷却水冷却回路电磁阀故障,电源电压过低,上下砂浆冷却循环温度报警,砂浆回流缸功率模块报警,空压机不稳定引起的压缩空气异常报警等。c,切割工艺出现异常,①张力设定/稳定性; ②砂浆配置参数,砂浆配比或质量影响到钢丝携带砂浆量及切削能力,直接对钢线的磨损量造成影响,随着磨损量的增大,一方面钢线表面缺陷增多,另一方面载荷横断面积减少,一旦钢线的磨损量超过所能承受的范围,钢线断裂;③杂质,砂浆中混入硬质异物(如碎片),或在过线轮、导轮上有硬质颗粒卡住对钢丝造成刮伤, 同上面也提到的杂质异物,轻则跳线,重则断线;④粘胶不当或硅棒粘接位置不好等原因的跳线,导致某些线槽内有多根钢丝相互压线引起断线。由此可见,控制断线首先要求有比较良好钢线的质量,其次是要控制好切割的工艺,其中砂浆的配置是一个比较重要的环节。砂浆由SiC和悬浮液PEG混合配置而成,SiC颗粒较为 细小,根据粒径范围分为不同规格,一般粒子越细,切出的硅片表面越光滑,但对应的切割能力也下降。微粉由于颗粒细,易在包装、运输、存放过程中挤压团结,因此配置配制沙浆是时倒料应慢,避免猛倒造成微粉沉 底结块搅拌不开,造成砂浆密度与预期的不一致或者不均匀而影响切割。碳化硅微粉在空气中极容易受潮团结,分散性降低,在料浆中形成假陛颗粒物和团积物,砂浆过搅拌也会吸收水分造成此问题,因此应避免微粉裸漏 在空气中时间过长和过搅拌,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小时以上,来优化碳化硅微粉的各项指标。当然砂浆配置如果采用集中供应系统,会减少诸多人工配置的不稳定因素,更利于砂浆质量的稳定。
断线后的补救措施是比较繁琐和耗时的,根据断线的部位和切割的比例有不同的处理方法,一、断线情况发生在进线端,我们可以采用倒走线的方式,把张力臂的力更换一下,然后进行反向切割,切割速度一定要慢,确保在反向切割的途中不会出现意外;二、断线情况发生在出线端,继续接上后把接的线头绕到收线轮上(多绕几圈);三、断线情况发生在线网中间,将线网出线端到断线的那段线网剪断,调整好切割室的滑轮,接好 钢线,然后把线头绕到收线轮上(多绕几圈);四、两头断线:①切割30%以内,直接把工作台抬起,重新编 制线网,慢走线,把晶棒压人线网内,继续切割;②切割30%以上,将晶棒工作台抬起,离线网还有5-10mm左右(晶棒还未脱离线网),将两面的钢线剪断,把钢线留在晶棒内。抬升工作台,重新布置线网,然后将晶 棒缓慢压人。也有采用钢线焊接仪,可以在断线的时候把钢线焊接起来,然后采取慢走线的方式把焊接的地方走出来绕到收线轮上。但是到目前为止如果钢线缠绕到导轮上,这种情况现在还没有有效的解决方法,待研究。
3、停机:切片机在有些报警下会自动停机,等报警消除后重新开始切割,基体的停机报警项可从机器的维护说明上查得,因为机器的停顿,重新启动后,由于导轮心震,刚线不能完全按原位置切割,线痕于是产生了,这种情况相对于前两种较少。
4、粘胶过多。粘胶过多引起的线痕一般在靠进粘胶面附近切割快结束的倒角处,由于胶水涂抹过多溢出,刮胶不彻底或者有的胶水固化时间较快来不及刮胶,导致切割时钢线带胶切割,而携带砂浆的能力下降,引起切削线痕。因此胶量要严格控制,从成本控制的角度,这也是有益的。如果使用自动粘胶系统可以大大的排除这些人为的不利因素,也会减少因粘胶问题而造成的掉棒损失。
5、进刀口钢线波动。由于刚开始切割,钢线处在不稳定状态,钢线的波动产生进刀口线痕,进线点质硬, 比如多晶的切割一般会由此问题,加垫层(导向条)可消除线摆。6、钢线磨损过度(但未造成断线)。此线痕一般出现于硅棒的后面,钢线磨损、造成光洁度、圆度都不够,带沙量低、切削能力下降、线膨胀系数增大引起的线痕。
7、硅片切割第一刀出现线痕。可能为碳化硅微粉有大颗粒物,钢线的张力太小产生的位移划错,钢线的 张力太大、线弓太小料浆带不过去,线速过高、带沙浆能力降低等等。对于钢线张力问题,略作调整即可,而 碳化硅微粉有大颗粒物,经过一刀切割后微量的大颗粒变细或者变钝,也就不影响正常切割。
二、均匀线痕
此线痕是由于砂浆的切割能力不足引起的。切割能力的不足,主要为沙浆粘度不够、碳化硅微粉粘浮钢线少、砂浆不能很好的混合于悬浮液中,配合性不好。但最常遇到的根本原因为,SiC的切割强度偏低或者SiC圆度系数过高即SiC颗粒形状较圆,锋利的棱角较少。SiC的强度在其原料生产时便决定了,SiC的微粉化并不会改变其强度。如果SiC本身材料的强度过低,切割时与硅棒作用,棱角被磨平钝化,切割能力不足,导致硅片表面出现大面积的均匀线痕;但如果在SiC的微粉化过程中由于工艺不当,颗粒在切割前已经被磨平,那 同样也会造成切割能力不足导致均匀线痕。对于后者,只要在高倍显微镜下进行来料检验即可观测到,就可避 免生产中造成的损失,而对于前者则需要分析SiC的成分和晶型强度再做判断。
目前很多厂家为了节约成本使用回收砂进行切割,但由于回收砂的质量不稳定,因此常有可能会面临由于 切割能力不足导致的均匀线痕问题。主要原因是回收时如果不同厂家砂浆混合,回收后的SiC微粉之间、SiC 微粉与悬浮液之间存在配合性的问题,同时也可能存在SiC颗粒已经过度磨损的问题。这种使用回收砂造成的 均匀线痕可以通过加大砂浆密度,降低工作台速度,减少使用回收砂的比例和加大砂浆更换量在一定程度上得到控制。
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