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浅谈硅料清洗


浅谈硅料清洗
张家港市超声电气有限公司 昌盛光伏科技 (中国) 有限 公司 辛铭 在一个行业一个产品某种意义上来说都有其一个特定性。 要解决一个问题, 我们首先要 了解产品的来与去。就太阳能原料而言,我们从以下方面来谈它的来去,就是通常我们说的 输入。
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原生多晶:按常规考虑,原生多晶在生产过程中,生产厂家的成品已经经过清洗处理, 在拉单晶和铸多晶时,直接投入即可。但问题是:1、生产厂家处理了没有?2、生产厂家处 理的结果是什么?3、在物流、储存时有没有出现杂质侵入等原因。通常一般厂家不放心直 接使用,需要把此料进行一次酸洗后才放心。硅料表面和缝隙中压留酸分子,然后再用超声 波通过循环纯水进行漂洗。 还有一个问题, 我们在酸洗和漂洗过程中的硅料不可能悬空在溶 液中, 如果杂质刚好在两个硅料或硅料与洗篮接触点, 那不是还没洗到吗?所以一般要动一 下,可能很少有人知道这动的原因,或根本没有在意。
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头尾料:在生产硅片中要对硅棒或硅锭进行切方处理,剩下的叫头尾、边皮料。因为大 家知道硅料是可以再生利用, 所以切下的头尾料要再利用怎么办?那就是清洗。 我们先分析 头尾料上的杂质:1、切割后金属离子的转移;2、切割液的残留;3、物流留下的污物。这 三个问题怎样处理?切割液的残留和物流留下的污物用超声碱洗解决,金属离子用酸洗解 决。
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碎片料:在我们切片、脱胶、清洗、物流过程中,因为种种原因会产生碎片,碎片的主 要特性是粘合, 主要杂质为切割砂液, 我们可以利用碎片在溶液中的翻转漂浮对其分离清洗, 达到它的清洁度一致性。
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埚底料:埚底料的主要去除对象是石英,在对埚底料进行处理时,应对大块石英进行打磨, 然后在酸液中进行长时间浸泡处理。 综合上述情况:我们注意到了在各种不同类的情况下,要用不同工艺来解决。我们在这 洗料过程中要把握:1、料要动 2、漂要清 3、流程要准确。
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其他料:除以上四种料以外还有废电池片、IC 料及半导体芯片等一些硅料芯片,要对 其除金属、蓝薄、银浆等前期处理。

以下流程仅供参考:

一、硅料的浸泡 随着多晶硅产能逐渐增加, 原料对生产商而言有更多的选择, 同时也会放弃一些利用价 值低的废料。但对处理相对简单,低成本的可再利用料仍可以降低成本,这些主要是坩埚底 料和半导体废片料等。
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我们在对埚底料和半成品半导体硅片进行除石英和金属电路处理上通常采用洗篮和花 篮静止泡洗 12 小时(根据酸的浓度和比例)。这种方法是最简易和节约成本的。问题在于 静止过程中料的表面和酸反应、酸的处理能力需要长时间慢慢释放。在此种情况下,如果加 入循环泵,用于搅拌酸液,缩短浸泡时间更能起到均匀处理的作用。 如果用以上常规方法对小颗粒埚底料、 碎电池片料和有电路半导体料进行浸泡就很难处理或 者会造成更多的浪费。因为在处理杂质过程中,酸在料的中心点的处理能力大大减弱,而在 外围酸的强度没有改变, 同时也损耗硅料。 针对此种情况要采用翻转式浸泡, 利用浮力翻动, 使得料在酸液中能进行均匀浸泡处理。 见图 1-1-1、图 1-2-1
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二、硅料的碱洗 在生产太阳能单晶多晶硅片过程中, 都会产生晶棒的头尾边皮和切割后的残余。 其表面

在加工过程中残留了切割液、金属离子、指纹和附带杂质等。

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1、通常是把部分料在回用过程中需通过碱洗,从产生至清洗回用这个过程中要注意三 个事项:
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A.残余料产生到清洗时间尽量要短; B.硅料尽量浸入溶液,不要裸露在空气中; C.操作过程中应避免指纹留在硅料上。 2、清洗过程:
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超声碱洗→超声漂洗→超声漂洗 3、清洗工艺:(一般情况) 清洗槽 溶液 时间 温度 超声功率

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超声碱洗 碱+ID 20min 60℃~80℃ 20w/升 超声漂洗 ID 20min 常温 20w/升 超声漂洗 ID 20min 常温 20w/升 4、清洗的头尾边料:
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碱洗中主要清洗目的是去掉切割液和附带物等杂质。 切割下来的料放置时间过久会增加 切割液和杂质的附着力,比如用完餐的碟子上的油脂,凝固了以后清洗时间会延长,清洗难 度也增加了。如果时间过长、温度不宜或环境不好还会造成氧化等化学反应,就像日常用的 水龙头,经常擦洗会一直光亮,长时间不擦洗,被氧化成花纹等不良后果,很难恢复到以前 的样子。关于指纹的清洗工艺更难,原因有二:1、每个人分泌的手汗不同;2、每个人手指 接触的地方不同。指纹带来的杂质比较复杂,有酸性、有碱性、有油性,并且这些杂质会在 料表面产生物理和化学反应。我们对清洗没有指纹的硅料,用一种通用工艺就可以处理的。 因此在清洗行业里指纹是最难清洗的一种杂质, 要处理长时间裸放的硅料我们的工艺要增加 浸泡槽,使杂质的附着力柔化。 对有裂纹的硅料和坩底料的碱洗尽量要让纹路裂开, 因为杂质或氧化物在裂纹里很难清 洗干净。 如果没有氧化物在碱洗过程中碱液也会侵入到裂纹里, 从而漂洗工艺里增加了难度。 5、清洗碎片料:
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在切割、脱胶和清洗等过程中产生的碎片,通常是放在单槽或多槽超声波中清洗。此方 面存在的问题在于碎片有两个平面, 它们容易粘合。 在粘合处的杂质、 油污很难被清洗出来。 通过人工来处理一方面劳动强度大,另一方面硅片会更碎,更难处理。我们介绍的方法是把 碎片放入一个特定篮筐内, 让其在溶液中翻转, 利用溶液浮力和篮筐的翻转让硅片在溶液中 漂浮,从而达到分离,完全清洗干净粘合面的杂质和油污。
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要清洗干净一种硅料首先要分析硅料的种类, 继而选择适合的工艺和方法。 没有洗不干 净的料只有不正确的洗料方法。对症下药才能事半功倍。

三、硅料的酸洗 在生产单晶棒和多晶块时,使用的硅料的纯度须达到 99.9999%以上。酸洗的目的主要 是去除金属离子和氧化皮, 原生多晶主要是在炸料时产生, 头尾埚底及碎片主要是在切割时 等情况产生。
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1、酸洗方法:

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A、原生多晶在生产厂家经过清洗处理原则上不需要再进行酸洗,对一些包装损坏或有疑惑 的硅料依据情况选择酸洗方式。 一般采用柠檬酸或氢氟酸处理即可, 若表面有氧化现象的采 用混合酸洗; B、头尾、埚底和碎片料,铸多晶时可以采用单酸洗,拉单晶时必须采用混合酸洗; C、小颗粒和碎片料在酸洗时一定要多翻动,使其充分反应。 2、酸洗工艺:
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A、根据不同硅料的情况配置相应的混合酸比例及选择酸的种类; B、 酸反应→纯水漂洗→纯水冲洗(酸洗到漂洗要注意控制时间避免氧化) 3、酸洗设备:
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现今一般企业都采用二槽式手动酸洗产品:即酸槽、水槽另加冲水槽。此设备适用于普 通大块硅料清洗,对小颗粒和碎片硅料清洗有一定难度。再者对操作人员要求相对较高,酸 雾和酸液对操作人员的危害系数增多。 考虑安全生产和为了保证产品清洁度, 在此设备上做 了三项工艺改进: A、在人员安全方面:采用了传动方式将工件篮放置在升降机构上,自动下降至酸槽,可避 免酸液和酸雾对操作人员造成的伤害。处理时间可以定时,到时自动升起。
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B、在酸雾处理方面:常规办法是顶部吸风,致使酸雾在上升过程中易膨胀,泄漏到车间。 采用槽体侧吸风方法,在酸雾刚产生时就进行吸雾处理,顶部吸风和后吸风加强,空气对流 避免酸雾往前泄漏;
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C、在均匀清洗硅料方面:在升降机构上设计一个翻转动作,硅料一进入槽体即开始翻转动 作,硅料便在酸液中滚动从而达到均匀清洗的目的。在设定的时间内完成清洗,翻转停止,

工件篮升出酸液; D、在纯水漂洗槽内具有同样自动升降和翻转功能,达到无死角漂洗目的。
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四、硅料的超声漂洗:

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1、在硅料酸洗后,虽然经过了漂洗和冲洗,但在硅料的表面或缝隙等仍有可能残留酸。 如果直接干燥,残留酸会对硅料进行氧化,因此还需在酸洗后进行超声漂洗。
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2、现在一般厂家采用酸洗后经过二级超声漂洗后,烘干、包装,还有一种是在超声漂 洗后,再在 ID 水中养一段时间后烘干、包装。实际上这些工序要分清硅料的种类和生产车 间的环境等因素而定。 对一些相对较大的硅料是可以的, 但是硅料不能在酸洗车间停留使其 被酸雾污染。
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3、若想达到更好的达到超声漂洗的目的:(1)、相对大的硅料采用纯水二级反溢流; (2)、小颗粒料和片料采用纯水三级反溢流,硅料最好要翻动;(3)、超声清洗和酸洗需

要隔离;(4)、避免使金属与硅料直接接触产生金属离子转移;(5)、对在同一台设备中 完成酸洗、超声漂洗、干燥的设备,其吸风系统必须选用优良系统。
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