电镀金刚线的技术要素与未来发展趋势

21世纪初，电镀金刚线以其优异的切割效率被应用于晶硅切割。到目前为止，单晶硅棒砂线切割已完全被金刚线切割替代;多晶硅方面，正在向金刚线切割过渡，与单晶硅还存在一定的差异。金刚线切割相比砂线，其耐磨性好，切削时间长，还能有效避免砂线切割带来的环境污染问题。电镀金钢线的制备过程具体包括除油、除锈、预镀、上砂、加厚和后续处理等。本文指出了电镀金刚线的技术要素，给出了金刚线的系列检测方法，列出了美畅新材对金刚线产品性能的基本要求，然后详细介绍了电镀金刚线的四化技术路线，并深入分析了四化技术路线的优点及存在的技术难点，最后指出了未来金刚线产品发展趋势。

1.电镀金刚线的技术要素

电镀金刚线是通过金属电镀方法将金刚石磨料固结在钢丝基体上，制成用于硬脆材料切割的线切割工具。表征电镀金刚线的性能主要有破断力、出刃率、出刃高度、自由圈径、翘头高度等技术要素，详见表1。

2.电镀金刚线的检测方法

目前国内外生产电镀金刚线产品的企业主要有美畅新材、岱勒新材、浙江东尼、瑞翌新材、开封恒锐新、恒星科技、青岛高测、江苏亿荣、贝卡尔特、盛利维尔、旭金刚、中村超硬、Read、DMT等。现电镀金刚线产品还未有相关国家标准可进行参考，各个生产厂家都拥有自成一套的产品检测方法，但检测方法之间存在差异，由此造成金刚线产品标准混乱、性能参差不齐，不利于电镀金刚线行业今后长期发展。综合现有生产技术，结合不同厂家的检测方法，下面给出可供生产厂家参考的检测方法。国内外上规模、产能较大的美畅新材、旭金刚、岱勒新材等公司的金刚线产品性能比较稳定，以美畅新材为例，其对产品性能的基本要求见表2。

(1)外观。金刚线外观目测检验。

(2)线径。取段样线任选3～5处，使用千分尺(分辨率为0.001mm)进行测量，记录所有测量值。

(3)破断力。将500mm样线固定在拉力测试仪上，保证样线拉直且不受力，然后以0.001m/s~0.008m/s速率进行拉伸，直至样线断裂，重复测量3次以上取最小值。

(4)出刃率、出刃高度取300mm样线放置在金刚石形貌检测仪的载线架上，稍用力使样线处于自然张紧状态，任选十处使用形貌仪自带软件测出金刚线的出刃率、出刃高度，记录所得测量值。

(5)自由圈径。截取约500mm样线，提起一端使另一端距离水平面100mm~200mm，让其自由下落，在光滑水平面上自然成圈，然后使用分度值不大于1mm的直尺，测量线圈最小自然圈径。

(6)翘头高度。翘头高度试验过程与自由圈径类同，使用分度值不大于1mm的直尺，测量金刚线两端距离水平面的距离，取最大值。

(7)镀层结合情况。取200mm样线，将样线保持较均匀的拉力进行紧密缠绕大于5圈，芯棒直径为1.00mm。保持10min后，取下金刚线，在显微镜下观察金刚线缠绕部分有是否存在起皮、脱落等异常。

3.电镀金刚线的四化技术路线

光伏行业通过降低硅片非硅成本，追求平价上网，有利于快速推广清洁能源的应用。持续降低硅片非硅成本需要相应的金刚线技术匹配发展，不难发现金刚线今后将会沿着出片更多、切割更快、线耗更省、硅片更薄的方向发展，四化技术路线的实现将会大幅度降低非硅成本。电镀金刚线的四化技术路线：细线化、快切化、省线化、低TTV化。

(1)细线化。电镀金钢线线径不断细化，有利于切割硅缝的减小，减少硅料的损耗，提高硅片的出片率。现市场主导是80、70线两种电镀金刚线，以目前的金刚线技术发展速度，65、60金刚石会在年内推广并大范围应用。

(2)快切化。为大幅提升切片机产能，降低切片厂家设备投资，特别在多晶硅企业转型金刚线切割需要采购新型设备这一时期，金刚线快切化也必然成为趋势。以目前的单刀切割耗时为2～3小时，提升金刚线切割性能，预计到2018年会将单刀切割时间降低到1个小时。

(3)省线化。省线化是指在切割加工过程中，减少电镀金刚线的损耗，从而降低了切割耗材成本。现电镀金刚线的损耗为1.2m/pcs~1.5m/pcs(m/pcs指每张硅片所损耗的金刚线长度)，调整提升金刚线产品性能，最终实现目标0.5m/pcs。

(4)低TTV化。TTV(Total Thickness Variation)是指硅片厚度变化量，是衡量硅片品质的一个很重要的指标，通过改善电镀金刚线性能特征是实现低TTV化的有效途径之一。

电镀金刚线的四化技术路线不仅降低硅片制备成本，还能提升硅片品质。四化技术路线每一种都具有各自的特点，对硅片制备成本降低的方式也不同，但可降低硅片的生产成本。由于各自优化路线不同，对金刚线生产技术提出了很多难题，详见表3。细线化、快切化降低硅片生产成本最为突出，出片率、单机产能提升可直接为企业带来效益。金刚线短期的发展方向会先以细线化、快切化为主，省线化、低TTV化会在此基础上再进行优化。若四化技术路线同时起作用，电镀金刚线对切片制备成本的降低将会有更大的贡献。目前金刚线产业还在不断地快速扩产，待金刚线产业进入成熟后成本会出现一定的降低，这样也会使会生产成本仍有一定的下降空间。

4.结语

(1)光伏行业追求平价上网，其中的关键环节是降低硅片制造成本，金刚线四化技术路线是降低非硅成本的必然发展方向。

(2)电镀金刚石线的性能会根据客户特殊需求进行生产，通过调整金刚线直径、出刃率、出刃高度等，来实现提供具有高品质的量身定制金刚线。

(3)电镀金刚石线为非标准工业化产品，金刚线厂家与切片机制造厂家需保持密切的技术交流，若对切割机台进行改造，则金刚线也需相应调整技术参数，产品间高度配合使用，实现切割效率最大化。