一种硅棒切方方法及方形硅棒与流程

1.本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种硅棒切方方法及方形硅棒。


背景技术：

2.在硅棒切方工序中，通常利用金刚线切割圆柱形硅棒，从而形成方形硅棒。圆形硅棒和方形硅棒，其中心轴线的方向为其长度方形。方形硅棒的头部、中部、尾部沿着其长度方向分布。经过测量发现，往往中部边距大于尾部边距，尾部边距大于头部边距。每根方形硅棒的头部、中部、尾部的边距均不相同。这三个位置的边距极差越大，表示方形硅棒的均一性越差，方形硅棒切片后的硅片尺寸差异越大。边距极差较大的方形硅棒，抛磨加工量也随之增加。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种硅棒切方方法及方形硅棒，以减小切方后方形硅棒的边距极差。
4.第一方面，本发明提供一种硅棒切方方法。该硅棒切方方法包括：
5.提供切割线网；
6.在切割前，在切割线网与圆柱形硅棒端部相互挤压的情况下，利用圆柱形硅棒端部使得切割线网形成线弓；
7.利用形成线弓的切割线网沿着圆柱形硅棒的长度方向对圆柱形硅棒进行切割。
8.采用上述技术方案时，在对圆柱形硅棒切方之前，先在切割线网与圆柱形硅棒端部相互挤压的情况下，利用圆柱形硅棒端部使得切割线网形成线弓。这种情况下，在切割前，切割线网初始切割时就具有线弓，而非直线状态。相对于利用直线状态的切割线网切割圆柱形硅棒的头部，利用形成线弓的切割线网切割圆柱形硅棒的头部，所形成的方形硅棒的头部边距会增大。而边距的极差为边距的最大值(中部边距)与最小值(头部边距)之差，当头部边距增大时，边距的极差较小，方形硅棒的边距均一性较高。
9.与现有技术中，需要大幅降低切割速度来减小边距极差相比，本发明的切方方法无需大幅降速，可以确保切方效率，提高产能。与现有技术中，提高切割线网张力来减小边距极差相比，本发明的切方方法，切割线网张力较小，可以降低断线率，提高生产效率和安全性。
10.另外，当边距的极差较小时，方形硅棒的均匀性较好，可以减小方形硅棒的磨削量，提高圆柱形硅棒的利用率，降低成本。
11.在一些实现方式中，上述切割线网包括先切线网和后切线网，在切割前，先切线网和后切线网均形成有线弓。此时，切割圆柱形硅棒的所有切割线网均形成有线弓，可以确保方形硅棒的两组边距的极差都减小，从而可以确保整个方形硅棒边距的均一性。
12.在一些实现方式中，在切割前，上述先切线网形成的线弓的高度和后切线网形成的线弓的高度相同；线弓的高度方向与圆柱形硅棒的长度方向相同。此时，可以使先切线网
和后切线网的张紧力以及驱动电机受力较为均衡，从而可以减少断线和边距波动的问题。
13.在一些实现方式中，在切割前，上述先切线网形成的线弓的高度和后切线网形成的线弓的高度，均小于或等于先切线网与后切线网之间的距离。由于先切线网和后切线网之间存在距离，当线弓的高度小于或等于该距离时，可以避免先切线网的线弓与后切线网相互切割，从而可以减少断线的问题。
14.在一些实现方式中，在切割前，上述线弓的高度大于0，且小于或等于50mm。在该范围内，可以使线弓的高度较大，进而可以较大程度上增加方形硅棒的头部边距，降低边距极差。
15.在一些实现方式中，提供切割线网之后，在切割线网与圆柱形硅棒端部相互挤压的情况下，利用圆柱形硅棒端部使得切割线网形成线弓之前，硅棒切方方法还包括：驱动切割线网和圆柱形硅棒中的至少一个沿着圆柱形硅棒的长度方向移动，直到切割线网与圆柱形硅棒端部相互挤压。此时，无论切割线网向圆柱形硅棒运动，或圆柱形硅棒向切割线网运动，或两者相向运动，当两者接触时，均可以实现圆柱形硅棒与切割线网的相互挤压。
16.在一些实现方式中，当驱动切割线网和圆柱形硅棒中的一个沿着圆柱形硅棒的长度方向移动时，沿着圆柱形硅棒的长度方向，切割线网或圆柱形硅棒的进给速度大于0且小于等于2000mm/min；当驱动切割线网和圆柱形硅棒均沿着圆柱形硅棒的长度方向移动，沿着圆柱形硅棒的长度方向，切割线网和圆柱形硅棒的进给速度均大于0且小于等于1000mm/min；和/或，当驱动切割线网和圆柱形硅棒中的至少一个沿着圆柱形硅棒的长度方向移动时，切割线网的线速度为0-40m/s。在该进给速度和线速度下，可以避免速度过快导致的切割线网未形成完整的线弓而直接对圆柱形硅棒进行切割的问题，还可以避免线弓的高度过大的问题，进而确保在切割前形成预期的线弓。
17.在一些实现方式中，上述切割的工艺参数包括：切割进给速度大于0且小于等于100mm/min，切割线网的线速度为0-40m/s。
18.在一些实现方式中，上述切割线网在切割圆柱形硅棒的中部的第二进给速度，小于切割线网切割圆柱形硅棒的头部的第一进给速度；第一进给速度大于0且小于等于100mm/min。随着切割线网切割圆柱形硅棒，切割线的线弓会逐渐增大，导致方形硅棒中部的边距增大，极差增大。当切割圆柱形硅棒的中部的第二进给速度较小时，可以减小切割线行进到圆柱形硅棒中部时的线弓，进而减小方形硅棒中部的边距，减小边距极差。
19.在一些实现方式中，上述提供切割线网之后，在切割线网与圆柱形硅棒端部相互挤压的情况下，利用圆柱形硅棒端部使得切割线网形成线弓之前，硅棒切方方法还包括：对准切割线网与圆柱形硅棒。此时，可以使切割线网与圆柱形硅棒的初始切割位置对准，当切割线网与圆柱形硅棒端面相互挤压形成线弓时，该线弓与圆柱形硅棒的初始切割位置相接触，从而可以提高切割效率和精确度。
20.第二方面，本发明提供一种方形硅棒。该方形硅棒采用第一方面或第一方面任一项实现方式所描述的硅棒切方方法获得。
21.第二方面提供的方形硅棒的有益效果，可以参考第一方面或第一方面任一实现方式所描述的硅棒切方方法的有益效果，在此不再赘言。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为现有技术中方形硅棒的边距示意图；
24.图2为本发明实施例提供的硅棒的切方方法的流程示意图；
25.图3为本发明实施例提供的切割线网与圆柱形硅棒对准的状态示意图；
26.图4为本发明实施例提供的切割线网形成线弓的示意图；
27.图5为本发明实施例提供的形成线弓的切割线网与圆柱形硅棒的关系示意图。
28.附图标记：
29.图1～图5中，10-方形硅棒，20-切割线网，30-圆柱形硅棒，40-主辊。
具体实施方式
30.为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
33.本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
34.在太阳能电池用硅片制作工艺中，圆柱形硅棒切方形成方形硅棒主要利用金刚线进行机加工切割。如图1所示，方形硅棒10具有两个端面以及两两相对的四个侧面。相对的两个侧面之间的垂直距离为方形硅棒10的边距。切方后，需要对方形硅棒10的头部a、中部b、尾部c三个部位的边距进行测量，以确保方形硅棒10的均匀性。测量发现，利用金刚线切割所形成的方形硅棒10，往往中部b的边距大于尾部c的边距，尾部c的边距大于头部a的边距。边距极差为中部b的边距与头部a的边距之差。
35.现有技术中，改善边距极差的方式有两种。一种是降低切割速度，但是会导致产能降低，无法满足降低生产成本的目的。另一种是提高金刚线的张力，但是容易出现断线的问
题。
36.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种硅棒的切方方法。如图2所示，该硅棒切方方法包括：
37.步骤s100：提供切割线网。该切割线网包括先切线网和后切线网。先切线网和后切线网可以由一根切割线绕线形成，并构成井字状的切割线网。先切线网和后切线网也可以由多根切割线构成。具体的，先切线网切割圆柱形硅棒后形成方形硅棒上两个相对的侧面。后切线网切割圆柱形硅棒后形成方形硅棒上另外两个相对的侧面。先切线网所形成的两个切割轨迹平行，后切线网所形成的两个切割轨迹平行。先切线网和后切线网之间的夹角根据切方方案设计确定，可以为90
°
，也可以为其他角度。
38.应理解，在提供切割线网的同时，或在提供切割线网之前，或在提供切割线网之后，还应当提供圆柱形硅棒，也就是上料，将待切割的圆柱形硅棒放置在切方机上。这里的圆柱形硅棒，是指横截面为圆形，或者横截面近似圆形，或横截面为椭圆形的硅棒。该工序可以通过机械手，也可以通过传输带，还可以通过升降台等进行圆柱形硅棒的运输。本发明实施例对圆柱形硅棒的上料方式不做具体限定。
39.如图3所示，提供切割线网20和圆柱形硅棒30之后，在步骤s200之前，硅棒切方方法还包括：对准切割线网20与圆柱形硅棒30。对准切割线网20与圆柱形硅棒30包括圆柱形硅棒30对准和切割线网20对准。圆柱形硅棒30对准是指，通过红外或感应装置检测切割台上圆柱形硅棒30的棱线位置，并调整圆柱形硅棒30位置，使其棱线位于预设区域，确保圆柱形硅棒30的切割起始位置与预设位置相同。切割线网对准是指，将切割线网20移动到对刀位置，在实际应用中，不同的切方机，对刀位置不同。具体的，如图3所示，对刀位置o-o
′
可以与圆柱形硅棒30之间存在一定距离。
40.对准切割线网20与圆柱形硅棒30，可以使切割线网20与圆柱形硅棒30的初始切割位置对准，当切割线网20与圆柱形硅棒30端面相互挤压形成线弓时，该线弓与圆柱形硅棒30的初始切割位置相接触，从而可以提高切割效率和精确度。
41.步骤s200：如图4和图5所示，在切割前，在切割线网20与圆柱形硅棒30端部相互挤压的情况下，利用圆柱形硅棒30端部使得切割线网20形成线弓。
42.使切割线网20与圆柱形硅棒30端部相互挤压的方式可以是：驱动切割线网20和圆柱形硅棒30中的至少一个沿着圆柱形硅棒30的长度方向移动，直到切割线网20与圆柱形硅棒30端部相互挤压。在实际应用中，可以是圆柱形硅棒30位置固定，驱动切割线网20向圆柱形硅棒30移动，也可以是切割线网20位置固定，驱动圆柱形硅棒30向切割线网20移动，也可以是驱动切割线网20和圆柱形硅棒30两者相向移动。此时，无论采用何种移动方式，当两者接触时，均可以实现圆柱形硅棒30与切割线网20的相互挤压。切割线网20与圆柱形硅棒30相对移动的距离大于或等于所形成的线弓的高度。例如，线弓的高度为25mm时，切割线网20与圆柱形硅棒30相对移动的距离可以为29mm。
43.当驱动切割线网20和圆柱形硅棒30中的一个沿着圆柱形硅棒30的长度方向移动时，沿着圆柱形硅棒30的长度方向，切割线网或圆柱形硅棒的进给速度大于0且小于等于2000mm/min。该进给速度为移动的切割线网20或圆柱形硅棒30的进给速度。例如，沿着圆柱形硅棒30的长度方向的进给速度可以为2000mm/min、1500mm/min、1300mm/min、1000mm/min、800mm/min、600mm/min、500mm/min等。
44.当驱动切割线网20和圆柱形硅棒30均沿着圆柱形硅棒30的长度方向移动，沿着圆柱形硅棒30的长度方向，切割线网和圆柱形硅棒的进给速度均大于0且小于等于1000mm/min。该进给速度为切割线网20的进给速度或圆柱形硅棒30的进给速度。此时，两者的进给速度之和小于或等于2000mm/min。例如，切割线网20或圆柱形硅棒30的进给速度为1000mm/min、900mm/min、800mm/min、700mm/min、600mm/min、500mm/min、400mm/min等。
45.当驱动切割线网20和圆柱形硅棒30中的至少一个沿着圆柱形硅棒30的长度方向移动时，切割线网20的线速度为0-40m/s。例如，切割线网20的线速度可以为0m/s、2m/s、5m/s、10m/s、15m/s、20m/s、24m/s、30m/s、35m/s、40m/s等。在上述进给速度和线速度下，可以避免速度过快导致的切割线网20未形成完整的线弓而直接对圆柱形硅棒30进行切割的问题，还可以避免线弓的高度过大的问题，进而确保在切割前形成预期的线弓。
46.以切割线网20向圆柱形硅棒30移动为例，鉴于先切线网和后切线网之间存在距离，在切割之前，先切线网和后切线网可以线速度为0，进给速度2000mm/min以下的速度向圆柱形硅棒30移动。随后，切割线网20沿着圆柱形硅棒30的长度方向持续移动，当后切线网将要接触圆柱形硅棒30端部时，先切线网处于切割圆柱形硅棒30的状态，先切线网和后切线网的进给速度和线速度较大。当后切线网到达对刀位置时，可以降低切割线网20的线速度和进给速度，使后切线网的线速度为0，后切线网以较小的进给速度与圆柱形硅棒30相接触并互相挤压，以确保后切线网形成线弓。当后切线网形成线弓后，切割线网20恢复正常的切割参数。上述降速过程时间在5s以内，时间极短，不会对切方过程造成不利影响。
47.在切割前，上述先切线网和后切线网均形成有线弓。此时，切割圆柱形硅棒30的所有切割线网20均形成有线弓，可以确保方形硅棒的两组边距的极差都减小，从而可以确保整个方形硅棒边距的均一性。
48.如图4和图5所示，在切割前，上述先切线网形成的线弓的高度h和后切线网形成的线弓的高度h相同；线弓的高度方向与圆柱形硅棒30的长度方向相同。此时，可以使先切线网和后切线网的张紧力以及驱动电机受力较为均衡，从而可以减少断线和边距波动的问题。
49.在切割前，上述先切线网形成的线弓的高度h和后切线网形成的线弓的高度h，均小于或等于先切线网与后切线网之间的距离。例如，先切线网和后切线网之间的距离为25mm时，先切线网和后切线网的线弓的高度h均小于或等于25mm。由于先切线网和后切线网之间存在距离，当线弓的高度h小于或等于该距离时，可以避免先切线网的线弓与后切线网相互切割，从而可以减少断线的问题。
50.具体的，如图4和图5所示，在切割前，线弓的高度h可以大于0，且小于或等于50mm。例如，线弓的高度h可以为50mm、45mm、40mm、35mm、30mm、28mm、20mm、10mm等。在该范围内，可以使线弓的高度较大，进而可以较大程度上增加方形硅棒的头部边距，降低边距极差。
51.步骤s300：利用形成线弓的切割线网20沿着圆柱形硅棒30的长度方向对圆柱形硅棒30进行切割。
52.切割的工艺参数包括：切割进给速度大于0且小于等于100mm/min，切割线网20的线速度为0-40m/s。例如，切割进给速度可以为100mm/min、90mm/min、80mm/min、70mm/min、60mm/min、50mm/min、40mm/min、30mm/min等。切割线网20的线速度可以为40m/s、35m/s、33m/s、30m/s、28m/s、25m/s、22m/s、20m/s、10m/s等。
53.在实际应用中，切割线网20在切割圆柱形硅棒30的中部的第二进给速度，小于切割线网20切割圆柱形硅棒30的头部的第一进给速度；第一进给速度大于0且小于等于100mm/min。随着切割线网20切割圆柱形硅棒30，切割线的线弓会逐渐增大，导致方形硅棒中部的边距增大，极差增大。当切割圆柱形硅棒30的中部的第二进给速度较小时，可以减小切割线行进到圆柱形硅棒30中部时的线弓，进而减小方形硅棒中部的边距，减小边距极差。
54.对圆柱形硅棒30进行切割，获得方形硅棒后，可以利用运输车或自动化输送带等将方形硅棒运至抛光工序。
55.基于上述硅棒的切方方法可知，在对圆柱形硅棒30切方之前，先在切割线网20与圆柱形硅棒30端部相互挤压的情况下，利用圆柱形硅棒30端部使得切割线网20形成线弓。这种情况下，在切割前，切割线网20初始切割时就具有线弓，而非直线状态。相对于利用直线状态的切割线网20切割圆柱形硅棒30的头部，利用形成线弓的切割线网20切割圆柱形硅棒30的头部，所形成的方形硅棒的头部边距会增大。而边距的极差为边距的最大值(中部边距)与最小值(头部边距)之差，当头部边距增大时，边距的极差较小，方形硅棒的边距均一性较高。
56.与现有技术中，需要大幅降低切割速度来减小边距极差相比，本发明实施例的切方方法无需大幅降速，可以确保切方效率，提高产能。与现有技术中，提高切割线网20张力来减小边距极差相比，本发明实施例的切方方法，切割线网20张力较小，可以降低断线率，提高生产效率和安全性。另外，当边距的极差较小时，方形硅棒的均匀性较好，可以减小方形硅棒的磨削量，提高圆柱形硅棒30的利用率，降低成本。
57.采用本发明实施例的硅棒切方方法，所形成的方形硅棒的边距极差大大减小。例如，对于m2硅片而言，形硅棒的标准边距为156.85mm，对应的切割主辊40中心间距为158.2mm，金刚线线径为0.35mm。按照现有切方工艺加工的方形硅棒的边距为157.7mm，边距极差为0.4mm，即需要磨削抛光工艺加工0.85mm。采用本发明实施例提供的硅棒切方方法，边距极差由之前的0.4mm降低到0.2mm，主辊40间距可以降低至158mm，从而可以减小抛光加工量。
58.本发明实施例还提供一种方形硅棒。该方形硅棒采用上述的硅棒切方方法获得。该方形硅棒的有益效果，可以参考上述硅棒切方方法的有益效果，在此不再赘言。
59.尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
60.尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。