[논문]태양전지용 실리콘 웨이퍼의 멀티 와이어 쏘잉 시 절삭저항력에 관한 연구

황인환; 박상현; 안국진; 권대근; 이종찬

doi:10.14775/ksmpe.2016.15.3.066

태양전지용 실리콘 웨이퍼의 멀티 와이어 쏘잉 시 절삭저항력에 관한 연구
A Study on Cutting Force during Multi Wire Sawing of Silicon Wafers for Solar Cells 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.15 no.3, 2016년, pp.66 - 71

황인환 (금오공과대학교 기계설계공학과) , 박상현 (금오공과대학교 기계설계공학과) , 안국진 ((주)새한나노텍) , 권대근 ((주)새한나노텍) , 이종찬 (금오공과대학교 기계설계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Reducing the wafer breakage rate and sawing thinner wafers will decrease the cost of solar cells. This study was carried out in order to identify ways to achieve this goal. In this study, the cutting force characteristics using an ingot tilting-type diamond multi wire-sawing machine were analyzed. The cutting force was analyzed while varying the tilting angles and wire speed. The obtained data were analyzed by classifying the tangential cutting force and the normal cutting force. In this cutting force experiment, the difference between the forces was confirmed; it was found that it rises with increasing the tilting angles and decreases when the wire speed elevates. The resulting value can be utilized as basic data for the determination of an ideal cutting recipe.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 절단 웨이퍼와 Kerf-loss가 120㎛ 를 구현할 수 있도록 개발된 잉곳 중심의 틸팅형 멀티 와이어 쏘잉 머신을 이용해 태양전지용 실리콘 잉곳의 고속절삭 시 발생하는 절삭력을 가공조건에 따라 비교·분석 하였다.

제안 방법

쏘잉 방법은 실리콘 잉곳이 배분력 방향인 Z축으로 하향 절입하고, 잉곳 중심에서 틸팅하는 상태 에서 와이어가 주분력 방향으로 정·역방향 이송하면서 발생되는 절삭력을 분석하였다.
절삭실험 조건은 절입속도(Depth speed) 1.0mm/min, 틸팅 각도(Tilting Angle) 5°, 와이어 선속도(Wire speed) 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16m/s에서 틸팅 회전수(Number of Tilting) 20, 40, 60 cycle/min을 적용하여 실험을 수행하였다. 절삭실험 수행에 앞서 동일한 재료제거율의 구현을 위해 단결정 실리콘 잉곳의 모서리 부분에 라운드가 진 부분을 절삭 후 동일 접촉면이 되는 부분부터 실험을 수행하였다.

대상 데이터

실리콘 잉곳의 절삭 가공에 사용된 와이어는 박형 웨이퍼 제작에 최적화된 다이아몬드 와이어를 사용하였다. Table 1에는 본 실험에 사용된 다이아몬드 와이어의 제원을 나타내었다.
쏘잉 절삭실험에 사용된 피삭재는 결정질 태양전지 제조에 사용되는 소재인 단결정 실리콘(Si)을 사용하였다. 아래 Table 2에는 단결정 실리콘의 물성을 나열하였다.

성능/효과

1. 주분력에서 틸팅 회전수가 증가할수록 절삭저항력의 크기 차이가 커짐을 확인하였다.
2. 주분력에서 와이어 선속도가 증가할수록 절삭저 항력은 증가하지만 그 변화량은 미미함을 확인하였다.
3. 배분력에서 틸팅 회전수는 절삭저항력에 영향이 없음을 확인하였다.
4. 배분력에서 와이어 역방향 이송 중에 틸팅의 영향은 없으나, 와이어 정방향 이송 중에 틸팅의 영향은 0.43±0.1N 만큼 나타났다.
5. 절삭실험에서 주분력이 배분력보다 높은 절삭저항력을 가지며, 틸팅 회전수가 증가할수록 절삭 저항력 차이가 커지고, 와이어 선속도가 증가할수록 절삭저항력이 작아짐을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	실리콘 잉곳 틸팅 중심의 멀티 와이어 쏘잉 머신과 다이아몬드 와이어를 이용해 절삭실험을 수행하여 어떤 결과를 얻을 수 있었는가?	1. 주분력에서 틸팅 회전수가 증가할수록 절삭저항 력의 크기 차이가 커짐을 확인하였다. 2. 주분력에서 와이어 선속도가 증가할수록 절삭저 항력은 증가하지만 그 변화량은 미미함을 확인 하였다. 3. 배분력에서 틸팅 회전수는 절삭저항력에 영향이 없음을 확인하였다. 4. 배분력에서 와이어 역방향 이송 중에 틸팅의 영향은 없으나, 와이어 정방향 이송 중에 틸팅의 영향은 0.43±0.1N 만큼 나타났다. 5. 절삭실험에서 주분력이 배분력보다 높은 절삭저 항력을 가지며, 틸팅 회전수가 증가할수록 절삭 저항력 차이가 커지고, 와이어 선속도가 증가할 수록 절삭저항력이 작아짐을 확인하였다.
	본 연구에 사용된 멀티 와이어 쏘잉 머신은 무엇인가?	본 연구에 사용된 멀티 와이어 쏘잉 머신은 잉곳 중심에서 틸팅이 이루어지는 쏘잉 머신으로써 이송계 동기화시스템과 관성저감 기술을 적용하여 절삭 중에 발생되는 진동을 최소화시켜 와이어 선속도 900m/min, Solar wafer 두께 120㎛을 구현할 수 있는 초정밀·고속 쏘잉 머신이다. 아래 Fig.
	단결정 실리콘 잉곳의 쏘잉 공정에 대한 연구는 무엇이 주를 이루는가?	결정질 태양전지 웨이퍼 제조공정에 있어서 종래에 단결정 실리콘 잉곳의 쏘잉 공정에 대한 연구는 슬러리를 사용한 와이어 쏘잉에 대한 연구가 주를 이루었으며, 그 분야는 절삭공정 뿐만 아니라 와이어 보우를 고려하여 와이어 절삭과정에서의 진동의 영향을 연구하였다 [1~4] . 하지만 기술의 발달로 다이 아몬드가 전착된 와이어가 개발되면서 절삭 공정의 다양한 측면을 고려한 실험이 이루어지고 있다 [5~7] .

참고문헌 (7)

Yang, F., and Kao, I., "Interior Stress for Axisymmetric Abrasive Indentation in the Free Abrasive Machining Process: Slicing Silicon Wafers With Modern Wiresaw," Journal of Electronic Packaging, Vol. 121, No. 3, pp. 191-195, 1999.

상세보기
Liedke, T. and Kuna, M., "A Macroscopic Mechanical Model of the Wire Sawing Process," International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 51, pp. 711-720, 2011.

상세보기
Kao, I., "Technology and Research of Slurry Wiresaw Manufacturing Systems in Wafer Slicing with Free Abrasive Machining," International Journal of Advanced Manufacturing Systems, Vol. 7, pp. 7-20, 2004.
Zhu, L. and Kao, I., "Galerkin-based Modal Analysis on the Vibration of Wire-slurry System in Wafer Slicing using a Wiresaw," Journal of Sound and Vibration, Vol. 283, pp. 589-620, 2005.

상세보기
Chen, W., Lin, X., Li, M., Yin, C. and Zhou, L., "On the Nature and Removal of Saw Marks on Diamond Wire Sawn Multicrystalline Silicon Wafers," Materials Science in Semiconductor Processing , Vol. 27, pp. 220-227, 2014.

상세보기
Wu, h., "Wire Sawing Technology: A State-of-the-art Review," Precision Engineering, Vol. 43, pp. 1-9, 2016.

상세보기
Park, C. Y., Kweon, H. K.. Peng, B. and Jung, B. G., "A Study on New Twist-Diamond Wire Characteristics for Improving Processing Performance," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 15, No. 1, pp. 26-33, 2016.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증