一片薄如蝉翼的硅片，在光伏和半导体产业中经历着从原材料到精密元件的蜕变，而硅片分选机正是这一过程中不可或缺的质量守门员。
在光伏组件和半导体芯片制造中，即使是最微小的缺陷也可能导致整个组件失效。传统人工分选方式效率低下且容易出错，而硅片分选机融合了光学检测、电容测量和人工智能等多项技术，实现对硅片厚度、线痕、隐形裂纹、脏污等关键质量指标的高速高精度检测。
01 硅片分选机的组成与工作原理，复杂精密的检测系统
硅片分选机是现代光伏和半导体制造中不可或缺的高科技设备，它由上料台、检测系统和分选系统三个核心部分组成。
检测系统作为整台设备的“大脑”，包含了多个精密模组：厚度模组、线痕模组、隐形裂纹模组、脏污模组、边缘模组以及尺寸和翘曲模组。
当硅片从上料台进入测量系统时，这六个模组会同时对硅片进行全方位检测，将测量数据与预设标准进行比对，最后根据结果将硅片分选到对应的仓盒中，完成硅片等级分类。
厚度检测模组采用电容耦合方法测量硅片厚度。模块上的三对传感器各有上下两个电容传感器，能够根据与硅片距离产生不同的电压值。
线痕检测模组使用激光以14°角入射到硅片表面，矩阵相机在硅片传送过程中拍摄11张图片，通过对图像进行分析来检测硅片表面的平整度。
隐形裂纹检测模组使用线性相机和红外光源检测硅片的微裂纹和杂质。红外线在正常区域会透射过硅片，而在裂纹区域则会发生散射，使得裂纹区域在图像中呈现黑色。
02 分选机技术演进，从人工到智能的飞跃
硅片分选技术经历了从完全依赖人工到高度自动化的巨大飞跃。早期光伏产业主要依靠人工判断硅片质量，这种方法效率低下且容易出错。
随着技术进步，分选机设备不断创新。2022年12月，天准科技发布了第六代光伏硅片分选机设备，实现了12000PCS/H的超高速产能，相比上一代设备的8000PCS/H，产能提升了50%。
天准科技的第六代产品搭载了公司自研的视觉检测软件VispecAOI4.0，通过采用传统视觉检测算法与深度学习算法相融合的检测技术，将检测时间降低至200ms以内，瑕疵检出率提升至98%以上。
设备下料站采用了基于伯努利原理的悬浮式高速硅片传输技术，突破了上一代设备的顶升式下料机构的技术瓶颈，实现了硅片分选机产能的大幅提升。
03 核心检测技术解析，多维度确保硅片质量
硅片分选机采用了多种尖端检测技术，从不同维度确保硅片质量。厚度检测采用电容耦合原理，通过三对传感器测量硅片不同点的厚度，计算出平均厚度和TTV（厚度偏差）。
脏污检测模块使用白光LED阵列和线性相机，将硅片分为若干区块。每个区块有20个基本像素，计算自身内部的平均灰度后，与相邻的其他8个区块做比较，如果灰度差值大于15（可调），即认定该区块为污渍区块。
边缘检测模组上下各有一个线性相机和红光光源。线性相机为2000拍/秒，每次拍摄硅片的图形是一长条，拼接起来构成硅片的Edge检测图像。通过分析不同像素的RGB值和像素间的RGB值，判断芯片的破损、孔洞和裂纹。
翘曲检测模组由1个镜头、2个LED红色光源和2个激光发射器组成。当检测BOW/SORI（翘曲的两种形式）时，使用2道激光线以9°入射到硅片上，通过在硅片上投射出的影像，计算出翘曲值。
04 应用领域广泛，光伏与半导体产业的重要支撑
硅片分选机在光伏和半导体产业中扮演着至关重要的角色。在光伏领域，由于各大光伏企业在硅片生产制作工艺上难免存在一些不良因素导致产品良率过低。
在硅片生产过程中，从铸锭切片完成，再到植绒、扩散、刻蚀到PECVD镀膜，丝网印刷等工艺环节都会对硅片表面造成污染。目前主要依赖于人工质检，这种二次接触检验方式会带来更多不良因素。
脏污分拣模块集成在上/下料设备中，帮助生产企业节约人工及制造成本，提高产品品质。现代分选机能够检测脏污、小白点、制绒不全、色差、水印、压杆印、篮齿印、药液印、缺角和破片等多种缺陷。
在半导体领域，晶圆分选机（Wafer Sorter）是半导体晶圆厂中用于晶圆搬运的设备，负责晶圆的中转和分选，确保生产流程的连续性和高效性，保障晶圆厂物料流转需求。
05 常见故障与解决方案，确保设备稳定运行
硅片分选机作为精密设备，在使用过程中可能遇到各种故障，需要及时识别和解决。厚度检测部分常见故障包括TTV值偏高、偏低或显示为0。
TTV值偏高的原因可能是硅片碎裂残留在厚度传感器上、电气系统缺陷或布线缺陷；TTV值偏低可能是外侧传感器位置错误；TTV值显示为0则可能是供电电源被关闭。
线痕检测部分的故障包括无法在软件窗口中观察到白色激光图像和硅片边缘不可见。前者可能由于急停按钮被按下、软件设置问题、控制相机间宽度的马达运动错误等多因素造成。
脏污检测部分的故障主要表现为无法在软件中观察到图像或始终较差的质量质量。前者需要检查光源，后者可能是光源亮度偏暗、错误的相机设置、错误的硅片位置或硅片碎落在下方相机镜头上。
翘曲/几何尺寸部分的故障同样包括无法在软件中观察到图像和始终较差的质量质量。需要检查LED光源是否工作正常，或者检查光源亮度、相机设置和硅片位置。
06 技术发展前景，智能化与高效率并重
硅片分选机技术正朝着更加智能化和高效率的方向发展。随着人工智能技术的进步，传统视觉检测算法与深度学习算法相融合的检测技术将成为主流。
高速处理能力是现代分选机发展的另一个重要方向。天准科技的第六代光伏硅片分选机设备将检测时间降低至200ms以内，算法处理时间小于0.4秒/片，准确率达到了99%以上。
设备产能也在不断提升，从传统的3000片/小时8到8000PCS/H，再到第六代产品的12000PCS/H，分选机的处理速度几乎每代产品都有大幅提升。
未来，硅片分选机可能会进一步集成到整个生产线的自动化流程中，与全自动硅片包装机组成完整产线，实现从插片、搬运、清洗、烘干、分选到片篮回收的全流程自动化。
第六代光伏硅片分选机已经实现了12000PCS/H的超高速产能，检测时间降低至200ms以内，瑕疵检出率提升至98%以上。
更高精度、更高速度、更智能化，这就是硅片分选技术的未来。半导体芯片日益微小化，光伏硅片越来越薄，未来的分选机将需要检测肉眼根本无法识别的纳米级缺陷。
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