一、多線切割技術(shù)的發(fā)展歷史

首先簡(jiǎn)單介紹一下人類歷史上的線切割歷史：

公元前2000年：古埃及人用混合了水和沙的繩子切割石頭

公元19世紀(jì)：意大利人用纜繩切割大理石

公元20世紀(jì)20年代：第一次有人申請(qǐng)了用繩切割約一英寸厚的大尺寸大理石片的專利

公元20世紀(jì)60年代：第一次出現(xiàn)用線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)切割水晶片

公元20世紀(jì)70年代：利用線的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)切割1-2英寸的硅片

在上世紀(jì)80年代以前，人們?cè)谇懈畛膊牧系臅r(shí)候一般采用涂有金剛石粉的內(nèi)圓切割機(jī)進(jìn)行切割。然而隨著半導(dǎo)體行業(yè)的飛速發(fā)展，人們對(duì)已有的生產(chǎn)效率難以滿足，同時(shí)由于內(nèi)圓切割的材料損失非常大，在半導(dǎo)體行業(yè)成本的摩爾定律作用下，人們對(duì)于降低切割成本、提高效率的要求越來(lái)越高。多線切割技術(shù)因此而逐步發(fā)展起來(lái)。

多線切割的基本原理是通過(guò)一根高速運(yùn)動(dòng)的鋼線帶動(dòng)附著在鋼絲上的切割刃料對(duì)硅棒進(jìn)行摩擦，從而將硅棒等硬脆材料一次同時(shí)切割為數(shù)千片薄片的一種切割加工方法。多線切割由于其更高效、更小切割損失以及更高精度的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于切割貴重、超硬材料有著巨大的優(yōu)勢(shì)，近十年來(lái)已取代傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割成為硅片切割加工的主要方式。

在2003年以前，多線切割主要滿足于半導(dǎo)體行業(yè)的需求，切割技術(shù)主要掌握在歐、美、日、臺(tái)等國(guó)家和地區(qū)，國(guó)內(nèi)半導(dǎo)體業(yè)務(wù)以封裝業(yè)務(wù)為主，上游的晶圓切割技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，相關(guān)的設(shè)備制造研發(fā)也難有進(jìn)展。

2003年隨著太陽(yáng)能光伏行業(yè)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)的硅片切割業(yè)務(wù)迅速發(fā)展起來(lái)。大量引進(jìn)了瑞士和日本產(chǎn)的先進(jìn)的數(shù)控多線切割設(shè)備。國(guó)內(nèi)設(shè)備制造企業(yè)也看到了這個(gè)巨大的商機(jī)，紛紛投入資金和人力物力進(jìn)行技術(shù)研發(fā)。但大多數(shù)都是仍以仿制為主。

2009年開(kāi)始有一些廠家開(kāi)始嘗試將在其他行業(yè)比如藍(lán)寶石切割使用的金鋼線切割技術(shù)引入到硅片切割領(lǐng)域來(lái)，本文在這里將不對(duì)這方面的設(shè)備展開(kāi)討論。

二、 多線切割設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化道路充滿了坎坷

多線切割設(shè)備為國(guó)際三大廠統(tǒng)治

目前全球的多線切割設(shè)備主要為瑞士的HCT、Meyer Burger(梅耶博格)和日本的NTC所統(tǒng)治。瑞士的HCT、梅耶博格最早在上世紀(jì)80年代就推出了線切割機(jī)，主要為半導(dǎo)體行業(yè)所用。

在國(guó)內(nèi)光伏行業(yè)切片領(lǐng)域，到2009年底國(guó)際上影響力最大的三家設(shè)備供應(yīng)商在中國(guó)市場(chǎng)產(chǎn)能中差不多是三分天下，NTC的份額稍微高一點(diǎn)。下圖是國(guó)內(nèi)線切割設(shè)備數(shù)量的一個(gè)變化趨勢(shì)圖。其他包括國(guó)內(nèi)品牌和國(guó)外進(jìn)口的其他小品牌。

1.HCT簡(jiǎn)介：

HCT在1983年推出第一臺(tái)線切割機(jī)后14年里才累計(jì)賣(mài)出了100臺(tái)設(shè)備，在隨后的6年里又累計(jì)賣(mài)出了150臺(tái)。太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)在2003年啟動(dòng)以后，HCT針對(duì)市場(chǎng)需要在2005年推出了世界上最大的太陽(yáng)能硅片線切割機(jī)B5。而HCT在2006年里一年的銷(xiāo)售量就突破了100臺(tái)。HCT在2007年被美國(guó)的應(yīng)用材料收購(gòu)。

HCT在2000年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，主要的客戶來(lái)自半導(dǎo)體行業(yè)的包括北京有研、濟(jì)寧港灣、寧波晶元等。HCT在太陽(yáng)能行業(yè)應(yīng)用的主流機(jī)型是B5，雙工作臺(tái)4個(gè)導(dǎo)輪滿載可以一次切割硅棒長(zhǎng)達(dá)到2米，非常適合大規(guī)模生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)主要用戶包括LDK、保定英利、成都天威新能源、浙江昱輝、江陰海潤(rùn)等公司。

針對(duì)市場(chǎng)新的需求和變化，在2009年推出了新機(jī)型MaxEdgeB6，主要特點(diǎn)是將原有的一個(gè)線網(wǎng)拆分為2個(gè)獨(dú)立控制的線網(wǎng)，這樣有助于使用更細(xì)的切割線從而提高出片率降低生產(chǎn)成本。但是目前該設(shè)備還處于推廣階段，工藝還有待進(jìn)一步成熟。

2.梅耶博格簡(jiǎn)介：

成立于1953年，早期主要生產(chǎn)研發(fā)外圓和內(nèi)圓切割機(jī)。在1980年啟動(dòng)線切割技術(shù)的研究，1991年正式推出了第一臺(tái)線切割機(jī)DS260。2000年推出了針對(duì)太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)需求的雙工作臺(tái)4導(dǎo)輪的DS262機(jī)型，該機(jī)型理論上切割負(fù)載可以達(dá)到2米，但實(shí)際上根據(jù)國(guó)內(nèi)客戶的使用情況反饋，DS262并不是一個(gè)非常成功的機(jī)型，一般切割負(fù)載在1.2米左右比較合適，切割硅片的合格率相比較低。

根據(jù)市場(chǎng)的變化，梅耶博格在2004年推出了小型機(jī)DS265。該機(jī)型只有一個(gè)工作臺(tái)可以同時(shí)切割2個(gè)300毫米長(zhǎng)的硅棒。和NTC MWM442D機(jī)型非常的類似。該設(shè)備在國(guó)內(nèi)使用的客戶較少，客戶反映設(shè)備穩(wěn)定性不夠，維護(hù)費(fèi)用過(guò)高。

梅耶博格在2005年推出了最為成功的單工作臺(tái)的新機(jī)型DS264，該機(jī)型可以切割一根棒長(zhǎng)達(dá)820毫米的硅棒，針對(duì)多晶硅片市場(chǎng)比例迅速的提高情況下，非常好的滿足了市場(chǎng)新的需求。國(guó)內(nèi)主要用戶包括浙江昱輝、常州天合、鎮(zhèn)江輝煌/環(huán)太、LDK、江蘇林洋、無(wú)錫高佳等。在2009年又針對(duì)市場(chǎng)的變化推出了DS264的升級(jí)型DS271，切割單根負(fù)載可以增加到1020毫米。目前該機(jī)型國(guó)內(nèi)主要有鎮(zhèn)江輝煌和無(wú)錫高佳在使用，切割效果和DS264差不多。

3. NTC簡(jiǎn)介：

1984年由富山機(jī)械和日平工業(yè)和并成立NTC。

上世紀(jì)90年代推出了針對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)的MWM系列線切割機(jī)

2008年被小松收購(gòu)，改名為Komatsu NTC

NTC最為暢銷(xiāo)的機(jī)型是MWM442D，由于其投資小、維護(hù)費(fèi)用低、適合使用細(xì)直徑切割鋼絲，深受?chē)?guó)內(nèi)很多新進(jìn)入切片領(lǐng)域小公司的歡迎。在2003年后受光伏行業(yè)的飛速發(fā)展刺激，NTC在中國(guó)的銷(xiāo)售量快速增長(zhǎng)，尤其在2008年取得了400多臺(tái)線切割機(jī)的銷(xiāo)售量，即使在收經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響的2009年也賣(mài)出了300多臺(tái)各類型的線切割機(jī)。在國(guó)內(nèi)的主要用戶晶龍集團(tuán)、江蘇順達(dá)、江陰海潤(rùn)、西安隆基、浙江昱輝、江西晶科等。受多晶硅片市場(chǎng)發(fā)展影響，于2008年推出了新的設(shè)備類型單工作臺(tái)面的PV600 和PV800，這些設(shè)備借鑒了梅耶博格DS264的設(shè)計(jì)理念，切割最大負(fù)載棒長(zhǎng)分別達(dá)到630毫米(3根210毫米，單根棒最大負(fù)載600毫米)和840毫米(4根210毫米，單根棒最大負(fù)載800毫米)。這些設(shè)備非常好的適應(yīng)的多晶硅片的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

4.線切割設(shè)備國(guó)產(chǎn)化開(kāi)發(fā)的第一個(gè)高潮

隨著中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)以令全世界震驚的訊速崛起，幾大多線切割設(shè)備廠家的設(shè)備生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中國(guó)硅片加工企業(yè)的購(gòu)買(mǎi)需求，在2008年市場(chǎng)火熱的設(shè)備交貨期最少半年以上，有的甚至一年以上。于是很多相關(guān)的設(shè)備制造企業(yè)紛紛介入，比如日本的高鳥(niǎo)、安永專門(mén)推出了針對(duì)太陽(yáng)能硅片切割的機(jī)型。

國(guó)內(nèi)最早從事太陽(yáng)能多線切割機(jī)開(kāi)發(fā)的要數(shù)上海日進(jìn)了。上海日進(jìn)引進(jìn)日本技術(shù)，早在2006年就推出了第一臺(tái)多線切割樣機(jī)，樣機(jī)類似NTC MWM442D。樣機(jī)在日進(jìn)內(nèi)部切割試驗(yàn)結(jié)果良好，切除的硅片質(zhì)量完全合格。但是在客戶實(shí)際試用的時(shí)候，還是遇到了很多的問(wèn)題，比如成品率低、斷線率高、設(shè)備的控制精度比國(guó)外進(jìn)口設(shè)備要差。

國(guó)內(nèi)陸陸續(xù)續(xù)推出多線切割樣機(jī)的廠家還有上海漢虹、電子集團(tuán)45所、蘭州瑞德、無(wú)錫開(kāi)源、大連連城、北京京聯(lián)發(fā)、湖南宇晶等。

從樣機(jī)來(lái)看，技術(shù)原理和設(shè)計(jì)主要都是借鑒了日本 NTC MWM442D機(jī)型的很多理念，樣機(jī)基本都屬于小型機(jī)。北京京聯(lián)發(fā)嘗試開(kāi)發(fā)類似HCT B5機(jī)型的樣機(jī)，但是在市場(chǎng)上沒(méi)有看到試用的設(shè)備。國(guó)內(nèi)目前開(kāi)發(fā)出的多線切割機(jī)樣機(jī)都面臨著類似的問(wèn)題，成品率低、斷線率高、控制精度差等。加上硅料價(jià)格高昂，客戶嘗試新機(jī)器的成本非常高，每次的損失可能動(dòng)則幾萬(wàn)元到幾十萬(wàn)元，這也限制了設(shè)備制造企業(yè)很難獲得更多的生產(chǎn)性試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)改進(jìn)設(shè)備。

湖南宇晶在2006年左右開(kāi)始研制多線切割機(jī)，主要針對(duì)水晶切割市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)后，目前在國(guó)內(nèi)也已經(jīng)銷(xiāo)售出了幾十臺(tái)多線切割機(jī)，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是該公司還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出適應(yīng)太陽(yáng)能硅片切割的多線切割機(jī)。

5.線切割設(shè)備國(guó)產(chǎn)化意外的收獲

雖然國(guó)內(nèi)很多廠家在多線切割機(jī)的開(kāi)發(fā)上投入了很大的人力、物力，但是實(shí)際進(jìn)展卻并不如人意。

在2008年P(guān)V行業(yè)爆發(fā)式增長(zhǎng)之際，不僅多線切割機(jī)交貨期大大延長(zhǎng)，連硅錠開(kāi)方機(jī)也變得非常緊張。由于開(kāi)方機(jī)使用的鋼絲直徑較粗，一般250微米到300微米，較切片常用的直徑120微米的鋼絲不容易發(fā)生斷絲。另外，開(kāi)方完成后，一般還要對(duì)硅錠打磨。因此對(duì)切割的精度要求比硅片大大降低。

國(guó)內(nèi)廠家中上海日進(jìn)首先抓住了這個(gè)機(jī)遇，目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)有了不錯(cuò)的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)。另一家大連連城的開(kāi)方機(jī)也于2009年取得重大突破，在2010年有望取得不錯(cuò)的銷(xiāo)售業(yè)績(jī)。2010年更多國(guó)內(nèi)企業(yè)有望在線開(kāi)方設(shè)備制造取得突破。

三、 多線切割機(jī)國(guó)產(chǎn)化能趕上下一次市場(chǎng)機(jī)遇嗎？

隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本的快速降低，離傳統(tǒng)的上網(wǎng)電價(jià)已經(jīng)越來(lái)越近了。在歐洲電價(jià)高、日照時(shí)間長(zhǎng)的地區(qū)比如意大利南部、西班牙等，光伏的發(fā)電成本已經(jīng)低于上網(wǎng)電價(jià)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電安裝在這些地域?qū)⒂瓉?lái)爆炸式的增長(zhǎng)。

按照最新的市場(chǎng)預(yù)測(cè)，中國(guó)2-3年后，或者在2015年前，光伏發(fā)電成本將逐步降低接近目前的風(fēng)力發(fā)電成本，0.5-0.6元/度電，到那時(shí)，中國(guó)的光伏安裝將迎來(lái)爆炸式增長(zhǎng)。

國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)在制造環(huán)節(jié)的成本優(yōu)勢(shì)將獲得空前的發(fā)展機(jī)遇，尤其是硅片切割環(huán)節(jié)。隨著更多更有實(shí)力的國(guó)有企業(yè)進(jìn)入到這個(gè)行業(yè)，更多的人力、物力投入，更多的經(jīng)驗(yàn)積累，以及大大降低的實(shí)驗(yàn)成本，中國(guó)的線切割設(shè)備的明天有理由讓我們期待!