判断在线回收砂浆质量方法的研究_废砂浆在线回收

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判断在线回收砂浆质量方法的研究引言

砂浆是由碳化硅和切割液按照适当的比例调配而成的，其配比决定了砂浆的密度。砂浆的配比，与硅片切割质量有直接关系。如果砂浆中碳化硅的量过多，容易在切割前期型槽碳化硅颗粒的堆积，硅片切割能力较强，因此入刀边缘硅片厚度较薄；随着切割的进行，堆积的碳化硅颗粒会难以进入锯缝，同时其阻力作用会导致线弓增大，而由于出入线口钢线会发生磨损，出线口钢线直径较小，因此切割后的硅片厚度值偏差较大。而如果砂浆中碳化硅的量过少，则会导致切割能力不足，出现切斜或锯痕片。因此，要根据实际情况调整切割液和碳化硅的比例。

砂浆也具有一定的粘度，粘度值主要由切割液的粘度决定。在硅片切割过程中，钢线在导轮槽内缠绕，通过导轮的转动形成互相平行的线网，砂浆通过浆料嘴流到线网上面，由于砂浆具有一定的粘度和悬浮性，砂浆中的碳化硅颗粒附着在钢线上，随着线网的转动不断对硅片进行磨削切割。因此，硅片加工过程中，实际起到切割作用的是碳化硅颗粒。碳化硅和悬浮液的相关参数

判断碳化硅质量的主要参数是：

（1）粒径。当前硅片厚度主流为180μm，硅片较薄，若粒径值过大，则会造成硅片表面划伤，影响硅片外观质量；同时，会加大硅片切割后的残余应力，易造成硅片崩边碎片。若粒径值小，则切割能力较弱。碳化硅的粒径分布越均匀，越集中，碳化硅的切割能力越强，切割质量越好。通常，我们用中粒径D50表征碳化硅粒径分布情况。

（2）圆度。碳化硅的圆度表示的是碳化硅棱角的锋利程度，即砂浆的切割能力。碳化硅棱角越尖锐，碳化硅的切割能力越强，但如果颗粒称长条状则在切割过程中易断裂，不利于切割。随着碳化硅对硅块的磨削碰撞，碳化硅的棱角会逐渐被磨圆，其切割能力也会随着下降。

（3）微粉含量。通常微粉是指粒径小于2μm的颗粒，由于微粉不具备切割能力，若砂浆中微粉含量过高，微粉颗粒会包裹在大的碳化硅颗粒表面，影响切割，因此砂浆中的微粉含量值越低砂浆质量越好。以1200#碳化硅为例，D50值范围为9.5±0.8μm，圆度系数值须小于0.905，微粉含量低于30%.切割液的主要成分是聚乙二醇，性能优良的切割液具有悬浮性、冷却性和易清洗性。由于砂浆中起切割作用的是碳化硅颗粒，为保证其能均匀悬浮在钢线上，必须保证切割液具有良好的悬浮性，使碳化硅较好地分散在钢线表面，同时保证碳化硅不会沉淀到底部。

由于切割过程中，碳化硅和硅块之间摩擦会产生大量热量，若这部分热量不能及时被带走，会造成硅片灼伤；同时温度会影响砂浆的粘度和密度，因此切割液须有良好的热传导性，保证砂浆良好的切割性能。切割完毕后，砂浆回附着在硅片表面，需要将硅片清洗干净，因此切割液须具有易清洗性能，保证硅片的外观质量。

判断切割液质量的主要参数是粘度、密度、水分含量和ph值。粘度是表征切割液性能的重要指标，它直接影响其悬浮性能及流动性，粘度值高，砂浆流动性差，无法将切割过程中产生的热量及时带走；粘度值低，则悬浮性差，碳化硅不能很好地悬浮分布在钢线上。切割液的密度决定了砂浆的切割能力，密度值低，则砂浆切割能力差；但密度值不能过高，否则会影响砂浆的粘度。

由于切割液能够百分之百溶于水，若切割液水含量高，会使得砂浆中的碳化硅颗粒连结在一起，分散性变差，影响切割能力。Ph值则表征了切割液的易清洗性能。对于新切割液，在25℃的温度条件下，粘度值范围为45-60mpas，密度范围为1.12-1.13 g/cm³，水含量为小于0.5%，ph值范围为5-7。需要注意的是，切割液具有很强的吸水性，要保证切割液的储存环境湿度范围低于60%.在线回收

砂浆是硅片切割的主要耗材，砂浆成本在硅片加工成本中占有较大比重。每次切割结束后，虽然碳化硅颗粒由于摩擦作用和破碎原因切割能力降低，且过程中产生较多微粉颗粒，但砂浆中仍然含有较多大颗粒碳化硅依然有较强的切割能力。

为能进一步降低硅片加工成本，对切割后的砂浆进行回收已成为行业的趋势。砂浆的回收方式有两种：在线回收和离线回收，其中，在线回收属于物理回收，离线回收属于化学回收。使用在线回收系统对砂浆进行在线回收的流程是：将切片后的旧砂浆收集到储存罐，经离心机实现固液分离，分离出可再利用的碳化硅，去除不具备切割能力的微粉颗粒和大部分切割液，碳化硅回收比例根据切割质量情况可以调整。分离出的碳化硅成胶块状，加入新的切割液调配至所需比重，即

为重液。调配后的重液加到新砂浆调配罐，按照比例添加一定量的新切割液和新碳化硅粉，经搅拌后达到新切割砂浆的比重要求，输送到砂浆供给罐内备用。

在线回收技术的优点是：使用在线回收设备可以在生产现场直接进行废砂浆回收处理，操作简便，在生产过程不需增加任何化学试剂,这样得到的砂浆能够保证原有的性质，保证砂浆质量，且可多次重复使用,同时免去了物流等中间环节。

由于在线回收过程是物理回收，该过程没有添加任何化学试剂，因此废砂浆中的碳化硅颗粒经过离心机离心后，不能有效将圆度值不同的碳化硅颗粒分离开，亦不能将微粉颗粒有效完全分离出来，且该部分微粉颗粒容易团聚在大颗粒碳化硅表面。砂浆的在线回收过程循环进行，部分碳化硅颗粒多次重复利用，因此做好在线回收砂浆的质量判断工作尤为重要。在线回收砂浆质量判断方法

判断在线回收砂浆的质量标准主要是通过检测砂浆的各项参数进行判断，其的参数主要包括：

（1）粘度。在线成品砂浆的粘度值范围通常为170-200pas（25℃），检测设备为欧美克粒度分析仪或其它有关设备。

（2）密度。在线回收砂浆的密度值为1.630-1.645 g/cm³.密度值高，砂浆的粘度也会相应升高，流动性变差，且不利于后期继续回收；密度值低则切割能力较差。

（3）微粉含量，砂浆的微粉含量值根据回收砂浆的比例不同而有所不同，通常小于6μm的微粉含量不要超过6%.（4）粒径。砂浆中碳化硅的D50值为9.5-10.3μm。

（5）圆度。砂浆中碳化硅的圆度系数范围为0.915-0.925。测量砂浆中碳化硅的微粉含量、圆度及粒径值使用马尔文粒度分析仪，传统的检测方法是将碳化硅溶于纯水中，但是由于切割液具有一定的粘度，检测时会有较多的微粉颗粒附着在大颗粒碳化硅表面，碳化硅颗粒会产生颗粒团聚的现象，粘连在一起，这样就会使得检测结果中粒径值偏大，微分含量比例偏小，而圆度值则没有了参考性，从而无法对砂浆质量作出判断依据。一种新的检测方法是：

（1）使用电子天平称取0.15±0.02g的砂浆放到10mL的量杯中（量杯不宜大）；

（2）使用胶头滴管向量杯中添加4mL酒精，目的是使切割液的分子链断开，避免切割液的粘性作用使颗粒粘连；

（3）再使用胶头滴管向量杯中添加4mL纯水；

（4）然后使用胶头滴管向量杯中滴1mL浓度为0.1%的P40试剂，主要作用是减少碳化硅颗粒的团聚现象，之后将溶液充分搅拌均匀；

（5）将盛有溶液的量杯放入超声波清洗机（25kHZ）内超声30秒钟，然后再次将溶液搅拌均匀（在此过程中不断用胶头滴管吸取溶液防止碳化硅颗粒沉积杯底），即可开始测量。

（6）检测结果以体积计。小结

通过有效控制在线回收砂浆的质量，避免在硅片切割过程中由于砂浆原因导致出现质量异常，如产生切斜、锯痕不合格片及TTV超差片的情况，对于提高硅片合格率有重要意义，同时，可有效降低硅片加工过程中的砂浆成本。