硅片降本方案依据课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011-11-8,工艺技术部,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2011-11-8,工艺技术部,#,报告人：切片技术科,日期：,2011.10.31,硅片降本方案依据,报告人：切片技术科硅片降本方案依据,报告内容,一、切片理论,二、切片机台,三、成本构成,四、优化方向,五、结论,技术工艺部,2,报告内容一、切片理论技术工艺部2,技术工艺部,一、压痕效应,（,a,）垂直压痕,硬度较高的物质在外力作用下，压入硬度较低的物质时使被压物质产生裂纹，从而实现材料的破损及断裂。,硅材料属于脆性材料，加工方式同上。,3,技术工艺部一、压痕效应（a）垂直压痕硬度较高的物质在外力作用,技术工艺部,1.1,硅材料加工,碳化硅维氏显微硬度为,2840,3320kg/mm2,。莫氏硬度仅次于金刚石，在,9.2-9.8,之间（硅的莫氏硬度为,6.5,）。,磨料中碳化硅莫氏硬度高于刚玉而仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼。,4,碳化硅：密度,3.18,克,/cm3,，比重为,3.20,3.25,，其碳化硅磨料的 自然堆积密度在,1.2-1.6g/mm,之间,。,硅：密度,2.32-2.34,克,/,cm3,，熔点,1410,，沸点,2355,，具有金刚石的晶体结构。,技术工艺部1.1 硅材料加工 碳化硅维氏显微硬度为28,1.2,切割方式,固态磨料：碳化硅电镀电镀到钢线上,游离砂浆：碳化硅通过悬浮液附着在钢线上。,内圆切割与多线切割,5,1.2 切割方式固态磨料：碳化硅电镀电镀到钢线上游离砂浆：碳,1.2.1,加工方式,技术工艺部,从机理上来说，在自由磨料切削加工过程中，按磨粒与切割液薄膜的相对厚度的大小，有三种方式：,1.,滚动,嵌入,(Rollingindenting),2.,滚动,刮擦,(Rollingscratc-hing),3.,刮擦,(Scrathing),1,2,3,6,1.2.1加工方式技术工艺部从机理上来说，在自由磨料切削加工,碳化硅质量,质量：,1,、高纯度、大结晶碳化硅原材料，保证了碳化硅切割微粉优良切割性能和稳定物理状态。,2,、粒度形状为等积而具刃锋，保证了碳化硅微粉作为切割刃料均衡自锐性，从而保证被切割材料,TTV,最小化。,3,、粒度分布集中并且均匀。,4,、有高热震稳定性和荷重软化温度，这确保了在荷重切割时小线膨胀系数，从而保证切割稳定；,5,、表面经过特殊处理，微粉具备大比表面积和清洁外表，与聚乙二醇等切削液有很好适配性。,技术工艺部,7,碳化硅质量 质量：技术工艺部7,技术工艺部,1.2.2,多线切割,滚珠现象,8,非常重要：,硅粉包裹在碳化硅外层，导致碳化硅锋利度变差，切割过程容易产生线痕等不良。,技术工艺部1.2.2 多线切割滚珠现象8非常重要：,1.2.3,单个磨料加工效率,技术工艺部,9,单个磨粒材料去除率分析，传递给单个磨粒的能量可由下式给出,:,Bhagavant,和,sun,指出切割效率与线速度,U,以及砂浆粘度,成正比，实际而言，线速度提高后切割温度会升高，砂浆的粘度会相应下降。线速度增加，入口处冲击压强增加，油膜厚度,h,增加。总趋势为流体动压力,p,增加。,粒度号,最大粒,(ds-0,值,),累积高度,3%,点的粒径,(ds-3,值,),累积高度,50%,点的粒径,(ds-50,值,),累积高度,94%,点的粒径,(ds-94,值,),#1000,32,27,11.5,1.0,7.0,#1200,27,23,9.5,0.8,5.5,#1500,23,20,8.0,0.6,4.5,1.2.3单个磨料加工效率技术工艺部9单个磨粒材料去除率分析,1.2.4,磨料对损伤层的影响,技术工艺部,在进给速度,194mm/s,和线速度,10m/s,一定的条件下，磨粒大小和损伤层深度的关系：,磨料,(,个,/,mm,2,）,损伤层,（,um）,67,35.67,79,29.92,93,23.67,110,15.16,10,1.2.4磨料对损伤层的影响技术工艺部 在进给速,1.3,切割模型,技术工艺部,进给速度：,V,T,线速度：,V,f,线弓：,B,锯切力：,F,v,钢线张力：,T,11,在自由磨料线锯切片过程中，流体动压力使磨料压紧硅晶体，增加了材料去除速率。,1.3切割模型技术工艺部进给速度：VT11在自由磨料线锯切,1.3.1,钢线张力影响,技术工艺部,12,钢线直径（,um,）,破断拉力,N,T,张力设定,N,110,353,19,120,455,20,125,525,22,130,585,25,140,655,28,160,725,35,1.3.1钢线张力影响技术工艺部12钢线直径（um）破断拉力,1.3.2,线径影响,工艺技术部,13,硅片厚度,180,微米,棒长,mm,线径,m,碳化硅,D50,槽距,mm,切口损耗因子,损耗量,m,负载,进给速度,m/min,1720,160,9.5,373,3.5,193,4984541,1720,140,9.5,353,3.5,173,4721680,1720,130,9.5,343,3.5,163,4578763,1720,120,9.5,333,3.5,153,4427268,1720,110,9.5,323,3.5,143,4266400,相对而言：钢线直径越粗，负载越大；载砂能力更强，切割速率越快。,1.3.2线径影响工艺技术部13硅片厚度180微米棒长mm线,1.3.2,线速度与砂浆流量,技术工艺部,14,线速度与砂浆携带量的关系：,1.,可以降低砂浆冷却温度提高粘度，增加钢线载砂量。,2.,线速度达到,13m/s,以上时，载砂能力基本饱和。,1.3.2线速度与砂浆流量技术工艺部14线速度与砂浆携带量的,1.3.3,负载影响,技术工艺部,15,0.14mm,钢线表面磨损,0.12mm,钢线表面磨损,随负载长度增加（单块切割高度增高或槽距变小）：,1.,走线速度不变情况下，钢线磨损量增加（,12-15,微米）；,2.,表面磨损，光洁度变差，载砂能力变差；,切割外侧硅片容易导致薄厚（切斜）、线痕等,1.3.3负载影响技术工艺部150.14mm钢线表面磨损0.,1.3.4,进给速度与负载,技术工艺部,16,序列,切割液,有效长度,硅块个数,切割长度,进给速度,砂浆用量,L,硅粉密度,1,奥克,205,215,8,1720,300,460,6%,2,奥克,205,215,6,1290,340,370,6%,3,奥克,205,215,4,860,380,280,6%,1.3.4进给速度与负载技术工艺部16序列切割液有效长度硅块,二、线锯构造,技术工艺部,17,切片机主要部分为：钢线管理系统、导轮驱动系统、工作台切割进给系统、砂浆循环系统、冷却系统、电器柜。,按照导轮个数区分线锯：有,2,个导轮、,3,个导轮、,4,个导轮的切片机。,二、线锯构造技术工艺部17切片机主要部分为：钢线管理系统、导,机台及性能,技术工艺部,18,Meyer Burger DS264,PV800,NTC442,Meyer Burger DS271,机台及性能技术工艺部18Meyer Burger DS26,2.2,不同机台的差异,-,进给速度,技术工艺部,19,HCT,的,B5,、,B6,及东京制钢的,W350,为双排晶棒设计。,NTC,的,PV800,及,MB,的,271,为单排晶棒设计，轮间距较窄。,型号,主辊间距,单位,PV-800,580,mm,B5,660,mm,B6,700,mm,2.2不同机台的差异-进给速度技术工艺部19HCT的B5、B,技术工艺部,20,2.3,不用机台的差异,-,钢线消耗,PV800,收放线,B5,收放线,B6,收放线,主辊驱动方式,机型不同：决定了切割的走线方式单向或双向。,主辊驱动方式：影响走线速度及钢线磨损量。,目前,B5,在这两项上均不具备优势。,技术工艺部202.3不用机台的差异-钢线消耗PV800收放线,21,技术工艺部,2.4,硅片,切割品质的控制因子,1.,切割线,A.,线,径,B,.,强度,C.,材质,2.,主导轮间距,A,.,槽间距,B.,角度,，深度,C.,材质,3,.,砂浆,:,A.,温度,B,.,粒型,C.,黏度,D.,密度,4.,切割机控制,:,A.,钢线,张力,B.,流量,C.,速度,a.,钢线进给,b.,切割速度,硅片切割是典型的三体问题：,硅块,+,钢线,+,砂浆,21技术工艺部2.4硅片切割品质的控制因子1.切割线2.主导,2.5,优化方向,技术工艺部,22,涉及到的影响因素如左图所示；,此外右图提供了优化的工艺空间，可以根据产量或者成本进行调整。,砂浆流量及温度、线速度及回线率、切割进给速度,2.5优化方向技术工艺部22涉及到的影响因素如左图所示；砂浆,2.3,可调参数,技术工艺部,23,技术研发部,保存,马达转速,砂浆流量,砂浆温度,单向走线或双向走线,另存,钢线速度曲线,张力设定及曲线,工作台,进给,速度和曲线,回线率,2.3可调参数技术工艺部23技术研发部保存马达转速砂浆流量砂,技术工艺部,24,三、成本构成,有硅成本中，硅材料及加工所占比重最高。,非硅成本中线砂液耗材所占成本最高。,技术工艺部24三、成本构成有硅成本中，硅材料及加工所占比重最,3.1,硅材料加工成本,25,技术工艺部,(,钢丝,+SiC,粉,+,切削液,),硅材料影响因素为：出片数及合格率。优化方向窄槽距、细钢线。,“每次切割的硅成本”是指每次切割时装载到线锯上的硅锭成本。,每次切割的硅原料成本,硅锭转换成本,每次切割的硅成本,每次切割的硅锭重量 每公斤硅原料的价格,包括晶体生长、切方、去头尾、研磨和倒角等工艺步骤,3.1 硅材料加工成本25技术工艺部(钢丝+SiC粉+切削液,3.2,非硅成本,“每次切割的耗材成本”指每次切割中使用的切割线、砂浆以及所有其它耗材成本，包括胶、树脂条、滑轮、导轮涂层以及开槽等。这一项很大程度上由砂浆和切割线所决定：,技术工艺部,26,每次切割的耗材成本,砂浆,碳化硅,切割液,其他耗材,胶、树脂条,滑轮、导轮以及开槽等,切割线,3.2非硅成本“每次切割的耗材成本”指每次切割中使用的切割线,技术工艺部,3.3,折旧费用,主要项目包括：每年设备折旧、设施（电、水、气等消耗）以及工厂场地相关成本。,单位时间产量越高，折旧费用相对越低，,取决于硅锭质量及硅块合格高度,所需求的硅片厚度及使用的钢线类型影响线锯加工周期,27,t,切割周期主要依赖于负载长度。,技术工艺部3.3折旧费用主要项目包括：每年设备折旧、设施（电,技术工艺部,28,四、调整方向,砂浆,随,t,的增加而降低,随,t,的减少而增加,钢线,随,t,的增加而降低,随,t,的降低而增加,折旧费用,随,t,的增加而升高,随,t,的减少而降低,切割周期（,t,）,?,砂浆占有非硅加工成本的主要部分：在确保硅片品质稳定前提下进行调整。,技术工艺部28四、调整方向砂浆随t的增加而降低随t的减少而增,4.1,切割损耗及回收工艺,技术工艺部,29,碳化硅微粉中粒径小于,5,微米的部分切割对切割没有贡献。,碳化硅微粉中扁平状及针状颗粒容易破碎。,碳化硅中等积体微粉是切割的中坚力量。,碳化硅的回收率取决于碳化硅质量、切割负载长度及回收工艺。,使用优质碳化硅，在当前负载情况下，回收率应当高于,75%,。,使用先进回收工艺，可以将回收率提高到,80%,以上。,4.1切割损耗及回收工艺技术工艺部29碳化硅微粉中粒径小于5,4.2,实验依据,技术工艺部,相同线速情况下：进给越快，表面损伤层越大。,相同进给情况下：线速度越快，损伤层越小。,单晶硅加工所需样品的制备在,WXD170,型往复式金刚石线切割机上完成。,30,4.2实验依据技术工艺部相同线速情况下：进给越快，表面损伤层,技术工艺部,31,4.3,方案,1.,降低切割进给速度，增