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以生產(chǎn)工藝劃分，金剛石線可以分為電鍍金剛石線和樹(shù)脂金剛石線。金剛石切割線是通過(guò)一定的方法，將金剛石鍍覆在鋼線上制成，通過(guò)金剛石切割機(jī)，金剛石切割線可以與物件間形成相對(duì)的磨削運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)切割的目的。

金剛石線是用復(fù)合電鍍的方法將高硬，高耐磨性的金剛石微粉固結(jié)在鋼絲基體上，而制成固結(jié)磨料金剛石鋸線。在切割過(guò)程中90%的抗拉強(qiáng)度來(lái)自鋼絲線，因此鋼絲線對(duì)金剛石線至關(guān)重要。

在自由磨料線鋸切割過(guò)程中，研磨液由噴嘴直接噴到鋼絲線與硅晶體上，由線網(wǎng)的鋼絲線帶動(dòng)游離磨料對(duì)硅晶體進(jìn)行切割。與游離磨料不同，金剛石線將金剛石微分固結(jié)到鋼絲線上，鋼絲線往復(fù)移動(dòng)對(duì)硅晶體進(jìn)行切割。


傳統(tǒng)砂漿的利用鋼絲的快速運(yùn)動(dòng)將含磨料的液體帶入到工件切縫中，產(chǎn)生切削作用。在切割過(guò)程中，碳化硅被沖刷下來(lái)，唯有持續(xù)進(jìn)行滾動(dòng)磨削，而減少切割效率。碳化硅的硬度 9.5（莫氏），而金剛石硬度在 10（莫氏）。金鋼線切割線速度基本在 15m/s，正常切割的砂漿線速度基本在 9-11.5m/s。而若金鋼線再做突破的話，就應(yīng)該是要更硬，同時(shí)兼有更好的自銳性（多晶金剛石），更穩(wěn)定的固結(jié)方式，更快的線速度。


金剛石切割線相比傳統(tǒng)工藝有三大優(yōu)勢(shì)：

1）金剛石線切割漏損少，壽命長(zhǎng)，切割速度快，切割效率高，提升產(chǎn)能；

2）品質(zhì)受控，單片成本低，金剛石線切割造成的損傷層小于砂漿線切割，有利于切割更薄的硅片；

3）環(huán)保，金剛石線使用水基磨削液（主要是水），有利于改善作業(yè)環(huán)境，同時(shí)簡(jiǎn)化洗凈等后道加工程序。

隨著金剛石線切割技術(shù)的發(fā)展及單多晶競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，多晶硅片將全部由砂漿線切割轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸€切割。不過(guò)由于金剛石線切割多晶硅片的損傷層淺、線痕明顯等問(wèn)題，常規(guī)砂漿線的酸制絨難以在其表面刻蝕出有效的減反射絨面。

目前，針對(duì)金剛石線多晶硅片制絨的難題，主要解決辦法包括：金剛石線直接添加劑法、干法黑硅(RIE)及濕法黑硅(MCCE)等，由于RIE和MCCE成本及工藝等原因，目前大多數(shù)企業(yè)以金剛石線直接添加劑法制備金剛石線切割多晶硅片的減反射絨面，當(dāng)然由于添加劑法制備的電池轉(zhuǎn)換效率低等因素，決定其只是金剛石線切割多晶硅片全面推廣的一個(gè)過(guò)渡階段。

— 金剛石線添加劑制絨原理 —

金剛石線切割多晶硅片利用二維切割方法，通過(guò)電鍍或樹(shù)脂固定的方法將金剛石顆粒鑲嵌在不銹鋼絲上，直接利用其高速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)硅片進(jìn)行磨削切割，具有切割效率高、環(huán)保、適合于薄片切割及硅料利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但表面損傷層淺且有較多粗線痕;砂漿線切割多晶硅片利用三維切割方法，采用不銹鋼絲將SiC微粉及聚乙二醇等帶入切割區(qū)進(jìn)行磨削切割的方法，具有表面損傷層較深且基本無(wú)線痕優(yōu)勢(shì)，但產(chǎn)量低、硅料損耗大、環(huán)境污染大等。

由于金剛石線多晶硅片與砂漿線硅片損傷層等差異較大，因此利用砂漿線酸制絨的方法對(duì)金剛線多晶硅片進(jìn)行制絨時(shí)反射率達(dá)到28%左右，平均Eta比常規(guī)砂漿線低0.2%左右，主要是由于其制絨后反射率過(guò)高，從而導(dǎo)致Isc下降。

目前，許多添加劑廠家都開(kāi)發(fā)出金剛石線切割多晶硅片用添加劑，可以直接用砂漿線多晶硅片的酸制絨機(jī)臺(tái)，制絨后反射率比砂漿線高2%左右，轉(zhuǎn)換效率約比砂漿線低0.05%，成本低且與產(chǎn)線100%兼容。

一般來(lái)說(shuō)，按照金剛石線添加劑廠家建議的HF/HNO3/DI初配，沒(méi)有加入添加劑時(shí)減重較高，反應(yīng)較劇烈，氣泡較大較少，反射率高，絨面會(huì)較大較淺;加入添加劑后減重會(huì)明顯降低，反應(yīng)變慢，但氣泡較小較多，反射率變低，表面整體變暗，絨面普遍較小較深，這是因?yàn)椋航饎偸€添加劑會(huì)降低制絨藥液的表面張力，有利于氣泡、反應(yīng)的含硅絡(luò)合物等形成的"掩膜"脫離硅片表面，尤其是對(duì)硅片底部的作用效果較為顯著，因此在金剛石線添加劑作用下促進(jìn)絨面縱向發(fā)展，這樣制絨時(shí)縱向反應(yīng)速度與橫向反應(yīng)速度差異比無(wú)金剛石線添加劑時(shí)小很多，從而有利于硅片的絨面變小變深，達(dá)到降低反射率的目的。

由此表明：金剛石線添加劑首先是抑制制絨反應(yīng)的進(jìn)行，使得整體反應(yīng)速度變慢，同時(shí)通過(guò)控制絨面寬度和深度降低反射率，達(dá)到陷光效果。下圖即為有無(wú)金剛石線添加劑條件下3D絨面照片，對(duì)比可發(fā)現(xiàn)：有金剛石線添加劑時(shí)絨面明顯更小，出絨率更多，這是由于添加劑相對(duì)促進(jìn)硅片縱向反應(yīng)的結(jié)果。


— 金剛石線直接添加劑法所需HF/HNO3理想配比的實(shí)現(xiàn)方法 —

目前各廠家金剛石線添加劑直接制絨法的初配比例差異較大，一方面是由于市場(chǎng)上金剛石添加劑的種類(lèi)繁多，添加劑配方差異較大;另一方面是因?yàn)槎鄶?shù)添加劑及電池廠家都僅在常規(guī)砂漿線多晶硅片初配的基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，并沒(méi)有調(diào)試出一個(gè)很好的初配比例，這樣會(huì)造成制絨后的反射率難以達(dá)到添加劑所能達(dá)到的最低值，不利于提高電池的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)會(huì)造成大量HF和HNO3的浪費(fèi)。

根據(jù)金剛石線添加劑特性及原理，我認(rèn)為任何一款金剛石線添加劑都只是相對(duì)的降低制絨反射率，因此都有其所能達(dá)到的最低反射率。如果金剛石線添加劑的用量偏少而HF/HNO3用量過(guò)多，不僅會(huì)造成化學(xué)品的浪費(fèi)，而且很難達(dá)到降低金剛石線多晶硅片制絨反射率的目的。尤其是HNO3對(duì)反射率較為敏感，HNO3稍多就會(huì)造成表面發(fā)白，反射率迅速增加，HF過(guò)多會(huì)造成黑絨及整體反應(yīng)加速等現(xiàn)象。

如果添加劑用量偏多，不僅造成其浪費(fèi)，還不利于提高電池轉(zhuǎn)換效率(金剛石線添加劑含有有機(jī)物等)，同時(shí)也難以界定HF/HNO3用量是否達(dá)到合適配比，不利于獲得更低的制絨反射率。因此，我認(rèn)為金剛石線添加劑制絨初配時(shí)首先需要考慮合適的金剛石線添加劑的用量，然后通過(guò)工藝調(diào)整得到最佳的HF/HNO3/DI配比，這樣才能得到最低的反射率，提高金剛石線多晶電池的Isc和Eta。

那么，怎么通過(guò)調(diào)試獲得最佳的工藝配比呢?通過(guò)金剛石線添加劑實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在適當(dāng)?shù)某跖浔壤?，可通過(guò)逐步的工藝調(diào)整得到理想藥液配比(包括添加劑量，HF、HNO3及DI用量，甚至帶速、溫度等、循環(huán)流量等)。工藝調(diào)試過(guò)程中遵循單一變量的原則，并重點(diǎn)監(jiān)控絨面、反射率(表面敏感程度)、減重及外觀黑絲狀況等參數(shù)，通過(guò)每次工藝調(diào)整后各監(jiān)控參數(shù)的變化分析藥液中各化學(xué)品量狀態(tài)(過(guò)量還是少量)，尤其注意一些突變性的變化，這有助于快速幫助我們把握某些化學(xué)品的量是否適宜。配合對(duì)金剛石線添加劑原理的理解及各種化學(xué)品的作用，可建立一個(gè)金剛石線多晶硅片制絨反應(yīng)的模型，通過(guò)對(duì)工藝調(diào)試過(guò)程中各監(jiān)控參數(shù)變化進(jìn)行邏輯推理，可得到理想的金剛石線添加劑藥液配比。針對(duì)不同用量的金剛石線添加劑，可調(diào)試出不同的相適宜的HF/HNO3/DI配比，同時(shí)此方法亦可調(diào)試出最佳的HF/HNO3自動(dòng)補(bǔ)加比例。

為什么能提升效率

金剛石線的切割效率能夠較游離碳化硅切割提高分為以下幾個(gè)方面：

固結(jié)方式，也就是帶來(lái)金剛石參與磨削的切割更多，同時(shí)也減少了磨料之間的相互磨損現(xiàn)象。

金剛石硬度高，金鋼石的耐磨損強(qiáng)，都將大大延長(zhǎng)金鋼線的使用壽命。

切割線速度高，金剛石與硅片接觸面積增大，金剛石線又將能承受高線速度帶來(lái)的其他不良，從而發(fā)揮高切割速度的優(yōu)勢(shì)。

傳統(tǒng)砂漿的利用鋼絲的快速運(yùn)動(dòng)將含磨料的液體帶入到工件切縫中，產(chǎn)生切削作用。在切割過(guò)程中，碳化硅被沖刷下來(lái)，唯有持續(xù)進(jìn)行滾動(dòng)磨削，而減少切割效率。碳化硅的硬度9.5（莫氏），而金剛石硬度在10（莫氏）。金剛線切割線速度基本在15m/s,我們正常切割的砂漿線速度基本在9-11.5m/s。而若金剛石線再做突破的話，就應(yīng)該是要更硬，同時(shí)兼有更好的自銳性（多晶金剛石），更穩(wěn)定的固結(jié)方式，更快的線速度。

增效的地方

切割效率高：首先第一個(gè)切割效率高降低了設(shè)備廠房及一切折舊、單片人工加工成本。

單片成本低：金剛石線替代了傳統(tǒng)砂漿的切割的碳化硅、懸浮液、鋼線，對(duì)比三項(xiàng)來(lái)說(shuō)，、根據(jù)砂漿使用結(jié)構(gòu)線加線回收砂漿系統(tǒng)的單片控制在0.65元算比較前沿的，但不是每一家都可以達(dá)到這個(gè)程度，金剛石線的電鍍線切割基本持平，樹(shù)脂金剛石線還可以下潛1毛錢(qián)。

品質(zhì)受控：

1、從品質(zhì)管控來(lái)說(shuō)，砂線液是是必須分三家供應(yīng)商，如果在加上二級(jí)三級(jí)供應(yīng)商的話，三項(xiàng)輔材需要設(shè)置要達(dá)到6-12家，相對(duì)金鋼線將砂、線、綜合了，供應(yīng)商的減少也減少輔料波動(dòng)性，只需管控一家即可。

2、切割過(guò)程中的斷線，是影響良品率的一大殺手。金剛石線的母線采購(gòu)單價(jià)是高于普通直拉剛線幾倍的價(jià)格，對(duì)于直拉剛線的品質(zhì)要求也要更高，需要經(jīng)過(guò)多次上砂和清洗和修磨工藝。

3、金剛石線的制造過(guò)程，需要經(jīng)過(guò)多道金剛石線拉力機(jī)的測(cè)試，并設(shè)立三道品質(zhì)檢驗(yàn)，分別從母線檢測(cè)、一次成品檢測(cè)、二次成品檢測(cè)、需對(duì)每卷線都會(huì)有一份相應(yīng)可追溯性檢測(cè)報(bào)告，對(duì)表面鍍層上砂顆粒數(shù)量、破斷拉力、突出量等一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)。

4、金剛石線品質(zhì)的性能，另外還需要是大量建立實(shí)際切割數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在提供給客戶應(yīng)用之前，現(xiàn)具有規(guī)模的金剛石線廠家都會(huì)添加1臺(tái)或者多臺(tái)金剛石線多線切割。建議一個(gè)具有可示范性、可復(fù)制的前沿技術(shù)推廣應(yīng)用的生產(chǎn)測(cè)試部門(mén)，對(duì)每批次剛線進(jìn)行切割和前沿技術(shù)的摸索，經(jīng)過(guò)了品質(zhì)檢驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)的測(cè)試雙向檢測(cè)。

5、金剛石線的生產(chǎn)是完全建立數(shù)據(jù)跟蹤系統(tǒng)，對(duì)于每卷線數(shù)據(jù)做到具有可追溯性，這也將品質(zhì)把控更提高了一步。

環(huán)保：

環(huán)保處理費(fèi)用在現(xiàn)中國(guó)的時(shí)代，工廠對(duì)于環(huán)保的認(rèn)知還是太低了，砂漿的cod達(dá)到幾十萬(wàn)，而金剛石線切割液經(jīng)過(guò)純水稀釋加切割液cod在200-1000，對(duì)于污水的處理也將大大提升。

硅耗降低：

潛在利于硅粉的回收再利用，回爐再利用，現(xiàn)在還在探索階段。

待解決的問(wèn)題

由于國(guó)內(nèi)主流太陽(yáng)能硅晶片市場(chǎng)為多晶硅片（約占硅片的80%，多晶硅片主要使用砂漿切割.）, 目前金剛石線切割多晶硅片的主要是制絨問(wèn)題。

金剛石線切割多晶硅片在制絨方面存在不足，傳統(tǒng)槽式制絨工藝的腐蝕放熱，導(dǎo)致表面反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砂漿切割方式的硅片,如何控制發(fā)熱問(wèn)題，是金剛石線切割硅片制絨的關(guān)鍵，目前主要有兩種解決方案：

第一使用鏈?zhǔn)街平q，并調(diào)整溶液以控制反應(yīng)速度。

第二引入多晶添加劑來(lái)改善多晶硅腐蝕后硅片表面形貌，以降低腐蝕量并實(shí)現(xiàn)硅片表面腐蝕結(jié)構(gòu)均勻致密。

原標(biāo)題：金剛石線切割技術(shù)簡(jiǎn)析