摘 要

随着化石能源的日益枯竭，太阳能作为一种绿色清洁能源，是解决能源危机的一种途径，越来越受到世界各国的青睐。作为太阳能光伏发电的基础材料硅晶片，传统的游离切割技术和内圆切割技术等生产工艺已经越来越不能满足市场的需求，需要一种新兴的制作工艺的发展来解决这个问题。

多线切割技术脱颖而出，它以高加工精度和高质量以及高生产效率取代了传统的工艺，并且它的切片直径大厚度薄，已经成为各国研究的重点。多线切割技术将高硬度的金刚石颗粒固结在高强度的钢丝上，用电机带动其高速运动作为线锯，与硅棒发生相对运动来切割硅棒。多线切割技术锯丝运动方式有两种：往复式和单向式，目前多采用往复式。通过对往复式固结磨粒金刚石多线切割硅棒的研究，讨论了关于锯丝运动速度、硅棒进给速度和硅棒进给力相对关系，并对于硅棒作为脆性材料的切割机理和切割条件进行了论述，采用有效的实验方法和手段进行了分析，得出了行之有效的加工参数，并通过有限元分析方法验证和优化,从而对于硅晶片的生产效率以及产出的硅片质量有一定的提高，同时可以减少废品率，降低成本。

关键词：多线切割；硅晶片；有限元分析

Abstract

With the increasingly depleted fossil energy, solar energy as a green clean energy, is a way to solve the energy crisis, more and more countries around the world of all ages. As a base material in the field of microelectronics silicon wafer, the traditional free cutting technology and inner cutting technology and other production processes have become increasingly unable to meet the needs of the market, the need for a new production process to solve this problem.Multi-line cutting technology to stand out, it is high processing accuracy and high quality and high production efficiency to replace the traditional process, and its large diameter slices, has become the focus of national research. Multi-line cutting technology will be high hardness of the diamond particles in the high strength of the wire, with the motor to drive its high-speed movement as a wire saw, and silicon rod relative movement to cut silicon rod.There are three kinds of diamond consolidation on the wire saw: First, the electroplating method, the method of electroplating the diamond particles in the steel wire; the second is the binder method, with resin hardening method of diamond particles and steel wire consolidation; Mechanical method, with the mechanical role of diamond particles in the wire.Multi-line cutting technology Saw there are two: reciprocating and one-way, the current use of reciprocating. In this paper, the relative relationship between the speed of sawing yarn, the feed rate of saw rod and the tension of saw blade is discussed. The mechanism of cutting of silicon rod as brittle material is discussed. Cutting conditions were discussed, the use of effective experimental methods and means of analysis, obtained effective processing parameters, and through the finite element analysis method to verify and optimize the silicon wafer for the production efficiency and output of silicon Quality has improved, while reducing scrap rate, reduce costs.

Key Words：multi-line cutting；silicon chips;finite element

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 目的和意义 1

1.3 国内外发展现状 2

1.4 研究内容 3

第二章 金刚石多线切割机的介绍 4

2.1 多线切割机功能介绍 4

2.2 多线切割机结构介绍 4

2.2.1 绕线室 4

2.2.3 加工室 5

2.2.4 切削液系统 5

2.2.5 水冷回路系统 5

第三章 硬脆性材料切割机理 6

3.1 硅晶片材料的基本属性 6

3.2 脆性材料的切割机理 6

3.3 磨屑的形成理论 7

第四章 锯切力模型 9

4.1 金刚石颗粒切割深度 9

4.2金刚石线锯的张力分析 10

4.3 进给力计算 11

4.4 正交试验法 12

4.5本章小结 14

第五章 有限元分析 15

5.1 多线切割机锯切力分析 15

5.2 有限元分析 19

5.2.1 有限元建模与仿真分析 19

5.2.2 仿真结果分析 22

第六章 总结与展望 23

致谢 25

参考文献 25

第一章 绪论

1.1 研究背景

作为21世纪主要的新能源之一，太阳能具有具有其他能源不可比拟的优点，它的源头来自太阳可谓取之不尽用之不竭，安全清洁稳定可靠，并且成本低分布广泛可以转换成多种其他能量，用途十分广泛，并且随着太阳能技术的不断开发，越来越得到长足的发展。据统计，近几年光伏电力的安装量呈井喷式增长，年光伏电力安装量突破，然而年全球光伏电力仍然高速增长，新增的光伏电量居然几乎可以解决万户居民的生活用电要求，这是光伏电力行业一个新的里程碑！一方面，光伏行业的基础材料是半导体，而硅晶体则是半导体材料的最重要的组成部分，半导体材料应用于生活的很多领域。另一方面，硅晶体是其他电子信息行业的重要材料，在国民经济的产业结构中，电子信息产业占很大比重，是其中的重要环节，它涉及计算机、仪器仪表、通信设备、办公自动化设备等等,人们的生产方式和经济结构以及产业结构有重要的影响，技术水平和产业发展规模是衡量一个国家科技进步和发展程度的重要标志之一。因此，对高质量、高精度和高效率的硅片生产提出了很高的要求，广泛受到了国内外研究人员和机构的关注。

1.2 目的和意义