硅材料具备硬度大、化学性质稳定、熔点高的特点，在光伏材料领域应用广泛。多数硅材料是硬脆性材料，加工难度较大，且对加工表面提出了较高的质量要求。硅材料在实际加工过程中，需要经历截断、开方、切片等多道工序，531过后光伏行业颓势不减，行业竞争日益激烈，这样一来新的技术、新的切割模式使得硅片制造向大尺寸、薄片的方向发展。硅片的切割需要满足高效率、低损伤、低污染和低成本的要求，避免在切割过程中因金刚线品质异常产生的降级片。本文介绍电镀金刚线的技术参数，并论述了其品质对硅片切割质量的影响。
一、 电镀金刚线技术概述
1.1电镀金刚线切割简介
电镀金刚线是在金属基线上通过电镀方式在其表面镀上一层金属镍层，然后将金刚石颗粒固结在基线上用于切割硬脆材料的工具。然后通过高速旋转并往复回转的绕丝筒带动电镀金刚线做往复运动，通过自动控制工作台向电镀金刚石线控制台方向不断地进给，或是控制电镀金刚线控制台向工作台方向不断进给，从而使电镀金刚线与硅棒间产生磨削而形成切割。
电镀金刚线切割具备如下优点：（1）高效率，与传统的砂线切割相比，金刚线切割效率更高，切速由0.5mm/min提高至3.0mm/min；（2）细线化：随着金刚线工艺的发展，钢线尺寸由70μm线过渡65μm、60μm、55μm线及现阶段各家研发的50μm、47μm线，降低了硅损耗，提高了出片效率；（3）损伤层小：金刚线线切造成的损伤层远小于传统的砂浆切割，损伤层是砂浆切割的40%-50%，更有利于硅片薄片化发展；（4）污染小：金刚线切割冷却液为水与切割液按比例混合模式，并且冷却液可经循环系统回收使用，大大降低废液处理的难度[1]。因此，电镀金刚线切割能大大降低硅片切割成本，加快行业平价上网的进度，有利于快速推广清洁能源的应用。
1.2电镀金刚线的技术指标
衡量电镀金刚线的主要技术指标包括金刚线的出刃率、出刃高度、堆积直径、磨粒面积、破断力、自由圈径等，这些参数会影响到金刚线的性能，详见表1：
| 技术参数 | 定义 |
| 出刃率 | 钢线每毫米内，钢线表面所有出刃金刚石颗粒数目总和 |
| 出刃高度 | 出刃高度是指线锯产品磨粒出露最高点至线锯丝径表面的距离。 |
| 磨粒堆积直径 | 磨粒堆积直径是指线锯表面两个及以上磨粒团聚在一起所覆盖的等面积圆直径。 |
| 磨粒面积比 | 磨粒面积比是指线锯产品出刃磨粒覆盖的面积与丝径表面的面积比。 |
| 破断力 | 钢线拉伸过程中所能承受的最大拉力 |
表1金刚线性能参数
细线推进下，钢线品质要求愈加严苛，高出刃率下要求更为均匀的颗粒分布，合适的破断拉力避免切割无异常断线，降低硅片生产异常。
二、 电镀金刚线对硅片切割质量的影响
金刚线切割即通过电镀在基线上的金刚石颗粒对硅块进行磨削，这样的切割模式大大加快了切割速度及切割能力[2]。在切割过程中，不仅要对线锯颗粒硬度指标要求，其基线的选择也极为重要，在其应用过程中，频繁的断线及钢线品质异常均与钢线材质有密不可分的关联。
2.1电镀金刚线颗粒团聚对硅片表面质量影响
钢线表面颗粒分布的均匀性对硅片品质影响较大，以55μm金刚线为例，选取同一厂家在电镜下分析为金刚石颗粒分布均匀与金刚石颗粒团聚两种分布状态的金钢线进行切割对比。如图1、图2所示：
图1金刚石颗粒分布均匀 图2 金刚石颗粒团聚
实验过程中采用同一机台、相同切割工艺先后切割，将实验硅片品质检测并对检测结果作出统计，数据结果见表2：
| 钢线类型 | 线痕均值 | 线痕值〉13比例 | TTV均值 | TTV〉25比例 |
| 分布均匀 | 6.72 | 0.52% | 6.35 | 0.65% |
| 颗粒团聚 | 10.31 | 2.16% | 11.27 | 1.21% |
表2金刚石不同分布切割结果
由表2可以看出，两种不同品质金刚线切割硅片相关品质数据对比反映，颗粒团聚金刚线所切单晶硅片线痕均值与TTV均值较分布均匀金刚线所切硅片数据高。
图3硅片粗糙线痕 图4 硅片电镜纹路
我们通过对颗粒团聚金刚线所切硅片在电镜下进行分析，如图3、图4所示，可以看出颗粒团聚造成硅片表面的粗糙线痕，在电镜下观察到明显凹坑，无法流入到电池端正常生产。颗粒团聚直接影响了硅片切割良品率，同时增加切割成本。
2.2颗粒磨损对切割品质影响
随着金刚线技术推进，高线速、高切速下对钢线的品质要求更为苛刻，这样一来钢线需求则需要出刃率在满足分布均匀前提下尽可能做高，考虑到高速切割下金刚石颗粒的磨损程度及降线耗下满足钢线切割力也应适当提升。如下选取低出刃钢线若干卷在1800m/s线速、最高切速2.5mm/min下进行切割，跟进切割状况统计其切割前钢线品质及切割结果，见表3、表4：
| 切割前 | 切割后 | ||||
|
|
| ||||
| 出刃率 | 出刃高度 | 堆积直径 | 出刃率 | 出刃高度 | 堆积直径 |
| 132.5 | 5.3 | 19.3 | 2.3 | 3.1 | 10.2 |
表3金刚石低出刃品质结果
切割结果如下：
| 线弓 | 线损 | 加切率 | 断线率 | 线痕占比 | TTV占比 |
| 12mm | 6-7um | 11.72% | 9.56% | 3.54% | 1.89% |
表4金刚石低出刃切割结果
本次实验选取同批次低出刃钢线10卷进行切割实验，并跟踪切割状况及良品率：切割过程中线网线弓较大（较常规高4mm），实验加切偏高，因线弓较大造成的无异常断线网占比5.62%。旧线线损偏高，经线锯分析仪测试钢线品质，出刃率、高度已不满足切割要求；切割硅片表面粗糙线痕明显，经测试分选，线痕、TTV占比偏高。
通过对电镀金刚线颗粒团聚和金刚石颗粒磨损两方面进行试验验证，最终明确判定出颗粒团聚电镀金刚线因金刚石颗粒堆积，在切割过程中会产生单一凹陷线痕；低出刃率电镀金刚线因其出刃率偏低在高线速、高切速下切割线弓及钢线磨损较大会导致频繁线网断线，由此判定电镀金刚线品质的优劣直接影响到单晶硅片切割质量的好坏。
三、电镀金刚线的未来发展
线切产业的快速发展，需要对一些细分领域进行更为深入的研究：首先要对电镀金刚线使用前后的结构变化进行分析[3]，掌控镀层工艺；其次，要对切割前后的硅片进行研究，分析其表面损伤机理；最后不断提高高性能的电镀金刚线制备技术，才能提升国产电镀金刚线切割硅片的效率与品质。
结语
电镀金刚线在硅片切割中占据着重要地位，国产金刚线制作技术已趋于先进，但仍存在金刚线寿命短、硅片切割把持力低等缺点，后续还需重点对硅片切割生产的技术指标和金刚线的磨损形式进行细致分析，从而不断改善电镀金刚线的应用工艺，提升硅片质量。
参考文献：
[1]王宝玉，宋为，张太超.电镀金刚线技术探讨[J].金属制品，2018,44（3）：10-13.
[2]张景涛.电镀金刚石锯线制造工艺及性能的研究[D].青海科技大学，2013.
[3]杨永红,王宝玉,赵星明.金刚石切割线制造技术研究及发展态势[J].金属制品,2016,42(6):1-6.
