[01123406]大尺寸晶体硅料摆辅助多金刚线切片关键技术研究及产业化

晶硅片是光伏电池组件和集成电路（IC）芯片制造的重要衬底材料,正快速向大尺寸（12英寸以上）和薄片化方向发展。目前来看,大尺寸晶体硅的高效精密切片技术被欧美和日本等发达国家长期垄断,严重制约了我国相关产业的整体发展,亟需自主创新研发。 面向上述重大技术需求,项目历经9年攻关,提出了工件变幅摇摆辅助（料摆辅助）多金刚线切片的新技术,发展了料摆辅助多线切片理论,攻克了大尺寸晶体硅高效精密切片的一系列技术难题,实现了兼容大/常规尺寸晶体硅薄片加工的重大突破和技术进步,主要技术创新如下： （1） 发展了料摆辅助多金刚线切片技术及其理论。针对砂浆切片的固有缺陷及常规多金钢线切片的技术瓶颈,首创应用了料摆辅助多线切片的新技术,实现了9~12英寸硅片的高效切片加工;发展了料摆辅助多线切片理论,提出了变进给和变摆速相结合的锯切力和切片质量控制方法,加工效率较现有技术提升70%,刀缝损耗相较国外技术下降25%。项目技术可推广应用于蓝宝石、SiC等硬脆基片的高效切片加工。 （2） 提出了张力/速度同步精密控制方法。针对多线切割过程中的张力漂移和同步运转精度不足等问题,发明了磁流变转矩调节器和线匝管理装置,研发了张力精密控制系统,提出了张力/速度同步精密控制和变速进给系统柔性振动补偿控制方法,突破了多金刚线切片的精密控制技术难题。金刚线收放线速度差减小了30%,断线率较国外先进设备下降了2%;张力稳定性提高25%,调整时间小于2ms;硅片面形精度提高15%,翘曲度小于50μm。 （3） 构建了数据驱动型的材料-结构-工艺一体化预测模型。发明了轴系全转速精密测量装置、金刚线断线检测和寿命预测方法,研发了轴承/主轴系统的温度与应变、电机、泵、水温等关键参数实时监测系统;以表面质量和材料去除率为评价指标,构建了监控数据驱动的材料-结构-工艺一体化预测模型,研发了大尺寸晶体硅高效精密多线切片装备关键参数的监控及其健康预测系统（SCARD系统）,产品良品率提高7%以上。 （4） 首创了大尺寸晶体硅切片装备的“双循环”冷却系统。发明了大尺寸晶体硅切片装备的“双循环”冷却系统,创新设计节能型辅助套筒、柔性体收卷装置和防抱死恒温主轴系统,攻克了硅粉切屑易堵塞循环管道、水耗和线耗大等关键节能环保技术。节省每刀30分钟的换水时间,水和切削液可节约20万元/台·年;实现了新线放线和旧线收线的双层布置,单机耗线量降低30%;采用螺旋槽循环水强制冷却方法,使主轴/轴承系统的运行温度稳定在25°C±2°C,主轴静刚度提高20%,轴承工作寿命延长10%。 围绕上述技术创新,校企联合承担科技项目8项,授权发明专利11项、实用新型专利27项,登记软件著作权3项,制定企业标准1部,发表科研论文10篇;项目引领了国内多线切片技术和装备的发展,成果打破了国际先进装备的技术垄断,连续三年保持国内市场占有率第一。 近两年,项目产品成功应用于协鑫、阿特斯、比亚迪等国内知名企业,实现销售524台（新增销售9.3亿元）;应用企业新增销售75.4亿元,产品性能稳定,深受客户好评,综合成本较传统工艺降低25%左右,有效降低了应用企业的切片加工成本、提高了产品的市场竞争力,对行业发展起到了引领示范作用。