随着太阳能电池和大规模集成电路的迅速发展,尤其是集成电路的制作过程中大直径和大直径的单晶硅片的广泛应用,传统的硅片加工方法由于加工效率低、表面完整性差、加工半径小以及成本高等缺点已经不能满足如今的需求。天津优质线切割设备以其加工效率高、切片薄、加工直径大等优点很快脱颖而出,成为了硅片切割市场的主流。由于我国该技术发展滞后,多线切割机床大多依赖于进口,不适应该产业的发展。对于多线切割机床的研制以及该技术的研究,虽然还处于起步阶段,但已经受到广泛重视。基于大尺寸硅片的多线切割原理,分析多线切割技术的材料去除机理;对优质线切割设备的整体刚度进行研究;对游离磨料线锯加工切片的表面粗糙度进行建模和预测,并分析同所有片表面粗糙度的不均匀性。在游离磨料多线切割过程中,研磨液由有机溶液基底和磨粒配比而成,是工件材料去除的直接原因。它对工件表面有两个作用,分别是液体对工件材料表面产生的作用和SiC磨粒对工件材料表面产生的作用。

多线切割是目前先进的切片加工技术,其核心技术长期被瑞士,日本等国垄断。传统的天津优质线切割设备一般采用砂浆切割工艺进行加工,但这种方法生产效率不高、能耗大,同时由于砂浆粘度高导致切屑分离困难,从而造成对环境的污染。为避免这些缺点,近年来出现了另外一种切割工艺----金刚线多线切割工艺。多轴同步控制是多线切割机设备需要攻克的关键问题。传统的多线切割机控制系统一般通过模拟量或者脉冲的方式控制,这种方式接线复杂,灵活性差,容易受到电磁干扰。而基于现场总线的伺服系统能很好地提高设备的灵活性、快速性和精确性。EtherCAT是目前国际上领先的工业实时以太网技术,本文在研究EtherCAT技术的基础上,设计了基于EtherCAT的金刚线多线切割机控制系统,主要开展了以下研究工作:针对本课题研究的优质线切割设备,设计了基于EtherCAT的硬件系统方案,并对其硬件进行了配置。

太阳能硅片多线切割机是太阳能光伏产业链硅片生产流程中的关键设备,硅片加工质量的好坏将直接影响到后续的加工效率和成品率。优质线切割设备以其高精度、高效率、低损耗的特点逐渐取代了传统的外圆和内圆切割成为硅棒切割加工的主要方式。多线切割是通过一根钢丝线的高速往复运动把磨料带入硅棒加工区域进行研磨切割,将待切割硅棒一次性同时切割成数百或数千片薄片的新型方法。太阳能硅片多线切割机的张力控制是关系到加上能否顺利进行和加工质量好坏的关键技术。钢丝线在切割过程中不允许断线,否则昂贵的硅棒将报废；钢丝线在切割过程中的抖动幅度和频度直接决定了硅片加工的质量；线切割设备供应商的工艺要求对于同一硅棒加工的不同阶段所要求的钢丝线张力也不相同。本文针对太阳能硅片多线切割机产品开发中的张力控制关键技术进行了深入全面的研究。

优质线切割设备可有效的提升生产效率、提升产品规格、提升产品良品率。可减少企业人力资源成本、减少材料损耗。可节约企业占地面积。(1)选择电参数不当,电流过大；(2)进给调节不当,忽快忽慢,开路短路频繁；(3)工作液使用不当(如错误使用普通机床乳化液),乳化液太稀,使用时间长,太脏；(4)管道堵塞,工作液流量大减；(5)导电块未能与钼丝接触或已被钼丝拉出凹痕,造成接触不良；(6)切割厚件时,间歇过小或使用不适合切厚件的工作液；(7)脉冲电源削波二极管性能变差,加工中负波较大,使钼丝短时间内损耗加大；(8)钼丝质量差或保管不善,产生氧化,或上丝时用小铁棒等不恰当工具张丝,使丝产生损伤；(9)贮丝筒转速太慢,使钼丝在工作区停留时间过长；(10)切割工件时钼丝直径选择不当。优质线切割设备在操作时要注意以上事项。

分析天津线切割设备放线系统张力锤的速度调节和张力控制的机械结构原理;针对高速运行时数字PID控制系统存在的问题,提出了一种自适应逆随动控制系统结构,该系统以主电机为参考模型,是由一个系统辨识环节和一个自适应控制器环节构成,引入虚拟模型自适应地调整控制器,使放线电机与主电机具有类似的动态特性;样机的实验结果证明了该系统的可行性;对跟随误差进行了全面的分析并提出了提高控制优质线切割设备精度的方法.

天津优质线切割设备已经集成了现代制造技术工艺技术，现代控制技术 现代传感技术和新型材料，例如交流伺服电机及驱动系统 工业控制计算机 运动控制卡及总线系统 主轴油雾润滑冷却及间隙密封单元 恒定张力快速走线系统等 由于以上系统的择优选用，使现代多线切割机适用于大直径 IC 硅片，光伏电池衬底超薄片，砷化镓 磷化铟碳化硅 铌酸锂 钽酸锂 光学玻璃等多种硬脆材料的切片加工。从国产数控多线切割机床与国外产品主要技术指标对比来看，当前优质线切割设备中小型尺寸加工为主，并在该领域各项主要指标达到或超过国际先进水平，应用范围也从单纯的半导体单晶硅加工快速推广至多晶硅、石英晶体、宝石、玻璃及压电陶瓷等其他材料的加工行业。