中国太阳能硅片线切割设备国产化的现状和趋势(20200831060022)

硅片切割设备的现状和发展趋势

一、光伏产业链

作为硅片上游生产的关键技术，切割的质量与规模直接影响到整个产业链的后续生产，切割过程中需要用到刃料（创业板新大新材的产品）、研磨液、切割机床设备等。

硅片加工工艺流程一般经过晶体生长、切断、外径滚磨、平边、切片、倒角、研磨、腐蚀、抛光、清洗、包装等阶段。近年来光伏发电和半导体行业的迅速发展对硅片的加工提出了更高的要求（图1.1）: 一方面为了降低制造成本，硅片趋向大直径化。另一方面要求硅片有极高的平面度精度和极小的表面粗糙度。所有这些要求极大的提高了硅片的加工

难度，由于硅材料具有脆、硬等特点，直径增大造成加工中的翘曲变形，加工精度不易保证。厚度增大、芯片厚度减薄造成了材料磨削量大、效率下降等。

图1.1晶片发展趋势

硅片切片作为硅片加工工艺流程的关键工序，其加工效率和加工质量直接关系到整个硅片生产的全局。对于切片工艺技术的原则要求是：①切割精度高、表面平行度高、翘曲度和厚度公差小。②断面完整性好，消除拉丝、刀痕和微裂纹。③提高成品率，缩小刀（钢丝）切缝，降低原材料损耗。④提高切割速度，实现自动化切割。

目前，硅片切片有两种加工方法：1、内圆切割；2、自由磨粒的多丝切割，大连连城的产品属于后者。

内圆切割是传统的加工方法（图 1.2a），材料的利用率仅为40%〜50%左右；同时，由于结构限制，内圆切割无法加工200mn以上的大中直径硅片。

图1.2内圆切割与多丝切割原理示意图

多丝切割技术是近年来崛起的一项新型硅片切割技术，它通过金属丝带动碳化硅研磨料进行研磨加工来切割硅片（图 1.2b ）。和传统的内圆切割相比，多丝切割具有切割效率高、材料损耗小、成本降低（例如日进NWS6X型6”多丝切割加工07年较内圆切割每片省15元）、硅片表面质量高、可切割大尺寸材料、方便后续加工等特点（见表1.1）o

表1.1 :内圆切割与多丝切割的对比

多线切割的基本原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料对硅棒进行摩擦，从而将硅棒等硬脆材料一次同时切割为数千片薄片的一种切割加工方法。多线切割由于其更高效、更小切割损失以及更高精度的优势，对于切割贵重、超硬材料有着巨大的优势。

作为一种先进的切割技术，多丝切割已经逐渐取代传统的内圆切割成为目前硅片切片加工的主要切割方式，目前，瑞士HCT公司，Meyert Burger（梅耶博格）公司，日本Takatori （高鸟）等少数着名制造厂商先后掌握了该项关键技术，并推出了相应的多丝切割机床产品，尤其是大尺寸的切割设备。

在2003年以前，多线切割主要满足于半导体行业的需求，切割技术主要掌握在欧、美、日、台等国家和地区，国内半导体业务以封装业务为主，上游的晶圆切割技术远远落后于发达国家和地区，相关的设备制造研发也难有进展。

2003 年随着太阳能光伏行业的爆发式增长，国内民营企业的硅片切割业务迅速发展起来。大量引进了瑞士和日本产的先进的数控多线切割设备。国内设备制造企业也看到了这个巨大的商机，纷纷投入资金和人力物力进行技术研发。但大多数都是仍以仿制为主。

2009 年开始有一些厂家开始尝试将在其他行业比如蓝宝石切割使用的金钢线切割技术引入到硅片切割领域来。

目前全球的多线切割设备主要为瑞士的HCT Meyer Burger（梅耶博格）和日本的NTC

所统治。瑞士的HCT梅耶博格最早在上世纪80年代就推出了线切割机，主要为半导体行业所用。

HCT简介：

HCT在1983年推出第一台线切割机后14年里才累计卖出了100台设备，在随后的6 年里又累计卖出了150台。太阳能光伏市场在2003年启动以后，HCT针对市场需要在2005 年推出了世

界上最大的太阳能硅片线切割机B5o而HCT在2006年里一年的销售量就突破

了100台。HCT在2007年被美国的应用材料收购。

HCT在2000年进入中国市场，主要的客户来自半导体行业的包括北京有研、济宁港湾、宁波晶元等。HCT在太阳能行业应用的主流机型是B5,双工作台4个导轮满载可以一次切割硅棒长达到2米，非常适合大规模生产。国内主要用户包括LDK保定英利、成都天威新能源、浙江昱辉、江阴海润等公司。

针对市场新的需求和变化，在2009年推出了新机型MaxEdge B6主要特点是将原有的一个线网拆分为 2 个独立控制的线网，这样有助于使用更细的切割线从而提高出片率降低生产成本。但是目前该设备还处于推广阶段，工艺还有待进一步成熟。

梅耶博格简介：

成立于1953年，早期主要生产研发外圆和内圆切割机。在 1 980年启动线切割技术的研究，1991 年正式推出了第一台线切割机DS260。2000年推出了针对太阳能光伏市场需求的双工作台4导轮的DS262机型，该机型理论上切割负载可以达到2米，但实际上根据国内客户的使用情况反馈，DS262并不是一个非常成功的机型，一般切割负载在 1.2米左右

比较合适，切割硅片的合格率相比较低。

根据市场的变化，梅耶博格在2004年推出了小型机DS265该机型只有一个工作台可以同时切割2个300毫米长的硅棒。和NTC MWM442D型非常的类似。该设备在国内使用的客户较少，客户反映设备稳定性不够，维护费用过高。

梅耶博格在2005年推出了最为成功的单工作台的新机型DS264该机型可以切割一根棒长达820 毫米的硅棒，针对多晶硅片市场比例迅速的提高情况下，非常好的满足了市场新的需求。国内主要用户包括浙江昱辉、常州天合、镇江辉煌/环太、LDK江苏林洋、无

锡高佳等。在2009年又针对市场的变化推出了DS264的升级型DS271,切割单根负载可以增加到1020毫米。目前该机型国内主要有镇江辉煌和无锡高佳在使用，切割效果和DS264 差不多。

NTC简介：

1984 年由富山机械和日平工业和并成立NTC。

上世纪90年代推出了针对半导体行业的MW系列线切割机

2008 年被小松收购，改名为Komatsu NTC

NTC最为畅销的机型是MWM442D由于其投资小、维护费用低、适合使用细直径切割钢丝，深受国内很多新进入切片领域小公司的欢迎。在2003年后受光伏行业的飞速发展刺激，NTC 在中国的销售量快速增长，尤其在2008年取得了400多台线切割机的销售量，即使在