多线切割机砂浆控制系统研究.pdf

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1、多线切割机砂浆控制系统研究Multi-wiresawcuttingslurrycontrolsystemresearch1223党兰焕，贺敬良，王学军，吴序堂1223DANGLan-huan,HEJing-liang,WANGXue-jun,WUXu-tang（1.西南石油大学，成都610500；2.北京信息科技大学机电工程学院，北京100192；3.西安交通大学机械工程学院，西安710049）摘要：多线切割机是近年来发展非常迅速的一种高效率切割设备，在半导体领域应用广泛，它通过驱动多圈绕制的金属钢线高速旋转，带动

2、喷射在金属钢线上的砂浆对硅材料进行磨削切割，在多线切割机对硅片的切割过程中，砂浆必须保持一定的流量和温度，才能对硅料进行持续高效的切割，砂浆流量的变化会影响切割效率和切割质量，切割过程会产生热量，砂浆在循环过程中必须带走产生的热量，否则热量在砂浆中聚积，对硅片切割会产生不利甚至断线。研究了多线切割机砂浆控制系统，对硅片切割中砂浆流量控制方法进行研究，通过实验验证通过该砂浆控制系统能得到的稳定的流量，砂浆流量波动很小，很好地提高了硅片切割质量及切割成片率，工艺线使用效果良好。关键词：多线切割机；砂浆流量；PID控制中

3、图分类号：TN305.5　文献标识码：A　文章编号：1009-0134(2010)06-0068-04Doi:10.3969/j.issn.1009-0134.2010.06.230引言等指标均好于其他方式加工的硅片，而切割晶片[3]的几何参数主要取决于多线切割机的工艺条件，多线切割机是近年来发展非常迅速的一种高因此，多线切割机在半导体及太阳能硅片的切割效率切割设备，在半导体行业得到广泛应用，半领域应用广泛，随着技术的日趋成熟，目前多线导体单晶材料的加工很多采用多线切割机进行切[4][1]切割已成为太阳能硅片切割的

4、主要切割手段。多割，近年来，超薄的太阳能硅片切割也大量采用线切割机切割原理如图1所示。多线切割机，它主要采用多圈绕制的金属钢线对硅棒材料在缓慢下降的过程中，绕制在轴棍被切材料进行批量切割加工，由于金属钢线直径槽中的多圈金属钢线则进行高速单向或往复运很小，普遍在0.08mm-0.16mm之间，当绕制在特动，带动喷射在金属钢线上的砂浆对硅料进行持殊加工的轴辊线槽上后，即可磨削切割厚度200um续磨削，从而将硅棒切割成多个硅片。在硅棒的左右的硅片，最新技术的多线锯甚至能切割厚度切割过程中，砂浆的作用非常重要，砂浆必须要达

5、120um的超薄硅片，由于切割线直径很小，切割[2]有足够的切削能力，并且要保持一定的密度和黏过程中材料的损耗也相应减小,切割效率高，切度，而喷射到切割线上的砂浆还必须要有足够的割的硅片表面粗糙度、TTV值、弯曲度、翘曲度流量，在切割过程中，随着切割线、砂浆和硅料之间持续的相对运动还会产生大量的热，作为切削介质的砂浆必须带走产生的热量，以保持系统正常的工作温度，否则，产生的热量累积会逐步升高，从而使砂浆和硅料的温度都逐步升高，这会对硅片切割质量产生严重影响，容易出现崩[5,6]边，表面损伤，形成缺陷，甚至造成断线。

6、因此，在硅片切割过程中，应根据硅料的切割状态实时监控砂浆的密度、流量、温度等数据，并根图1多线切割机切割原理收稿日期：2009-08-21作者简介：党兰焕（1971－），女，高级工程师，博士生，研究方向为机械设计理论与方法。【68】第32卷第6期2010-6据监测数据实时控制砂浆流量。因此，研究多线统会通过增加砂浆泵转速来提高砂浆流量。通过切割机的砂浆控制系统，获得稳定的砂浆流量对实验发现，此控制方式简单易行，但控制精度较于硅片的切割过程是非常重要的。差，由于砂浆温度并不能迅速增加，控制上有滞1砂浆控制系统构成后，

7、这样往往会使控制目标超差，试验中监测温度数据如图3所示。基于对太阳能硅片TTV值及表面粗糙度的要求，采用多线切割机对硅棒进行切割时要求砂浆流量的波动范围保持在±2L/min，砂浆流量过大，会对切片形成冲击，切割过程中会造成掉片，砂浆流量太小，将造成切削能力不足，切割温度升高，从而影响硅片表面质量，切割时要求砂浆温度波动范围保持在±1℃以内，温度波动过大，极易对切割状态产生影响，甚至造成断线，从而造成切割硅棒报废。根据系统对砂浆温度和图3温度ON-OFF控制图流量的控制要求，砂浆控制单元的设计采用质量流量传感器、砂浆

8、泵、砂浆搅拌泵、砂浆喷射装由试验可知，采用ON-OFF控制方式达不到控置及运动控制器构成，根据砂浆流量的控制要制精度的要求，拟采用PID控制方法，以提高控制求，系统构成如图2所示。精度。根据PID算法的输出量公式如下：式中，U为输出量，P值是比例带(PB)；I值为积分时间(Ti)；D值为微分时间(Td)。比例带PB控制输出量的大小，是控制砂浆流量精度的基础因