金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析+

金刚石锯片激光焊接缺陷和断口分析激光焊接的快速加热及快速冷却特性决定了焊缝的成分及组织的不均匀性，由此导致了产生各种焊接缺陷的可能性。

本文利用扫描电镜分析了金刚石锯片激光焊接过程中出现的主要焊接缺陷，如：气孔、裂纹、夹杂物。

此外，还对抗弯强度试样的断口进行了分析。

1 引言金刚石锯片刀头的激光焊接是80年代出现的新技术，其焊接强度，尤其是高温强度大大优于传统的钎焊锯片。

由于激光焊接本身的特点，焊后常常会出现一些缺陷。

本文分析了锯片激光焊接出现的缺陷和断口，对合理选材和制定焊接工艺具有一定的参考价值。

2 实验方法将刀头胎体粉末和过渡层粉末装入石墨模具中热压，热压温度为900℃，压力2000N/cm2，时间10min。

刀头胎体材料为45% 6-6-3青铜，30%钴，10%碳化钨，15%镍。

在刀头待焊处设置了约1mm厚的过渡层，过渡层含有Fe、Ni。

锯片基材为40Cr钢。

本实验采用5kW横流电激励连续CO2激光器，采用对焊方式，焊接系统见图1所示。

Fig.1 Schematic diagram of laser welding system3 结果与讨论3.1 气孔气孔是激光焊接常见的一种缺陷，即便是致密材料，激光焊接也存在气孔的问题。

焊接锯片刀头这类烧结材料，焊缝中出现气孔的可能性就更大。

试验中气孔的形成主要有3种原因：(1)低熔点组分的烧损，见图2a；(2)过渡层孔隙中的气体，见图2b；(3)保护气体的卷入，见图2c所示。

Fig.2 Pores in the welded seams(a) Burning loss of low melting point materials，(b) Diffusion of gas inpores of intermediate layer，(c) Gas pore induced by protective gas形成气孔的机理是：熔池中的液态金属在高温下溶解了较多气体，被焊过渡层孔隙中的气体也随之进入熔池。

金刚石锯片激光焊接缺陷和断口分析激光焊接的快速加热及快速冷却特性决定了焊缝的成分及组织的不均匀性，由此导致了产生各种焊接缺陷的可能性。

本文利用扫描电镜分析了金刚石锯片激光焊接过程中出现的主要焊接缺陷，如：气孔、裂纹、夹杂物。

此外，还对抗弯强度试样的断口进行了分析。

1 引言金刚石锯片刀头的激光焊接是80年代出现的新技术，其焊接强度，尤其是高温强度大大优于传统的钎焊锯片。

由于激光焊接本身的特点，焊后常常会出现一些缺陷。

本文分析了锯片激光焊接出现的缺陷和断口，对合理选材和制定焊接工艺具有一定的参考价值。

2 实验方法将刀头胎体粉末和过渡层粉末装入石墨模具中热压，热压温度为900℃，压力2000N/cm2，时间10min。

刀头胎体材料为45% 6-6-3青铜，30%钴，10%碳化钨，15%镍。

在刀头待焊处设置了约1mm厚的过渡层，过渡层含有Fe、Ni。

锯片基材为40Cr钢。

本实验采用5kW横流电激励连续CO2激光器，采用对焊方式，焊接系统见图1所示。

Fig.1 Schematic diagram of laser welding system3 结果与讨论3.1 气孔气孔是激光焊接常见的一种缺陷，即便是致密材料，激光焊接也存在气孔的问题。

焊接锯片刀头这类烧结材料，焊缝中出现气孔的可能性就更大。

试验中气孔的形成主要有3种原因：(1)低熔点组分的烧损，见图2a；(2)过渡层孔隙中的气体，见图2b；(3)保护气体的卷入，见图2c所示。

Fig.2 Pores in the welded seams(a) Burning loss of low melting point materials，(b) Diffusion of gas inpores of intermediate layer，(c) Gas pore induced by protective gas形成气孔的机理是：熔池中的液态金属在高温下溶解了较多气体，被焊过渡层孔隙中的气体也随之进入熔池。

影响单晶金刚石刀具的研磨的因素分析1金刚石刀具的研磨方法单晶金刚石刀具的制造工序一般包括选料、定向、锯割、开坯、装卡、粗磨、精磨和检验。

将选定的金刚石原石经定向后沿最大平面锯割开，可得到两把刀具的坯料，这样既能提高金刚石材料的利用率，又可削减总研磨量。

通过开坯可使刀具形状达到装卡（镶嵌或钎焊）要求。

开坯和粗、精磨加工均采纳研磨的方法。

金刚石的研磨加工在铸铁研磨盘上进行。

研磨盘的直径约为300mm，由材料组织中孔隙的形状、大小和比例均经过优化的研磨金刚石专用高磷铸铁制成。

研磨盘的表面镶嵌有金刚石研磨粉，其颗粒尺寸可从小于1m直到40m。

粗颗粒的金刚石粉具有较高的研磨速率，但研磨质量较差，因此粗磨时一般采纳粗粉，而精磨时则采纳尺寸小于1m的细粉。

研磨前，首先将金刚石粉与橄榄油或其它仿佛物质混合成研磨膏，然后涂敷在研磨盘表面，放置一段时间使研磨膏充分渗入研磨盘的铸铁孔隙中，再用一较大的金刚石在研磨盘表面进行来回预研磨，以进一步强化金刚石粉在铸铁孔隙中的镶嵌作用。

研磨时，一般将被研磨的金刚石包埋在锡斗中，只露出需研磨的面。

研磨时的研磨盘转速约为2500r/min，研磨压力约为1kg/mm2。

金刚石的研磨与其它刀具材料的加工有很大区分，其研磨机理至今尚未得到令人信服的阐释，影响研磨质量的因素也是多方面的。

下面就金刚石刀具研磨的一些工艺问题进行讨论。

2磨削量的影响因素通过试验发觉，磨削量与研磨条件的关系为V=kvp式中V研磨体积k磨削率v磨削速度p研磨压力此外，金刚石的磨向、磨料的粒度、磨粒在铸铁孔隙中的镶嵌情形等因素也会更改磨削率的大小，从而影响磨削量。

3研磨质量的影响因素金刚石硬度高、脆性大，研磨时虽然刀具表面粗糙度较易保证，但刀刃简单显现崩口，刀刃锯齿度不易降低。

超精密加工要求刀具刃口在500倍显微镜下察看无崩口，因此需要从各方面优化研磨过程，以获得平直完美的刀刃。

研磨粉粒度和研磨盘表面状态对研磨质量的影响可以看出，由于粗粉对刀刃的冲击性较大，研磨后刀刃锯齿度也较大，基本上难以研磨出无崩口的刀刃；而采纳细粉时，经过几分钟的研磨后刀刃即变得平直，锯齿度趋向于零。

单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析磨损分析是评估单晶金刚石车刀在超精密单点切削中使用过程中的性能退化情况。

磨损是由切削力和摩擦力引起的，而超精密单点切削要求较小的切削力和摩擦力。

因此，单晶金刚石车刀的磨损是非常重要的。

首先，单晶金刚石车刀的磨损主要有两种形式：刃口磨损和表面磨损。

刃口磨损会导致车刀的切削边缘变钝，从而降低切削效率和切削质量。

表面磨损主要是由刀具与工件表面接触时产生的摩擦引起的。

这些磨损形式都会导致单晶金刚石车刀的使用寿命减少。

其次，可以通过磨损分析来确定单晶金刚石车刀的磨损程度。

常用的磨损评估方法有：测量切削力和刀具表面形貌、观察工件表面质量等。

测量切削力可以间接评估刃口磨损程度，如果切削力增加，则说明刃口已经磨损。

观察工件表面质量也可以判断磨损情况，如果工件表面粗糙度增加，则说明刃口已经损坏。

最后，还可以通过磨损分析找出导致单晶金刚石车刀磨损的原因。

可能的原因包括：切削条件不合适、切削速度过高、切削液不合适等。

通过找出磨损原因，可以采取相应的措施来减少磨损，延长单晶金刚石车刀的使用寿命。

总之，单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析是评估其使用寿命和性能的重要手段。

通过磨损分析，可以确定磨损程度，找出导致磨损的原因，并采取相应的措施来延长车刀的使用寿命。

此外，单晶金刚石车刀磨损分析还可以提供对刀具寿命的预测和刀具性能的改进。

通过磨损分析，可以获取关于刀具磨损速率和刀具寿命的重要信息。

这些信息对于制定合理的刀具更换计划非常关键，以避免频繁更换刀具或过度使用磨损严重的刀具。

磨损分析还可以帮助改进单晶金刚石车刀的设计和制造工艺。

通过观察磨损形态和区域，可以了解刀具的磨损机制和影响因素。

这对于优化刀具的材料、几何形状和涂层等方面非常有价值。

例如，可以针对刀具的磨损情况进行改进，使其更耐磨、更耐用，并提高切削效率和切削质量。

此外，磨损分析还可以通过对比不同切削条件下的磨损情况，寻找最佳的切削参数组合。

金刚石线锯切割大直径SiC单晶3陈秀芳,李　娟,马德营,胡小波,徐现刚,王继扬,蒋民华(山东大学晶体材料国家重点实验室,山东济南250100)摘　要:　采用金刚石线切割大直径的SiC单晶,研究了金刚石线锯的切割机理和切割参数,给出切割SiC 单晶的实验结果。

研究了金刚石线的寿命及各切割参数对线径减少量、翘曲度、表面粗糙度的影响。

用光学显微镜观察了磨损的金刚石线和切割表面。

关键词:　金刚石线;SiC;翘曲度中图分类号:　O782.9文献标识码:A 文章编号:100129731(2005)10215752031　引　言SiC是一种重要的半导体材料,不但可以用作基于GaN的蓝色发光二极管的衬底材料,同时又是制作高温、高频、大功率电子器件的最佳材料之一[1～3]。

虽然生长出高质量大直径的SiC单晶极为重要,但是此后的晶片加工则对晶片的表面质量起决定作用,其中把体块单晶切割成翘曲度小、厚度均匀、刀缝损失小的晶片非常重要,否则将给后序的磨抛工作带来极大困难。

由于SiC的莫氏硬度为9.2,仅次于金刚石(其莫氏硬度为10),加工难度很大。

当晶体的直径达到2英寸时,常规的内圆切割机不能有效地工作,必须采用金刚石线切割技术。

该技术与传统的切割方法相比,有以下几个优点[4]:(1)可加工非导电材料,而传统的放电加工则不能;(2)可进行多线切割[5];(3)刀缝损失小。

这对加工成本高的半导体和贵重材料非常重要。

用直径350μm的金刚石线切SiC单晶时,刀缝才为0.3048mm;(4)可自由改变切割位向。

大直径SiC单晶的切割还未见报道,本文研究了金刚石线锯的切割机理和切割参数,给出切割SiC单晶的实验结果。

研究了金刚石线的寿命及各切割参数对切割时间、线径减少量、翘曲度、表面粗糙度的影响。

用光学显微镜观察了磨损的金刚石线和切割表面。

2　几个重要的切割参数简介及切割线的受力分析2.1　线　速类似于高速研磨,金刚石线切割需要高的线速以降低对金刚石颗粒的切削力、减少线的磨损和金刚石颗粒的脱落,从而实现高的材料去除速率。

晶体硅的金刚石线锯切割性能研究金刚石线锯系为通过电镀的方式将金刚石颗粒固结镶嵌在钢丝表面的镀层上制成的一种线锯,以它切割硅片相比于传统的砂浆线锯切割有切割效率高,切割硅屑更容易回收,综合成本低等优势,有大规模应用的广阔前景,但业界对其切割硅片的表面质量与表层机械损伤情况尚存疑问。

我们针对这一问题对晶体硅的金刚石线锯切割性能开展了研究。

对金刚石刻划单晶硅片的机理及模式进行了实验研究。

金刚石在较大压力下刻划时,主要以脆性模式加工晶体硅,划痕呈破碎崩坑状；而在较小的压力下,主要以塑性模式加工晶体硅,划痕相对平直光滑。

金刚石线锯切割硅片表明,硅片表面呈现大量由脆性破碎崩落留下的不规则凹坑,但同时亦出现较长的光滑划痕。

其原因可能是线锯正下方的压力较大,以脆性模式进行反复刻划；而与此同时,线锯侧面金刚石颗粒以小得多的侧向压力对切割暴露出的硅表面进行蹭磨刻划,形成呈塑性特征的切割纹；最终在硅片表面呈现脆性与塑性混合切割模式。

在一台单线切割机上进行了单晶硅片切割实验。

设计并自制了线张力测试装置,研究了进给速度的变化对金刚石线锯线张力,硅片表面形貌及损伤层的影响。

发现随着进给速度的增大,硅片表面宏观的线痕间距及起伏周期增大,而表面形貌和粗糙度值差异不大。

通过逐层腐蚀去除硅片的损伤层,碘酒钝化,测试其少子寿命的方法,测试硅片的损伤层厚度。

测试结果表明：在本实验工艺下,金刚石线锯切割硅片的损伤层厚度基本位于12μm左右；随着进给速度的增大,硅片损伤层厚度有增加的趋势,但增加幅度不大。

对企业试生产的金刚石线锯和普通商业化生产的砂浆线锯切割硅片的表面形貌进行了观察,金刚石线锯切割硅片的表面有规则平直的深浅划痕和破碎凹坑；而砂浆线锯切割的硅片表面无明显划痕,但有较多的破碎凹坑和孔洞。

两种硅片表面整体上都比较平整,而金刚石线锯切割硅片的表面粗糙度值更大。

实验测得砂浆线锯和金刚石线锯切割硅片的损伤层厚度分别为10μm和6μm。

2011年2月 第1期第31卷 总第181期金刚石与磨料磨具工程D ia m ond&A brasives Eng i nee ri ngFeb.2011N o.1 V o.l31 Seria.l181文章编号:1006-852X(2011)01-0053-05金刚石线锯切割单晶硅表面缺陷与锯丝磨损分析*黄 波1,2 高玉飞1,2 葛培琪1,2(1.山东大学机械工程学院,济南250061)(2.高效洁净机械制造教育部重点实验室,济南250061)摘要 采用电镀金刚石线锯对单晶硅进行了锯切实验,使用扫描电子显微镜对单晶硅锯切的表面缺陷与锯丝失效机理进行了研究,分析了走丝速度和工件进给速度对锯切单晶硅表面缺陷特征的影响。

分析发现:线锯锯切的硅片表面缺陷主要有较长较深的沟槽、较浅的断续划痕、材料脆性去除留下的表面破碎及个别较大较深的凹坑。

走丝速度增大,工件进给速度降低,锯切材料的表面缺陷逐渐由以脆性破碎凹坑为主转,变为以材料微切削去除留下的塑性域剪切沟槽为主。

锯丝的主要失效形式为金刚石磨粒的脱落,脱落的磨粒在锯切过程中被挤压嵌入加工表面造成较大尺寸较深的凹坑,对材料表面和亚表面质量的损害更为严重。

关键词 金刚石线锯;单晶硅;表面缺陷;磨损中图分类号 TQ164;TG74 文献标识码 A DO I编码 10.3969/.j issn.1006-852X.2011.01.013Study on surface defect and w ire wear m echanism duri ng si ngle crystal silicon slici ng w ith electropl ated di a m ond w ire sawH uang Bo1,2 Gao Yuf e i1,2 Ge Pei q i1,2(1.S chool of M echanical Engineering,Shandong Universit y,J inan250061,China)(2.K ey Laboratory o f H igh Efficiency and C lean M echanicalM anufacture(Shangdong Universitg),M inistr y of Education,J inan250061,China)Abstract Based on the experi m ents o f slicing si n g l e crystal silicon w it h e lectrop lated dia m ond w ire sa w,the surface defects of sa w ed silicon crystal and w ire fa il u re m echanis m w ere ana l y zed using the scann i n g electron m icroscope(SE M).The i n fl u ences of w ire speed and workp iece feed speed on surface defect features w ere discussed.The analysis results sho w t h at the surface defects inc l u de so m e obvious grooves,inter m ittent scratch m arks,brittle fracture or brittle crash,and so m e relati v e l y larger and deeper pits.W hen w ire speed i n creases and w or kpiece feed speed decreases,the surface de fect features change fro m brittle fracture p its to ductile sheared m icrog r ooves i n duced by d i a m ond ductile cutting acti o n.The m ain w ear m echanis m o f electroplated dia m ond w ire is pullout of abrasi v e grits.These pu lled out grits are like l y to be then i n l a yed i n to the surface o f sili c on to generate large and deep pits and affect the quality of surface and subsurface.Keywords dia m ond w ire sa w;si n g l e cr ystal silicon;surface defec;t w ear*济南市科技计划资助项目(项目编号:200906031)金刚石与磨料磨具工程总第181期0 引言单晶硅材料广泛地应用于各种微电子领域,如计算机系统、通讯设备、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等。

金刚石线锯在使用过程中断线的讨论金刚石线锯在使用过程中断线的讨论金刚石线锯在使用过程中经常遇到断线的问题，困扰着金刚石线锯的生产方和使用方。

对于断线问题，供需双方之间经常存在有比较大的分歧。

为了使得这一问题得到缓解，在此对这一问题进行讨论，以便供需双方参考，共同努力，减少断线率。

原因分析1、金刚石线锯抗拉强度低于预定指标。

比如70线为例，抗断拉力小于15N。

2、金刚石线锯局部有比较大的“镍瘤”存在，也就是局部磨粒堆积现象严重，或者虚高磨粒过高而又集中在某一个小区域，在切割过程中导致局部阻力变大，可能导致跳线和断线。

3、金刚石线锯表面氧化严重，导致表面有龟裂产生。

表面龟裂部位容易产生应力集中，也会导致断线。

4、在生产过程中，初始绕线时存在较大的扭应力，容易导致使用过程中断线。

5、在使用时，初始绕线过程存在较大的扭应力，非常容易导致断线。

6、在使用过程中，切割工艺参数与所使用的金刚石线不匹配，导致断线。

比如走线速度过大或过小，线弓比过大，都容易导致断线。

7、切割机的性能下降，比如某个导轮阻力过大，转动不灵活，易导致跳线或断线。

8、切割机的震动幅度过大或电机转速不均也容易导致断线。

9、切割液污染严重，杂质较多粘稠度加大，致使切割阻力变大导致断线。

10、回线时加速度过大容易导致跳线和断线。

改善措施1、金刚石线锯生产方，确保抗破断力不小于额定值。

确保线锯表面磨粒分散性好，堆积直径小，不超标，虚高磨粒少不超标。

成卷金刚石线锯自然扭应力小，也就是自然状态下，线的扭转角度要小。

提高线锯表面抗氧化性能。

2、金刚石线锯使用方，应首先在初始绕线时，顺着自然扭应力的方向绕，如果逆着扭力方向或者加大原有扭力绕线，就非常容易导致断线；调整切割参数与所使用的线锯相适应，切割参数包括走线速度、进给速度等；保持切割机性能稳定，各导轮灵活；回线时加速和减速不要太快。

综合分析1、扭应力的破坏性。

金刚石线锯的抗扭强度差别非常的大，也不稳定。

电镀金刚石线切割单晶硅表面损伤研究陈超;彭少波;陈家荣;秦建新;肖乐银;谢德龙;潘晓毅;林峰【摘要】首次采用超高速电镀金刚石线切割单晶硅.通过表面分析、拉曼光谱等技术手段研究了金刚石粒度、切割线速度、切割刀数对被切割工件表面粗糙度、表面损伤深度及损伤程度的影响.发现,采用较完整晶形的金刚石,切割刀数越多,被加工工件表面凹坑深度和线痕减少越明显,进而,表面粗糙度获得提高.当随着粒度的减小,表面断裂方式发生了变化,从脆性断裂转变成塑性断裂.切割表面光滑区域以无定形硅为主,线痕明显区域检测到无定形及亚稳态硅,在凹坑内部属于晶态硅.另外,无定形和多晶硅主要取决于线的速度,线的速度越高,无定形和多晶硅越少.%Single-crystal silicon was sliced using a super-high-speed electroplated diamond wire saw for the first time.The effects of diamond grit size,wire speed,and number of slicing on the surface roughness and subsurface damage of the workpiece were investigated by surface profiling,Raman spectroscopy.It was found that the dents depth and saw marks was reduced significantly by using finer diamond grits and increasing the number of sawing,and the surface roughness was improved.A transition from brittle fracture to ductile fracture was confirmed from chip morphology observation when reducing the grit size.The subsurface damaged layers were composed of amorphous layers,dislocated lay-ers with grain boundaries,as well as micro cracks.The smooth surface regions were dominated by amorphous silicon.While within the saw marks,a mixture of amorphous and metastable silicon phases was detected.single-crystal silicon was predominant inside the micro dents.Furthermore,the significance of silicon amorphization andpoly-crystalli-zation was strongly dependent on the wire speed.The higher the wire speed,the less a-morphous and polycrystalline silicon.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2017(029)006【总页数】6页(P16-21)【关键词】电镀金刚石线;粗糙度;线痕;单晶硅【作者】陈超;彭少波;陈家荣;秦建新;肖乐银;谢德龙;潘晓毅;林峰【作者单位】广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004;广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004;广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004;广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林541004;广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004;广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林541004;广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林 541004;广西超硬材料重点实验室,中国有色桂林矿产地质研究院有限公司,国家特种矿物材料工程技术研究中心,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】TQ1641 引言近年来，太阳能发电越来越受到人们的关注并且有普及之势。

金刚石车削刀具的磨损分析与改进金刚石车削刀具是现代制造业中不可或缺的重要工具。

然而，由于其高硬度和脆性，金刚石车削刀具在长时间使用过程中会遭受磨损，降低其使用寿命和切削性能。

为了延长金刚石车削刀具的寿命并提高加工质量，对其磨损进行分析并进行改进是非常必要的。

首先，我们可以从金刚石车削刀具的磨损形式入手，分析其磨损的原因。

金刚石车削刀具的磨损形式包括磨粒磨损、界面磨损、热磨损等。

磨粒磨损主要是由于工件材料中的硬质粒子与金刚石颗粒之间的相互作用引起的，界面磨损则是金刚石与工件材料之间的高温热膨胀不匹配导致的。

此外，热磨损主要是由于金刚石车削刀具在高温环境中的氧化、脱碳和加工液中的化学反应引起的。

了解磨损形式和原因可以为改进金刚石车削刀具提供方向。

接下来，我们可以从材料和结构两方面入手改进金刚石车削刀具的磨损问题。

首先，从材料方面，可以选择更高质量的金刚石颗粒和更合适的金刚石结合剂，以提高金刚石车削刀具的硬度和抗磨损性能。

此外，还可以利用纳米材料技术，将纳米材料与金刚石结合，形成复合材料，提高金刚石车削刀具的稳定性和耐用性。

其次，从结构方面，可以设计更合理的刀具形状和刀具表面涂层，以减少刀具与工件之间的摩擦和热量积聚，降低磨损。

还可以采用刀具冷却技术，使金刚石车削刀具在加工过程中保持低温状态，减少热磨损的发生。

除了材料和结构方面的改进，还可以通过改善刀具使用条件和加工工艺来减少金刚石车削刀具的磨损。

例如，可以优化切削参数，选择适当的切削速度、进给量和切削深度，减少刀具与工件的摩擦和磨损。

此外，还可以采用有效的冷却和润滑技术，提高切削液的质量和使用效果，降低热磨损和界面磨损。

同时，定期进行刀具的维护保养，及时更换磨损严重的刀具，也是保护金刚石车削刀具的重要措施。

综上所述，金刚石车削刀具的磨损是制约其使用寿命和加工质量的关键因素。

通过对金刚石车削刀具磨损形式和原因的分析，并进行材料和结构的改进，以及改善使用条件和加工工艺，可以有效延长金刚石车削刀具的寿命，提高加工质量。

金刚线切割过程中切割异常分析及硅片相关质量研究摘要：随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术向细线化方向发展，金刚线细线化切割工艺已成为行业内硅片制造技术发展趋势。

越来越细的金刚线满足不同尺寸形状硅片的切割要求就是硅片制造技术需要研究的重要方向。

本文主要针对金刚线切割过程中切割异常分析及硅片质量方向进行分析。

关键词：金刚线细线切割；排线拉斜；排线间距；1.引言在光伏发电系统中，要想保障光伏发电的稳定运行，就需要加强对产业链各环节质量的监控，单晶硅片作为产业链基础，只有保障了其质量，才能够制作出高效率电池组件[1]。

但是在单晶硅片制作过程中存在很多问题，本文主要分析单晶硅片切割异常分析，从切割单晶硅棒相关质量出发，寻找出相匹配工艺方案，以此来进行说明。

1.切金刚线切割单晶硅片主要优势金刚线切单晶硅片切割技术中，以生产量高，硅片直径适用范围广，翘曲值低，表面损伤浅，表面光洁度低等多项优势被广泛应用[2]。

随着国内金刚线制造和应用技术的不断成熟，加之市场需求的快速增长不断的刺激金刚线制造技术向细线化、薄片化方向发展。

使用金刚线切片技术后，由于刀缝损失的减小，能够带来单位耗硅量的减少，从而较大程度地减少了硅片的硅成本和折旧等，这也是金刚线切片最重要的驱动因素。

为了追求更高的效益，使用更细的金刚线切割薄硅片已成为行业趋势，但在提高公斤出片数以及单刀产能的同时，如何保证单晶硅片清洗质量成行业内共同攻克的技术难题，本文以生产工艺及原辅材料为基础，研究单晶硅片清洗过程中产生的表面脏污，并通过实验验证提出了解决方法。

1.金刚线切割过程中切割异常分析目前光伏企业发展以“降本增效”为主旋律。

如何提高太阳能硅片细线化切割效率、降低单片耗线成为近几年关注的问题。

影响硅片切割质量的因素主要有：金刚线品质、所用主辊（切割辅材）刻槽工艺、切割设备性能的稳定性；为提高硅片切割质量、降低硅片切割单端钢线磨损度、降低硅片TTV均值，严格分析切割工艺对硅片切割质量的影响非常重要，下面分别介绍影响切割单晶硅片质量因素及解决方法。

电镀金刚石线锯切割单晶硅技术及机理研究目前,半导体材料广泛地应用于各种微电子领域,如计算机系统、电子通讯设备、汽车、消费电子系统和工业自动控制系统等,而绝大多数的半导体材料是采用硅晶片。

切片是把单晶硅由硅棒变成硅片的一个重要工序,切片质量的好坏直接影响着后续工序的工作量和成本。

固结磨料线锯切片技术以其锯切效率高、锯口损耗小、面形精度高和切割环境清洁等优点,有望成为单晶硅等硬脆材料切片的未来发展方向。

本文对电镀金刚石线锯切割单晶硅技术进行了深入的试验研究与理论分析,以期为电镀金刚石线锯切片技术的进一步应用提供试验和理论依据。

在理论上探讨了单晶硅各向异性材料特性对电镀金刚石线锯切割硅晶片过程影响。

分析了锯丝沿不同的晶面、晶向锯切对晶片质量的影响规律,并推荐了首选的锯丝切入方向。

研究发现,在确定的工艺参数下,当锯丝切入方向使锯切两边材料的弹性模量分布关于锯丝切入方向呈对称性时,可有效地提高晶片面形质量。

锯丝切入方向与被锯切晶面内的易开裂方向一致时,可有效减少晶片表面破碎。

综合锯丝切入方向对晶片面形质量和表面破碎两方面影响的分析结果,锯切（100）晶面时,首选锯丝切入方向为[001]、[010]、[00（?）]和[0（?）0];锯切（110）晶面时,首选锯丝切入方向为[1（?）0]和[（?）10];锯切（111）晶面,[1（?）0],[（?）10],[01（?）],[0（?）1],[（?）01]和[10（?）]为首选的锯丝切入方向。

通过往复式电镀金刚石线锯加工单晶硅的试验,研究了锯丝速度,工件进给速度和切削液对锯切硅片表面形貌、表面粗糙度（SR）、翘曲度（Warp）、总厚度偏差（TTV）和亚表面损伤层厚度（SSD）的影响规律,并研究了锯丝磨损的形态和机理。

在试验采用的工艺参数范围内,硅片的SR与SSD值随锯丝速度提高和工件进给速度降低而减小;硅片的Warp随锯丝速度和工件进给速度降低而减小;而综合考虑锯丝速度与进给速度的合理匹配关系是获得硅片低TTV值的原则。

第38卷第2期 人　工　晶　体　学　报 Vol .38　No .2　2009年4月 JOURNAL OF SY NTHETI C CRYST ALS Ap ril,2009往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片特性研究高玉飞,葛培琪,李绍杰(山东大学机械工程学院,济南250061)摘要:通过往复式电镀金刚石线锯切割单晶硅片实验,分析了切片表面的微观形貌特点,研究了锯丝速度与进给速度对硅片的表面粗糙度、总厚度偏差(TT V )、翘曲度与亚表面损伤层厚度(SS D )的影响规律。

结果表明:线锯锯切时材料以脆性模式去除,锯切表面的微观形貌呈现部分沟槽与断续划痕,并存在大量凹坑;锯丝速度增大,进给速度减小,表面粗糙度与SS D 减小;锯丝速度增大,进给速度增大,硅片的翘曲度也随之增大;硅片TT V 值与锯丝速度和进给速度的匹配关系相关。

关键词:金刚石线锯;单晶硅;晶片;加工质量中图分类号:TG58 文献标识码:A 文章编号:10002985X (2009)022*******Study on the M ach i n i n g Performance of S i n gle Cryst a l S ili conW afer Cut by Usi n g Rec i proca ti n g Electropl a tedD i a m ond W i re SawG AO Yu 2fei,GE Pei 2qi,L I Shao 2jie(School of Mechanical Engineering,Shandong University,J inan 250061,China )(Received 4June 2008,accepted 25June 2008)Abstract:W ire sa w s peed and ingot feed s peed have significant effects on the wire sa w machining p r ocess .Based on reci p r ocating electr op lated dia mond wire sa w slicing monocrystalline silicon wafers experi m ents,the silicon wafer surface t opography was analyzed,and the influences of wire sa w s peed and feed s peed on wafers surface r oughness,t otal thickness variati on (TT V ),war page and subsurface da mage layer thickness (SS D )were studied .The results indicate that the materials re moval is in a brittle regi m e in wiresa w slicing,and there are s ome gr ooves,inter m ittent scratch marks and l ots of p its on cutting surface .The surface r oughness and SS D decrease with the wire sa w s peed increase and feed s peed decrease,the waferwar page increases with the increase of wire sa w and feed s peed .The wafer TT V value is cl osely related with the matching relati ons bet w een wire sa w s peed and ingot feed s peed .Key words:dia mond wire sa w;monocrystalline silicon;wafer;machining quality 收稿日期:2008206204;修订日期:2008206225 基金项目:国家自然科学基金(No .50475132) 作者简介:高玉飞(19812),男,山东省人,博士研究生。

金刚线细线切割单晶硅片崩边分析发表时间：2020-06-02T09:54:27.811Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第2期作者：杜皓月吴科楠[导读] 本文主要从金刚线切割单晶硅片所需原辅材料、生产工艺、过程控制、设备等方面进行分析，总结。

黄河水电西宁太阳能电力有限公司青海西宁 810000硅片生产由金刚线切割取代传统的砂浆切割，为了不断降低生产成本，金刚线从80μm不断降低至行业研发的48μm，细线化切割已成为金刚线切片主流技术，同时细线化切割带来众多切割质量异常，其中最常见的异常为崩边，本文主要从金刚线切割单晶硅片所需原辅材料、生产工艺、过程控制、设备等方面进行分析，总结。

一、金刚线细线切割单晶硅片崩边产生点国标中崩边的定义为，“崩边为晶体表面或边缘非有意造成脱落材料的区域，某些崩边是在晶片加工、测量或检验时，因传送或放置样品等操作引起的。

崩边的尺寸由样品外形的的正投影图上测量的最大径向深度和圆周弦长确定”。

实际产生崩边因素很多，不仅是机械碰撞、人为磕碰，更多的是原辅材料异常和工艺失控导致。

1.原辅材料金刚线切割所需原辅材料主要有，单晶硅棒、胶水、树脂板/塑料板、切割液、脱胶剂和清洗剂，其中能直接导致单晶硅片崩边的辅材有胶水和切割液，胶水能够导致单晶硅棒粘接面不规则崩边，切割液能够导致粘接面均匀崩边或亮边。

2.工艺管控点2.载片盒防撞垫损坏。

二、金刚线细线切割单晶硅片崩边原因分析及改善方向单晶硅片切割过程中，原辅材料异常、工艺点失控及设备碰撞等产生各种性状崩边，对于以上因素导致的崩边总体可划分为两类，粘胶面崩边和切割崩边。

1.粘胶面崩边1)长条状线状崩边，这种崩边最为常见，大部分集中在粘胶面中间部位，也是比较难以避免和解决的崩边类型，如图1、图2所示：2)胶面掉渣，由于胶层脱落造成胶面许多亮点，且亮点处容易掉渣，收到轻微的摩擦力即有硅落产生，此时很容易形成缺口或者裂纹，成为不合格硅片，因此在对硅片分选、包装时要尤其注意；如图3、图4所示：3)胶面倒角处崩边，崩边位置在倒角中间位置或胶面与倒角的接触位置，若受到挤压力作用容易造成倒角处形成缺口。

硅晶片金刚石线切割的表面特征及其力学性能摘要：分析了金刚石线切割硅晶片的表面形貌和断裂性能，并在此基础上探讨金刚石线切割原理以及一些技术挑战。

金刚石线切割具有表面粗糙度低，硅片厚度均匀等优点，但却存在断裂强度各项异性。

与切割划痕垂直方向的力学性能很高，然而与划痕平行方向的力学性能较低，这种性能差异是由表面单方向裂纹引起的，其裂纹的产生又与切割机理密切有关。

金刚石线切割属于二体磨料磨损，其切割方式通常为塑性划痕，加之有少量脆性剥落。

由于切割线的柔性，以及金刚石磨粒大小、形态、及分布的差异，切割过程则会出现切割的不连续性和不稳定性，并由此引起一些较大的表面裂纹。

此外，划痕沟槽局部还会出现非晶态结构。

提高金刚石线切割性能应从切割线磨粒角度来考虑。

关键词：金刚石线切割；表面形貌；断裂强度；切割机一、引言金刚石线切割是一种新型替代型切割技术。

金刚石线切割不仅切割速度快、切割线使用寿命长、环境污染小，同时还可回收硅废料，因而受到极大重视。

许多研究公司都在开发相关配套设备和技术。

比如，日本旭金刚石工业株式会、美国DMT公司、比利时贝卡尔特正在开发金刚石切割线，瑞士的梅耶博格、美国的应用材料公司和德国的RENA研发金刚石线切割设备，中国的昱辉和美国MEMC从事金刚石线切割应用方面的工作。

金刚石线切割现已初步应用于单晶硅材料的切割，但尚未用于类单晶和多晶切割。

由于硅晶材料和切割加工约占太阳能光伏电池总成本的35%左右，人们希望一方面进一步减小硅晶片厚度，另一方面提高切割效率和质量，以达到降低成本的目的。

金刚石线切割技术是一种新技术，在开发应用方面还面临很多挑战。

文中在分析金刚石线切割晶片的形貌和力学性能的基础上，提出并探讨了切割机理及相关的核心技术问题。

二、硅片厚度均匀度由于硅片厚度变化很小，总体尺寸在185-195微米之间，只在硅片边缘相对较厚（约200微米）。

金刚石线切割不存在游离磨料切割的厚度渐进变化现象，但会出现硅片厚度局部侧移或变细的情况。

⾦刚⽯绳锯使⽤过程中⼀些常见问题原因分析及解决办法⽬前不论国内还是国内，⾦刚⽯绳锯已被普遍使⽤。

这⼀技术的使⽤，确实显著提⾼⽯材开采的荒料率，减少了珍贵⽯材资源的浪费，同时还有利于环境保护。

但是⾦刚⽯绳锯在使⽤过程中出现的问题也不少，⼀些新⼿在刚接触⾦刚⽯绳锯及绳锯机操作时，⾯对出现的⼀些状况可能会⽐较慌忙，甚⾄不知所措，对此，以下列举了⼀些常出现的问题以及对策，望能给新⼿们带来点帮助。

⼀、断绳(⼀) 断绳现象较为普遍，主要由两种情形引起的：(⼆) 钢丝绳断裂；(三) 接头断开。

引起断绳的原因分析：(⼀) 机器没放平稳，或者转轮松了，导致绳锯运转不平稳，抖动频繁，致中间断绳及接头频繁断裂；(⼆) 客户⽚⾯追求切割效率，强⾏下⼑，导致绳锯运转弧度过⼤，张紧⼒过⼤，进⽽引起钢丝绳的断裂；(三) 注塑绳锯使⽤⼀定时间后，将会有部分冷却⽔及切屑注⼊塑料和钢丝绳之间，如果停放时间过长，将会导致钢丝绳⽣绣变脆，钢丝绳中间提前断裂；(四) 接头型号跟⾦刚绳不匹配，接头压不紧。

针对以上的原因分析，制作⽅和使⽤⽅应联⼿采⽤如下办法以解决钢丝绳提前断裂的解决办法：(⼀) 选⽤⾼精度机器，并在使⽤过程中维护保养好，以确保机器性能，增加绳锯运转平稳度，减少抖动；(⼆) 合理调节⾏绳锯机⾏⾛速度,在使⽤“⾃动”时，合理调节绳锯机主电机电流旋扭，不要过⼤，以免绳锯因张⼒过⼤断绳；(三) 不要将使⽤过的绳锯停放过长时间，⽐如半年以上；(四) 接头型号要与⾦刚绳匹配，避免过⼤或过⼩，此外压接头的压机不能有磨损，不然会造成压不紧的情况。

⼆、偏磨绳锯使⽤过程中，串珠没有沿园周⾯均匀磨损，⽽是仅磨损串珠某⼀⾯，导致串珠某⼀⾯磨损严重甚⾄磨⾄钢丝绳，⽽另⼀⾯则有较厚的⼯作层，这称为偏磨，从⽽导致绳锯寿命⼤⼤缩短，提前报废。

偏磨原因：(⼀) ⽤户使⽤前，根本没有扭转或者扭转圈数不够；(⼆) 下⼑量过⼤，绳锯对切割对象施压过⼤，导致串珠与切割对象摩擦⼒过⼤，从⽽阻碍了串动绕钢丝绳轴线转动；(三) 因橡胶的软硬度不同，不懂得要根据实际情况调整圈数，或者绳锯没拉紧。

金刚石线对硅晶片锯切加工中线速度对表面损伤的影响在光伏行业利用金刚石线对硅晶片进行锯切的工艺还有待进一步发展完善。

该技术切割速率高，水冷却液成本低，因而整体成本较低，应用前景可观;但还有待于和现有的工艺生产链特别是多晶硅的锯切工艺整合在一起。

其中，工业需求较高的工艺便是硅晶片的表面质量，例如光学外观、总厚度偏差(TTV)、蚀刻特性、亚表面和表面损伤等质量属性，这些因素都影响着晶片的机械稳定性。

1、引言基于固结磨粒的金刚石线锯技术可以替代基于自由磨粒的标准泥浆，应用前景十分可观。

利用金刚石线锯切技术的硅晶片生产工艺具有切割速率高、水冷却液成本低的优势，同时也保持了较好的晶片表面质量。

但硅晶片表面和亚表面质量性能的进一步提高则需要更高性能的金刚石线锯切技术。

锯切损伤的程度对于晶片稳定性有重要影响，要想提高晶片质量稳定性，就需要最大程度地降低晶片的表面损伤。

在锯切过程中，金刚石线引起的机械应力作用于晶片表面。

表面损伤的程度受锯切工艺参数的影响，其中就有金刚石线的速度。

此外，由于晶体取向对裂纹深度的依赖性，硅的结晶化对表面损伤会有影响。

本研究在不同线速度下对硅晶片进行锯切，然后对其进行拉曼光谱分析，对材料应力的分布和表面可能存在的相变进行了详细研究。

建立了一种计算晶片表面上非晶-结晶硅比例r的系统方法，以此来收集延展切割硅锭的一些信息。

还分析研究了清洁处理工艺对硅表面的影响;利用CLSM求得从硅晶片上抛光蚀刻斜切下来的试样表面粗糙度和微裂缝的深度分布。

特别是线速度参数对表面质量的影响进行了详细分析。

2、试样为研究工业金刚石线锯切割出的晶片表面，研究利用三种不同的线速度：低速5m/s，中速10m/s和高速15m/s制备出标准清洁处理工艺处理的多晶硅晶片。

以等量于锯切速度的恒定进给速度将硅锭推入金刚石线网中。

在加速、减速过程中，进给速度按比例适应于线速度。

较高的线速度在锯切方向上引起了较低的切削力，如图一所示。