一种太阳能硅片切割用垫板及其制造方法
阅读说明：本技术 一种太阳能硅片切割用垫板及其制造方法 (Backing plate for cutting solar silicon wafer and manufacturing method thereof ) 是由 陈兴华 奚西峰 田涛 杨希 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种太阳能硅片切割用垫板及其制造方法,原材料包括以下质量份数的成份：基体树脂单体：100份；偶联剂 0-50份；硅粉 50-150份；复合引发剂 0.1-5份；交联剂 0-30份；表面活性剂 0-2份；所述原材料依次经过聚合工艺、模压工艺和精磨加工。本发明具有提高垫板的平整度,耐热温度、热导性等,降低垫板的内应力变形及断裂伸长率,加大金刚线切削垫板产生的粉末能顺利带出,提高切割效率的优点。(The invention relates to a backing plate for cutting a solar silicon wafer and a manufacturing method thereof, wherein the backing plate comprises the following raw materials in parts by mass: matrix resin monomer: 100 parts of (A); 0-50 parts of a coupling agent; 50-150 parts of silicon powder; 0.1-5 parts of composite initiator; 0-30 parts of a crosslinking agent; 0-2 parts of a surfactant; the raw materials are sequentially subjected to polymerization process, mould pressing process and fine grinding processing. The invention has the advantages of improving the flatness, heat-resisting temperature, heat conductivity and the like of the base plate, reducing the internal stress deformation and the elongation at break of the base plate, increasing the smooth taking-out of the powder generated by cutting the base plate by the diamond wire and improving the cutting efficiency.)
技术领域
本发明涉及太阳能硅片加工领域，具体涉及一种用于太阳能硅片切割的垫板的制造方法。
背景技术
目前硅片切割生产过程中所用的垫板均为热塑性或热固性高分子材料经注塑、模压或挤出成型方式加工成型，后经砂带打磨平整及表面拉毛处理而成一定规格的平板产品，此类垫板平整度只能在毫米级。粘接时用胶量大，胶层厚度不均。
使用中先把垫板用胶粘接在硅碇上，再在垫板上面涂胶粘接于切割设备的机座上，悬挂于切割用金刚线网上面。金刚线以每秒几十米的速度作水平往复运动，硅碇以一定速度向下移动实现切片工作。切割产生的硅粉由于严重污染无太多的利用价值。
随着行业的不断发展，减小硅片厚度，缩小金刚线的线径提高硅碇的利用率。减小金刚线的消耗，缩短切割时间，提高生产效率。减小硅片的晶裂、亮边划痕等提高硅片质量是行业的永恒追求方向，而该垫板的质量和价格又严重影响行业的发展。提高垫板的平整度，耐热温度、热导性等，降低垫板的内应力变形及断裂伸长率，加大金刚线切削垫板产生的粉末能顺利带出，就可提高金刚线的切割效率和切割质量。
发明内容
本发明的目的是克服现有缺陷，提供一种提高垫板的平整度，耐热温度、热导性，降低垫板的内应力变形及断裂伸长率，加大金刚线切削垫板产生的粉末能顺利带出，提高金刚线的切割效率及切割质量，提高废弃硅粉再利用的一种用于太阳能硅片切割用的垫板。
硅片切割机械如图1所示，使用中先把垫板2用一种胶粘接在硅碇3上，再在垫板2上面涂另一种胶粘接于切割设备的机座1上，悬挂于切割用金刚线网4上面。金刚线在两大主辊5的转动下以每秒几十米的速度作水平往复运动，硅碇3以一定速度向下移动实现切片工作。
切割到垫板2内5mm深度左右实现彻底切透硅碇3的目的。金刚线所切缝宽在60微米左右，硅片厚度在100微米，通常切割一个硅碇3就要产生30%～40%的废硅粉，此硅粉的粒径在50～500纳米不等，由于严重污染无太多的利用价值。
本发明采用的技术方案为：
一种用于太阳能硅片切割的垫板材料，原材料包括以下质量份数的成份：
基体树脂单体：100份；
偶联剂 0-50份；
硅粉 50-150份；
复合引发剂 0.1-5份；
交联剂 0-30份；
表面活性剂 0-2份；
所述基体树脂单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙酸丁脂、丙烯腈、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、烯丙基缩水甘油醚中的一种或几种；
偶联剂为马来酸酐、丙烯酸、马来酸、 马来酸酐苯乙烯共聚物中的一种或几种；
复合引发剂：过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈、过氧化环已酮、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、咪唑中的一种或几种；
交联剂为乙烯基缩水甘油醚和/或甲基丙烯酸缩水甘油酯 ;
表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯磺酸或OP-10中的一种或几种;
所述原材料依次经过聚合工艺、模压工艺和精磨加工；
聚合工艺包括以下步骤：
①按配方将60%～80%的基体树脂单体、40%～70%的复合引发剂、50%～100%交联剂及全部量的表面活性剂物料投入反应釜中，装上冷却回流装置，密封反应釜，开启搅拌及加热器，控制温度在70℃～100℃；
②1～2小时后采取釜内预聚体测试其粘度，用涂4#杯在25℃恒温下测试值达到60～150秒即可冷却到室温下添加偶联剂、剩余20%-40%基体树脂单体和30%-60%复合引发剂混合液搅拌均匀即可出料备用；
③将硅粉投入到高混机中，开启低速搅拌5～10分钟内匀速加入上述液体物料，把高混机调为高速搅拌开启冷却水；物料温度控制在40℃以下，10～30分钟后出料；
④用筛网过筛后用塑料袋密封包装于纸桶中避免挤压堆放；
模压工艺：
①模压模具开启加热装置，恒温在50～150℃，在模具内腔均匀涂上脱模剂；
② 添加粉体装满整个型腔，水平刮去溢出模具型腔上端多余粉体；
③ 启动模压机，使其上下模合模，当模压机压力达到2～5MPa时停留1～3分钟使物料均匀受热熟化，后将压力升到15～45MPa停留，当模温达到160～220℃时，再次将压力提升到50～70MPa恒压2～5分钟；
④下调模温设置参数到150℃以下，约3～5分钟后恒温于设置温度，打开模具取出制品，清理模具进行下一次模压填料；
精磨加工：
①用机械磨床精磨上下两个大面，使其平整度达到0.05mm；
②清理边缘毛刺，用邵氏D硬度计测试其硬度达到HD96-HD98，外观无凹陷及针孔后喷码包装。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1、热膨胀系数小于，-40-150℃间小于1.7×10-5/℃，与钢材、硅碇在同一水平，实现了垫板在储存运输过程中由于温度的变化而引起的形变小。同时在切割过程中也避免了钢材和硅碇的热膨胀性不一致带来的硅片损坏及出现的亮边。
2、表面邵氏硬度高达HD96—HD98远高于高分子材料板，切割时不会产生较大的切削颗粒，影响切割效率进而影响硅片质量。
3、断裂伸长率小于1%，材料切割时显现是脆性断裂切割，不会出现拉丝状况。金刚线阻力小，线网受力均匀不易破坏。
4、维卡耐热测试中在220℃无变形，完全可抵御切割和磨床磨削时产生的高温不利影响。
5、导热系数大，达到0.15w/m.k比高分子材料大数十倍。从而实现了在加工应用中产生的热量能快速导出。
6、板材残留内应力小，板子在机械加工和切割使用后无应力释放，保证了切割完成后的硅片排列不变，有利于金刚线的平行退出，减小硅片划痕。
7、板材弯曲模量高、抗弯强度大。
附图说明
图1是目前太阳能硅片切割设备示意图。
附图标记：1-设备机座；2-垫板；3-硅锭；4-金刚线网；5-主辊。
具体实施方式
实施例一：
垫板材料采用以下质量份进行配制：（每份100克）
基体树脂单体:苯乙烯 100；
偶联剂：马来酸酐 25；
硅粉： 150；
交联剂：乙烯基缩水甘油醚 20
复合引发剂：过氧化二苯甲酰 3；
表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠 2。
原材料依次经过聚合工艺、模压工艺和精磨加工；
聚合工艺：
①准确称量各物质后，先把80份苯乙烯，2.1份过氧化二苯甲酰，20份乙烯基缩水甘油醚及2份十二烷基硫酸钠投入反应釜中，装上冷却回流装置，密封反应釜。开启搅拌器及加热器，控制温度在95℃。
②一小时后采取釜内预聚体测试其粘度，用涂4#杯在25℃定温下测试值达到80秒即可冷却到室温下添加马来酸酐25份与20份苯乙烯、0.9份过氧化二苯甲酰混合液搅拌均匀即可出料备用。
③将150份硅粉投入到高混机中，开启低速搅拌10分钟内匀速加入上述液体物料，把高混机调为高速搅拌开启冷却水。物料温度控制在40℃以下，10分钟后出料。
③用40目的筛网过筛后用塑料袋密封包装于纸桶中避免挤压堆放。
模压工艺：
①模压模具开启加热装置，恒温在150℃，在模具内腔均匀涂上脱模剂。
②添加粉体装满整个型腔，水平刮去溢出模具型腔上端多余粉体。
③启动模压机，使其上下模合模。当模压机压力达到5MPa时停留一分钟使物料均匀受热，后将压力升到40MPa停留，当模温达到200℃时，再次将压力提升到60MPa恒压2分钟。
④下调模温设置参数到150℃，约3分钟后恒温于150℃，打开模具取出制品，清理模具进行下一次模压填料。
精磨加工：
①机械磨床精磨上下两个大面，使其平整度达到0.05mm。
②清理边缘毛刺，用邵氏D硬度计测试其硬度达到HD96-HD98，外观无凹陷及针孔后喷码包装。
实施例二：
原材料包括以下质量份数的成份：（每份500克）
基体树脂单体：苯乙烯 50；
甲基丙烯酸甲酯 50；
偶联剂：丙烯酸 10；
交联剂：甲基丙烯酸缩水甘油酯 5
硅粉 120；
复合引发剂：偶氮二异丁腈 0.12；
复合引发剂：过氧化二苯甲酰 0.12；
表面活性剂：十二烷基苯磺酸 1。
原材料依次经过聚合工艺、模压工艺和精磨加工；
聚合工艺包括以下步骤：
①将30份苯乙烯、30份甲基丙烯酸甲酯投入反应釜中开启搅拌装置，再将2.5份甲基丙烯酸缩水甘油酯、0.048份偶氮二异丁腈、0.048份过氧化二苯甲酰、1份十二烷基苯磺酸以此顺序投入反应釜中，开启加热装置升温到85℃恒温4.5小时后开始采样冷却到室温25℃下用涂4#杯测量其粘度达到100秒时停止加热降温至40℃。
②将剩余的20份甲基丙烯酸甲酯、20份苯乙烯与10份丙烯酸、2.5份甲基丙烯酸缩水甘油酯混合充分溶解再加入0.072份过氧化二苯甲酰和0.072份偶氮二异丁腈充分溶解，后加入到反应釜内搅拌均匀冷却到室温出料。
③将反应釜中的预聚物均匀加入盛有120份硅粉的高速混料机中，边低速搅拌边加入，开启高速混合机冷却水控制料温40℃以内，高速搅拌20分钟后出料。
④用40目的筛网过筛后除去粗颗粒，用塑料袋密封包装于纸桶中避免挤压堆放。
模压工艺：
①模压模具开启加热装置，恒温在100℃，在模具内腔均匀涂上脱模剂。
②加粉体装满整个型腔，水平刮去溢出模具型腔上端多余粉体。
③启动模压机，使其上下模合模。当模压机压力达到3MPa时停留一分钟使物料均匀受热，后将压力升到30MPa停留，当模温达到210℃时，再次将压力提升到50MPa恒压2分钟。
④下调模温设置参数到80℃，约8分钟后恒温于80℃，打开模具取出制品，清理模具进行下一次模压填料。
精磨加工：
①机械磨床精磨上下两个大面，使其平整度达到0.05mm。
②清理边缘毛刺，用邵氏D硬度计测试其硬度达到HD96-HD98，外观无凹陷及针孔后喷码包装。
实施例三：
原材料包括以下质量份数的成份：（每份100克）
基体树脂单体：甲基丙烯酸甲酯 100；
硅粉 150；
交联剂：乙烯基缩水甘油醚 20
复合引发剂：过氧化二苯甲酰 0.3；
偶联剂：甲基丙烯酸缩水甘油酯 20；
表面活性剂：十二烷基苯磺酸钠 0.5。
原材料依次经过聚合工艺、模压工艺和精磨加工；
聚合工艺包括以下步骤：
①将80份甲基丙烯酸甲酯、20份乙烯基缩水甘油醚和0.15份过氧化二苯甲酰、 0.5份十二烷基苯磺酸钠投入反应釜内，开动搅拌，开启加热到85℃恒温1.5小时后采样冷却至室温25℃，用涂4#杯测试其粘度达到120秒时停止反应釜加热，冷却到室温25℃。
②剩余0.15份过氧化二苯甲酰及20份甲基丙烯酸缩水甘油酯加入反应釜，充分搅拌溶解。
③将反应釜中的预聚物均匀加入盛有150份硅粉的高速混料机中，边低速搅拌边加入，开启高速混合机冷却水控制料温40℃以内，高速搅拌25分钟后出料。
④用40目的筛网过筛后除去粗颗粒，用塑料袋密封包装于纸桶中避免挤压堆放。
模压工艺包括以下步骤：
①模压模具开启加热装置，恒温在100℃，在模具内腔均匀涂上脱模剂。
②加粉体装满整个型腔，水平刮去溢出模具型腔上端多余粉体。
③启动模压机，使其上下模合模。当模压机压力达到3MPa时停留3分钟使物料均匀受热，后将压力升到45MPa停留，当模温达到190℃时，再次将压力提升到65MPa恒压5分钟。
④下调模温设置参数到120℃，约5分钟后恒温于120℃，打开模具取出制品，清理模具进行下一次模压填料。
精磨加工：
①用机械磨床精磨上下两个大面，使其平整度达到0.05mm。
②清理边缘毛刺，用邵氏D硬度计测试其硬度达到HD96-HD98，外观无凹陷及针孔后喷码包装。
实施例四：
垫板材料采用以下质量份进行配制：（每份500克）
基体树脂单体:甲基丙烯酸甲酯 50；
甲基丙烯酸乙酯 30；
丙烯腈 20；
硅粉 50；
复合引发剂：过氧化环己酮 0.3；
偶氮二异丁酸二甲酯 0.5。
原材料依次经过聚合工艺、模压工艺和精磨加工；
聚合工艺：
①确称量各物质后，先把35份甲基丙烯酸甲酯，21份甲基丙烯酸乙酯，14份丙烯腈，0.15份过氧化环己酮和0.25份偶氮二异丁酸二甲酯投入反应釜中，装上冷却回流装置，密封反应釜。开启搅拌器及加热器，控制温度在90℃。
②1.5小时后采取釜内预聚体测试其粘度，用涂4#杯在25℃定温下测试值达到95秒即可冷却到室温下添加15份甲基丙烯酸甲酯、9份甲基丙烯酸乙酯、6份丙烯腈、0.15份过氧化环己酮和0.25份偶氮二异丁酸二甲酯混合液搅拌均匀即可出料备用。
③将50份硅粉投入到高混机中，开启低速搅拌8分钟内匀速加入上述液体物料，把高混机调为高速搅拌开启冷却水。物料温度控制在40℃以下，20分钟后出料。
④40目的筛网过筛后用塑料袋密封包装于纸桶中避免挤压堆放。
模压工艺：
①模压模具开启加热装置，恒温在70℃，在模具内腔均匀涂上脱模剂。
②加粉体装满整个型腔，水平刮去溢出模具型腔上端多余粉体。
③启动模压机，使其上下模合模。当模压机压力达到3MPa时停留一分钟使物料均匀受热，后将压力升到15MPa停留，当模温达到160℃时，再次将压力提升到50MPa恒压5分钟。
④调模温设置参数到70℃，约5分钟后恒温于70℃，打开模具取出制品，清理模具进行下一次模压填料。
精磨加工：
①机械磨床精磨上下两个大面，使其平整度达到0.05mm。
②清理边缘毛刺，用邵氏D硬度计测试其硬度达到HD96-HD98，外观无凹陷及针孔后喷码包装。
实施例五：
原材料包括以下质量份数的成份：（每份200克）
基体树脂单体：
苯乙烯 30；
甲基丙烯酸甲酯 20；
甲基丙烯酸乙酯 10；
甲基丙酸丁脂 10；
丙烯腈 7；
丙烯酸甲酯 5；
丙烯酸乙酯 5；
烯丙基缩水甘油醚 13；
偶联剂：
马来酸酐 25；
丙烯酸 3；
马来酸 3；
马来酸酐苯乙烯共聚物 5；
硅粉 120；
复合引发剂：
过氧化二苯甲酰 1；
偶氮二异丁腈 1；
过氧化环已酮 0.4；
偶氮二异庚腈 0.3；
偶氮二异丁酸二甲酯 0.3；
咪唑 0.5；
交联剂：
乙烯基缩水甘油醚 10；
甲基丙烯酸缩水甘油酯 15；
表面活性剂：
十二烷基苯磺酸钠 0.2；
十二烷基苯磺酸 0.2；
OP-10 0.1。
原材料依次经过聚合工艺、模压工艺和精磨加工；
聚合工艺包括以下步骤：
①按配方将30份苯乙烯、20 份甲基丙烯酸甲酯、10份甲基丙烯酸乙酯、10份甲基丙酸丁脂、1份过氧化二苯甲酰、1份偶氮二异丁腈、0.4份过氧化环已酮、10份乙烯基缩水甘油醚、15 份甲基丙烯酸缩水甘油酯 及0.2份十二烷基苯磺酸钠、0.2份十二烷基苯磺酸、0.1份OP-10投入反应釜中，装上冷却回流装置，密封反应釜，开启搅拌及加热器，控制温度在85℃；
②1.5小时后采取釜内预聚体测试其粘度，用涂4#杯在25℃恒温下测试值达到60秒时冷却到室温下添加25份马来酸酐、3份丙烯酸、 3份马来酸、5份马来酸酐苯乙烯共聚物 、7份丙烯腈、5份丙烯酸甲酯、5份丙烯酸乙酯、13份烯丙基缩水甘油醚、0.3份偶氮二异庚腈、0.3份偶氮二异丁酸二甲酯、0.5份咪唑的混合液搅拌均匀即可出料备用；
③将硅粉投入到高混机中，开启低速搅拌10分钟内匀速加入上述液体物料，把高混机调为高速搅拌开启冷却水。物料温度控制在40℃以下，25分钟后出料；
④用40目筛网过筛后用塑料袋密封包装于纸桶中避免挤压堆放；
模压工艺：
①模压模具开启加热装置，恒温在50℃，在模具内腔均匀涂上脱模剂；
②添加粉体装满整个型腔，水平刮去溢出模具型腔上端多余粉体；
③启动模压机，使其上下模合模。当模压机压力达到2MPa时停留3分钟使物料均匀受热熟化，后将压力升到35MPa停留，当模温达到190℃时，再次将压力提升到65MPa恒压3分钟；
④下调模温设置参数到50℃以下，约5分钟后恒温于设置温度，打开模具取出制品，清理模具进行下一次模压填料。
精磨加工：
①用机械磨床精磨上下两个大面，使其平整度达到0.05mm；
②清理边缘毛刺，用邵氏D硬度计测试其硬度达到HD96-HD98，外观无凹陷及针孔后喷码包装。
本发明板材具有以下优点:热膨胀系数小于，-40-150℃间小于1.7×10-5/℃，与钢材、硅碇在同一水平，实现了垫板在储存运输过程中由于温度的变化而引起的形变小。同时在切割过程中也避免了钢材和硅碇的热膨胀性不一致带来的硅片损坏及出现的亮边。表面邵氏硬度高达HD96—HD98远高于高分子材料板，切割时不会产生较大的切削颗粒，影响切割效率进而影响硅片质量。断裂伸长率小于1%，材料切割时显现是脆性断裂切割，不会出现拉丝状况。金刚线阻力小，线网受力均匀不易破坏。维卡耐热测试中在220℃无变形，完全可抵御切割和磨床磨削时产生的高温不利影响。导热系数大，达到0.15w/m.k比高分子材料大数十倍。从而实现了在加工应用中产生的热量能快速导出。板材残留内应力小，板子在机械加工和切割使用后无应力释放，保证了切割完成后的硅片排列不变，有利于金刚线的平行退出，减小硅片划痕。板材弯曲模量高、抗弯强度大。