太阳能硅片电火花双线运丝结构设计及切割工艺研究

【摘要】： 近年来太阳能电池对大直径硅片需求的不断增加,传统的外圆和内圆切割不能满足现有硅片大尺寸、小切割缝隙、高材料利用率和生产效率的要求;线锯切割有直接的切削力,切片表面产生切痕,损伤层厚度较大,适合切割的硅片厚度范围小,而且多线锯切割成本高,国内高档多线锯切割机床基本依赖进口。硅片放电切割技术能够直接得到大尺寸、超薄硅片,并且不受硅晶体晶向的影响,设备成本低,切割效率较高,研究和开发硅片电火花多线切割技术是一个很有发展潜力的研究方向。 本文对现有线切割机床走丝结构的进行详细分析,设计一种新型的双线运丝结构,并对其内部结构进行详细设计和分析,并进行相关工艺分析,为将来多片硅片电火花线切割机床的设计制造做基础。 本文利用三维软件对双线放电走丝结构进行各个零部件的详细设计,并对其总体结构进行装配分析,提出双平行放电切割线的原理,并对结构中电极丝张紧力机构进行详细规划,对形成双平行线的导轮双线槽结构进行详细设计,并根据试验确定影响硅片厚度的双线槽的距离。 为了探索双线走丝机构中双平行电极丝在机械运丝过程中对硅片切割的影响,本文对切割区域电极丝进行相关振动理论分析和软件分析,找到抑制电极丝振动的方法,并利用现有条件,进行相关振动分析试验验证。 找到双线硅片切割工艺方法并实现双片硅片切割是双线走丝结构的最终目的。但是,由于太阳能电池用硅在实际放电切割过程中,因为其半导体性质的影响,不能用切割传统金属零件的进电方式和切割工艺来加工硅碇,因此,本论文需要设计一种新的硅放电切割夹具,研究新的硅片进电方式,并对硅片切割进行详细工艺研究,找到影响硅片加工的主要因素以及相关参数,并根据试验研究进行完整硅片加工,进行试验验证,为双线硅片切割工艺做基础。 【关键词】：太阳能硅片 双线运丝结构 电火花线切割 专用夹具 工艺研究
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TG484
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 太阳能电池硅片应用需求背景11-12
• 1.2 硅片传统切割方法概况12-16
• 1.3 硅片电火花高效切割方法概况16-19
• 1.4 电火花线切割加工工艺方法的发展趋势19-21
• 1.5 课题来源及主要研究内容21-22
• 第二章 太阳能硅片电火花双线运丝结构设计22-41
• 2.1 概述22-25
• 2.1.1 电火花线切割现有运丝结构概述22-23
• 2.1.2 运丝结构常用张紧方式概述23-25
• 2.2 双线运丝结构原理设计25-26
• 2.3 双线运丝结构布局设计26-40
• 2.3.1 双线走丝结构的组成26-27
• 2.3.2 双线走丝系统运丝张力结构设计27-29
• 2.3.3 双线走丝系统贮丝筒旋转组合件设计选择29-32
• 2.3.4 双线走丝系统丝架空间结构设计32-36
• 2.3.5 双线导轮运动组合件空间结构设计36-39
• 2.3.6 双线走丝结构进电方式选择设计39-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 太阳能硅片双线运丝结构电极丝振动分析41-52
• 3.1 概述41-47
• 3.1.1 有限元数值模拟技术和有限元方法概述41
• 3.1.2 ANSYS10.0 软件简介及功能41-42
• 3.1.3 电极丝振动状态模拟概述42
• 3.1.4 线切割电极丝的振动分析42
• 3.1.5 线切割电极丝振动理论分析42-43
• 3.1.6 电极丝振动ANSYS 模拟43-47
• 3.1.7 软件分析结论47
• 3.2 基于ANSYS 的电极丝振动现象试验验证47-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第四章 太阳能硅片切割工艺研究52-67
• 4.1 概述52
• 4.2 硅片线切割工艺试验用机床简介52-53
• 4.3 硅片线电火花切割相关夹具设计53-55
• 4.3.1 概述53
• 4.3.2 硅片切割工艺夹具设计53-55
• 4.4 硅片放电工艺研究与分析55-66
• 4.4.1 试验条件55-56
• 4.4.2 太阳能级硅片线切割工艺试验研究56-64
• 4.4.3 完整大尺寸太阳能硅片切割64-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 总结与展望67-69
• 5.1 总结67
• 5.2 展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文74

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