一、金剛線行業(yè)市場(chǎng)概況
金剛線是近年投產(chǎn)的新型切割工具, 它是由金剛石顆粒以一定的分布密度均勻地固著在高強(qiáng)度鋼線基體上而形成。以生產(chǎn)工藝劃分,金剛線可以分為電鍍金剛線和樹(shù)脂金剛線。
金剛線主要用于光伏硅材料、藍(lán)寶石等硬脆材料切割,而該等材料的主要傳統(tǒng)切割方式為砂漿切割。因此,金剛線行業(yè)的市場(chǎng)空間主要取決于兩個(gè)因素:一是金剛線對(duì)傳統(tǒng)砂漿切割的替代程度,二是光伏行業(yè)、藍(lán)寶石行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。
(1)金剛線切割對(duì)砂漿切割的替代情況
硅的莫氏硬度為 6.5,藍(lán)寶石莫氏硬度為 9,因此,對(duì)硅、藍(lán)寶石等材料的物理加工工具的硬度有較高要求。硅材料、藍(lán)寶石的傳統(tǒng)切割工藝主要為砂漿切割,該工藝是以鋼線為基體,莫氏硬度為 9.5 的碳化硅(SiC)作為切割刃料,鋼線在高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)切割液和碳化硅混合的砂漿進(jìn)行摩擦, 利用碳化硅的研磨作用達(dá)到切割效果。金剛線切割技術(shù)是將莫氏硬度為 10 的金剛石顆粒以電鍍金屬沉積或者樹(shù)脂結(jié)合的方法固著于鋼線基體上, 鋼線的高速運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)金剛石以同樣的速度運(yùn)動(dòng),直接產(chǎn)生切割能力。
砂漿切割是游離磨料切割,其磨料(切割液和碳化硅混合形成的砂漿)隨著高速運(yùn)動(dòng)的切割線而“滾動(dòng)-嵌入”切割線和硅材料之間達(dá)到切割效果。金剛線切割是固定磨料切割,是將磨料(金剛石顆粒)直接固著于切割線,并隨著高速運(yùn)動(dòng)的切割線直接劃過(guò)硅材料以達(dá)到切割效果。兩種切割技術(shù)對(duì)比如下圖所示:
相較于傳統(tǒng)切割工藝,金剛線切割技術(shù)具有以下方面的優(yōu)勢(shì):
①切割效率高。切割效率高主要來(lái)源于其技術(shù)特點(diǎn):第一,金剛線采用固定方式結(jié)合金剛石,相比砂漿線處于游離狀態(tài)的磨料,不僅參與磨削切割的金剛石更多(漏損少),而且減少了磨料之間的相互磨損。第二,金剛石硬度高,耐磨損能力強(qiáng),從而切削和使用壽命更長(zhǎng)。第三,金剛線固著的金剛石的運(yùn)行速度與切割線一致,而游離狀態(tài)的砂漿運(yùn)行速度低于切割線。
②材料損耗少、出片率高。切割線線徑越大造成切割時(shí)刀縫越大從而導(dǎo)致材料損耗越多,而切割線的線徑是裸線徑與磨料/刃料直徑之和。金剛線因切割能力強(qiáng),其鍍層比切割液與碳化硅混合形成的砂漿要小薄,從而造成的刀縫損耗較小。另外,金剛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。更細(xì)的線徑、更薄的切片有利于降低材料損耗,提高硅片的出片率。2015年的硅片厚度多為 180μm,砂漿切割的刀縫損耗大約為 150μm,金剛線切割的刀縫損耗約為 125μm,因此,金剛線切割能較大幅度提高出片率。
③環(huán)境污染較小。砂漿切割會(huì)產(chǎn)生大量晶硅切割廢砂漿,廢砂漿含碳化硅、聚乙二醇、硅粉和金屬粉末成分,環(huán)境威脅較大,其中部分粒徑小于 0.15μm的硅粉與水或潮濕空氣接觸時(shí)會(huì)快速反應(yīng)并釋放出易燃?xì)怏wH2(氫氣)和熱量,如不進(jìn)行妥善利用、處置會(huì)造成嚴(yán)重污染。金剛線使用水基磨削液(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。
④產(chǎn)品質(zhì)量提升。金剛線切割減少了加工損傷層(deteriorated layer),而且精度保持穩(wěn)定,產(chǎn)生 TTV?。偤穸茸兓?硅片表面特定測(cè)量點(diǎn)的最大值和最小值之差)。
⑤運(yùn)營(yíng)成本下降。金剛線切割的設(shè)備占用資本、空間占用、人力和電力占用均有下降,整個(gè)生產(chǎn)流程更加簡(jiǎn)化,從而降低運(yùn)營(yíng)成本。