CN101617391A - 线锯装置及利用该装置的加工方法 - Google Patents

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CN101617391A CN200880000313A CN200880000313A CN101617391A CN 101617391 A CN101617391 A CN 101617391A CN 200880000313 A CN200880000313 A CN 200880000313A CN 200880000313 A CN200880000313 A CN 200880000313A CN 101617391 A CN101617391 A CN 101617391A
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Abstract

本发明的目的在于提供一种线锯装置以及利用该线锯装置的加工方法，通过在利用该线锯装置进行加工时使线锯的抖动最小化能精确地加工待加工物体的表面，并且能准确且迅速地切割中空待加工物体。为了实现上述目的，提供一种线锯装置，其加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体。该线锯装置包括主滚筒单元、滚筒驱动单元和垂直运动单元。所述主滚筒单元包括一对主滚筒，这对主滚筒布置成相互间隔开并相互平行，并且一线锯绕这对主滚筒缠绕。所述滚筒驱动单元使主滚筒单元的主滚筒旋转。

Description

线锯装置及利用该装置的加工方法
技术领域
本发明涉及线锯装置及利用该线锯装置的加工方法，且更具体地涉及切割由诸如半导体材料、石英或石头的硬质材料制成的待加工物体的线锯装置及利用该线锯装置的加工方法。
背景技术
通常，大部分的半导体或集成电路装置由硅基板制造。未被加工且具有随机排列的微晶体的多晶硅用作硅基板的材料。
但是，多晶硅并不具有制造半导体装置所需的重要电特性。因此，为了形成单晶硅，在将高纯度的多晶硅加热到约1400℃的温度并形成熔融材料之后，将单晶硅种晶加到熔融材料中并对熔融材料进行拉制，以使待加工的单晶物体具有相同排列的种晶。
使金刚砂或碳化硼多刃锯(slurry saw)落在缠绕滚筒的线锯上并利用多刃锯切割待加工物体的方法被用作将如上所述制造的待加工物体切割成各个晶片的方法。
在待加工物体沿垂直于线锯的方向线性运动过等于或大于待加工物体的最大直径的行程而与线锯接触时，在利用多刃锯的传统线锯装置中进行切割。
但是，在传统的线锯装置中，主滚筒之间的距离是固定不变的。具体地说，当加工小直径的待加工物体时，主滚筒之间的距离大于待加工物体的直径。因此，出现这样的问题，在利用线锯进行加工时切割表面的加工精度因线锯的振动和抖动而下降。
因此，带来了下述多种问题。也就是说，当对石头等进行切片时，石头的厚度变得不均匀，这会导致厚度小的部分发生破裂。此外，当对晶片等进行切片时，需要在诸如研磨的后期加工中对其进行处理。
此外，当加工其内具有空腔的中空物体时，虽然不需要对空腔进行加工，但是线锯的运动距离也应当与待加工物体的直径相等。因此，出现了许多加工时间并不是必须的这样的问题。
发明内容
[技术问题]
本发明的目的在于提供一种线锯装置以及利用该线锯装置的加工方法，通过在利用该线锯装置进行加工时使线锯的抖动最小化可精确地加工待加工物体的表面，并且可准确并迅速地切割中空的待加工物体。
[技术方案]
为了实现上述目的，根据本发明的实施方式，提供一种线锯装置，其加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体。该线锯装置包括主滚筒单元、滚筒驱动单元和垂直运动单元。所述主滚筒单元包括一对主滚筒，这对主滚筒布置成相互间隔开并相互平行，一线锯绕这对主滚筒缠绕。所述滚筒驱动单元使所述主滚筒单元的主滚筒旋转。所述垂直运动单元相对于待加工物体沿垂直方向驱动所述主滚筒单元。
在所述线锯装置中，所述一对主滚筒可设置有轴间距离调节单元，该轴间距离调节单元使所述主滚筒的一个或两个轴移动，以根据待加工物体的尺寸调节所述主滚筒的轴之间的距离。
在所述线锯装置中，所述主滚筒单元可包括供固定所述一对主滚筒的外壳。所述轴间距离调节单元可包括供固定所述主滚筒的支撑件和设置在所述支撑件与所述主滚筒单元的外壳之间的滚珠丝杠单元，并且所述主滚筒的轴之间的距离得以调节。所述滚珠丝杠单元可包括：丝杠，其由调节电机旋转驱动并固定于所述外壳上；以及螺母，其固定于所述支撑件的下端并与所述丝杠接合，以通过所述丝杠的旋转使所述支撑件能沿该丝杠的轴向方向相对于所述外壳运动。在所述外壳的设置所述轴间距离调节单元的部分处形成有引导槽，该引导槽用于引导所述主滚筒的轴。
根据本发明的另一实施方式，提供一种线锯装置，其加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体。所述线锯装置包括主滚筒单元、滚筒驱动单元、垂直运动单元和旋转驱动单元。所述主滚筒单元包括一对上主滚筒和一对下滚筒，这些主滚筒布置成相互间隔开并相互平行，一线锯绕所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒缠绕。所述滚筒驱动单元使所述主滚筒单元的所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒旋转。所述垂直运动单元相对于待加工物体沿垂直方向驱动所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒。所述旋转驱动单元设置在所述一对下主滚筒下方并使待加工物体旋转。在所述线锯装置中，所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒中的一对或这两对都设置有轴间距离调节单元，该轴间距离调节单元使所述主滚筒的轴中的一个或两个移动，以根据待加工物体的尺寸调节所述主滚筒的轴之间的距离。
在所述线锯装置中，所述主滚筒单元可包括供固定所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒的外壳。所述轴间距离调节单元可包括供固定所述主滚筒的支撑件和滚珠丝杠单元，该滚珠丝杠单元设置在所述支撑件和所述主滚筒单元的外壳之间，并且所述主滚筒的轴之间的距离得以调节。所述滚珠丝杠单元可包括：丝杠，其由调节电机旋转驱动并固定于所述外壳上；以及螺母，其固定于所述支撑件的下端并与所述丝杠接合，以通过所述丝杠的旋转使所述支撑件能沿该丝杠的轴向方向相对于所述外壳移动。在所述外壳的设置所述轴间距离调节单元的部分处形成有引导槽，该引导槽用于引导所述主滚筒的轴。
在所述线锯装置中，所述支撑件和所述外壳之一可设置有滑动件，并且所述支撑件和所述外壳中的另一个可设置有引导所述滑动件的轨道。
在所述线锯装置中，所述旋转驱动单元可包括旋转驱动电机和旋转部分，该旋转部分由所述旋转驱动电机旋转驱动，并且待加工物体设置在该旋转部分中。
在所述线锯装置中，所述垂直运动单元可包括丝杠和螺母。所述丝杠垂直地设置在所述主滚筒单元的两侧上，从而相互间隔开并通过垂直驱动电机旋转。所述螺母固定于所述主滚筒单元上，与所述丝杠接合，并通过所述丝杠的旋转而沿垂直方向运动。
根据本发明的另一实施方式，提供一种利用线锯装置加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体的方法，该线锯装置包括一对主滚筒，一线锯绕这对主滚筒缠绕，并且这对主滚筒在旋转的同时沿垂直方向运动。该方法包括：步骤(a)将待加工物体固定于该对上主滚筒上方；和步骤(b)使该对上主滚筒向上运动，以利用绕该对上主滚筒缠绕的线锯从下侧朝向上侧对待加工物体进行加工。
所述方法还可包括步骤(c)，在步骤(b)之前根据待加工物体的尺寸调节该对上主滚筒的轴之间的距离。根据本发明的另一实施方式，提供一种利用线锯装置加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体的方法，该线锯装置包括一对主滚筒，一线锯绕这对主滚筒缠绕，并且这对主滚筒在旋转的同时沿垂直方向运动。该方法包括：步骤(a)将待加工物体固定于所述一对主滚筒下方；步骤(b)使固定于所述一对主滚筒下方的中空待加工物体旋转，和步骤(c)使所述一对主滚筒单元向下运动，以利用绕该对主滚筒缠绕的线锯从上侧朝向下侧对待加工物体进行加工。
所述方法还可包括步骤(d)，在步骤(c)之前根据待加工物体的尺寸调节所述一对上主滚筒的轴之间的距离。
[技术效果]
根据本发明，用于对待加工的小实心物体进行加工的线锯的宽度通过上述结构而得以适当减小，从而在加工过程中防止线锯抖动和张力变化。因此，可以将待加工物体加工成具有均匀的厚度。
因此，即使在将石头等切片成具有较小的厚度时，也可防止由于局部厚度较小而导致的破裂。因此，可以提高产品合格率。
另外，当对晶片进行切片时，可以防止出现要在诸如研磨的后期加工中对不规则表面再次进行加工这样的问题。因此，可减少制造费用和时间。
另外，在线锯从待加工物体的下侧朝向其上侧运动的同时进行加工。可以更精确地加工待加工表面。
此外，当切割中空待加工物体时，减小了线锯的运动行程，从而减少了待加工物体的加工时间。因此，提高了加工产率并改善了切割表面的粗糙度。
同时，由于可在同一装置中实现两种不同的加工操作，所以不需要采用分开的装置。因此，可以在成本效率和空间效率方面获得优势。
附图说明
图1是根据本发明的线锯装置的前视图；
图2是根据本发明的线锯装置的侧视图；
图3是根据本发明的线锯装置的平面图；
图4是根据本发明的轴间距离调节单元的前视图；
图5是根据本发明的轴间距离调节单元的侧视图；
图6是表示利用由根据本发明的线锯装置加工的石头的落地灯的视图。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施方式。
图1是根据本发明的线锯装置的前视图。图2是根据本发明的线锯装置的侧视图。图3是根据本发明的线锯装置的平面图。
根据本发明的线锯装置包括：线锯W缠绕于其上的多个主滚筒单元10；旋转地驱动多个主滚筒单元10的滚筒驱动单元20；使主滚筒单元10相对于待加工物体沿垂直方向运动的垂直运动单元30；驱动垂直运动单元30的垂直驱动单元40；和使待加工物体旋转的旋转驱动单元50。
主滚筒单元10包括：中空的盒状外壳11；一对上主滚筒10a和10b，它们设置在外壳11的前侧上并布置成相互间隔开并相互平行；以及一对下主滚筒10c和10d。
线锯W从第一卷筒100上退绕、由引导滚筒101引导、在主滚筒10a、10b、10c和10d周围缠绕几次、由引导滚筒201引导并返回第二卷筒200。
固定于滚筒轴13a、13b、13c和13d上的线轴12a、12b、12c和12d分别设置在主滚筒10a、10b、10c和10d的前端上。线锯绕线轴缠绕。
滚筒驱动单元20包括：驱动电机21；沿垂直方向引导驱动电机21的导柱22；驱动带轮21a，其设置在驱动电机21的驱动轴的一端处；带23，其从驱动带轮21a向主滚筒10a、10b、10c和10d传送动力；和主滚筒带轮24a、24b、24c和24d，它们分别固定于主滚筒10a、10b、10c和10d的后端上并从带23接收动力。
图4是根据本发明的轴间距离调节单元的前视图。图5是根据本发明的轴间距离调节单元的侧视图。
在该实施方式中，如图4所示，在作为上主滚筒10a和10b中的一个的上主滚筒10a上，在外壳11的后部处设置轴间距离调节单元60，其调节上主滚筒10a和10b的轴之间的距离。
轴间距离调节单元60包括：支撑件61，主滚筒10a固定于其上；固定于支撑件61的上部和下部的滑动件62；轨道63，它们固定于外壳11上以使滑动件62可以滑动；滚珠丝杠单元64，其包括固定于支撑件61的下端上的螺母64a和可沿螺母64a的轴向方向作相对运动并固定于外壳11上的丝杠64b；和调节电机66，其通过带65使滚珠丝杠单元64的丝杠64b旋转。
其他主滚筒10b、10c和10d在外壳11的后部固定，但是与轴间距离调节单元60相对应的主滚筒10a固定于支撑件61上。
在外壳11的供安装轴间距离调节单元60的部分处形成有矩形引导槽11a。该矩形引导槽确保用于使可移动的主滚筒10a的轴13a移动所需的空间并引导该轴。
当轴间距离调节单元60的调节电机66被驱动时，固定于电机66的轴的一端上的带轮66a旋转。因此，带65旋转且固定于丝杠64b一端处的丝杠带轮64c旋转，从而使丝杠64b旋转。
螺母64a因丝杠64b的旋转而在丝杠64b上运动，以使固定于螺母64a上的支撑件61的滑动件62沿固定于外壳11的轨道63运动。结果，使支撑件61运动。
调节电机66的驱动方向改变时，支撑件61的运动沿左右方向调节。因此，能根据待加工物体的尺寸自由调节轴之间的距离。
在该实施方式中，轴间距离调节单元60仅设置在上主滚筒10a上，但是也可以独立地或额外地设置在其他主滚筒10b、10c和10d上。
垂直运动单元30是滚珠丝杠单元，且包括垂直地设置在线锯装置两侧上的丝杠30a和被固定于外壳11上并能因丝杠30a沿垂直方向的旋转而向上或向下运动的螺母30b。
垂直驱动单元40包括：垂直驱动电机41；固定于垂直驱动电机41的轴的一端上的驱动带轮42；传送驱动带轮42的动力的带43；和设置在丝杠30a的下端处并从带43接收动力的从动带轮44。
旋转驱动单元50包括：旋转驱动电机51，其设置在线锯装置的下中央部分处；驱动带轮52，其固定于旋转驱动电机51的驱动轴的一端上；带53，其传送驱动带轮52的动力；旋转轴带轮55，其与带53连接并设置在旋转轴54的固定于待加工物体的中心处的一端处；以及接合器(adaptor)56，其设置在旋转轴54的另一端处。
在本发明的实施方式中，旋转驱动电机51被定位在线锯装置的下中央部分处。但是，旋转驱动电机的位置并不限于此，也可定位在侧部或其他部分上。
接合器56具有环形的圆筒形状，且接合器的外部尺寸可根据下侧待加工物体的中空部分的尺寸而改变。接合器并不限于此，其可具有任意结构只要能保持待加工物体即可。
当旋转驱动单元50并不需要被旋转时，待加工物体可仅固定于旋转轴54的接合器56上。
在本发明的实施方式中已经对带式滚筒驱动单元20、垂直驱动单元40和旋转驱动单元50进行了描述，但是这仅是说明性的。可以使用任意其他动力传送装置，诸如齿轮和链条，只要这些单元能传送动力即可。
下面将关于上侧和下侧待加工物体描述该实施方式的操作。
首先，下面将描述上侧待加工物体I1的加工。
由于轴间距离调节单元60在该实施方式中设置在上滚筒单元10a上，因此优选的是，在线锯装置的上部处加工具有相对较小直径的待加工物体。
首先，将上侧待加工物体I1固定于设置在线锯装置上部处的上侧物体固定单元300上，且上主滚筒10a通过轴间距离调节单元60沿如图1中所示的箭头方向移动，从而根据待加工物体的尺寸适当地调节主滚筒10a和10b之间的距离。
然后，如果垂直驱动电机41操作，则丝杠30a旋转且螺母30b向上运动，从而使主滚筒单元10向上运动。因此，当上主滚筒10a和10b之间的线锯W从上侧待加工物体I1的下侧朝向其上侧运动时，进行切片。
在为进行加工而利用轴间距离调节单元60适当地调节主滚筒单元10a和10b之间的距离后，对待加工物体进行切割。因此，防止在线锯的加工过程中出现抖动和振动。因此，提高了待加工物体的切割表面的加工精度，这尤其在以小厚度切片时非常有效。
此外，当待加工物体被固定在上部时，在线锯从待加工物体的下侧朝向其上侧运动时进行切片。也就是说，待加工物体的被切片的切割部分在悬挂的情况下被加工。因此，由于其自重，被切片的每个切割部分上均被施加有向下的力。该自重防止在线锯的加工过程中切割部分出现抖动。
也就是说，由于根据本发明的装置防止了线锯的抖动和待加工物体的抖动，因而该装置在以小厚度切割物体的切片情况下尤其有利。
下面，将描述下侧待加工物体I2的加工操作。
在该实施方式中，用于待加工物体的旋转驱动单元50设置在下侧，且轴间距离调节单元60设置在上侧。因此，优选的是，在下侧加工直径相对较大的中空待加工物体。
首先，如果将下侧待加工物体I2固定于旋转轴54上，然后驱动旋转驱动电机51，则设置在旋转驱动电机51的轴的一端处的驱动带轮52的动力被传送至设置于旋转轴54的端部处的带轮55。因此，中空待加工物体I2旋转。
接着，如果沿与上侧加工情况相反的方向操作垂直驱动电机41，则丝杠30a沿相反方向旋转且螺母30b向下运动，从而使主滚筒单元10向下运动。因此，在下主滚筒10c和10d之间的线锯W与待加工物体I2的上部接触的同时，进行切片。
在对上侧待加工物体I1进行加工的情况下，主滚筒单元10的向上或向下运动行程大致等于上侧待加工物体I1的直径d。相反，在对下侧待加工物体I2进行加工的情况下，由于下侧待加工物体I2旋转且待加工物体具有中空形状，因而主滚筒单元10的向上或向下运动行程大致等于下侧待加工物体I2的实心部分的厚度r，而不是其直径D。
因此，在对下侧待加工物体I2进行加工的情况下，即使主滚筒单元仅向下运动了厚度r，也能对整个中空待加工物体I2完全切片。结果，减少了加工所需的时间，从而提高了生产率。由于运动行程被减少，所以改善了待加工物体的切割表面的粗糙度。
此外，根据该实施方式的线锯装置可以利用同一装置对具有不同尺寸的实心和中空的待加工物体进行切割。
图6是表示利用由根据本发明的线锯装置加工的石头的落地灯的视图。
通过利用线锯装置以小厚度加工诸如大理石的石头，以使石头能被用作如图6所示的落地灯的灯罩100的材料。因此，在照明过程中可以利用石头的天然图案。
在本发明的实施方式中，将用于制造晶片、石英、石头等的硅锭作为待加工物体进行描述。但是，待加工物体并不限于此，也可以同样方式加工其他硬质材料。
工业实用性
根据本发明，可以提供一种线锯装置，通过在利用该线锯装置进行加工时使线锯的抖动最小化可精确地加工待加工物体的表面，并且可准确且迅速地切割中空待加工物体。

Claims (13)

1、一种线锯装置，其加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体，该线锯装置包括：
主滚筒单元，该主滚筒单元包括一对主滚筒，这对主滚筒布置成相互间隔开并相互平行，一线锯绕这对主滚筒缠绕；
滚筒驱动单元，该滚筒驱动单元使所述主滚筒单元的主滚筒旋转；和
垂直运动单元，该垂直运动单元相对于待加工物体沿垂直方向驱动所述主滚筒单元。
2、根据权利要求1所述的线锯装置，其中所述一对主滚筒设置有轴间距离调节单元，该轴间距离调节单元使所述主滚筒的一个或两个轴移动，以根据待加工物体的尺寸调节所述主滚筒的轴之间的距离。
3、根据权利要求2所述线锯装置，其中所述主滚筒单元包括供固定所述一对主滚筒的外壳，
所述轴间距离调节单元包括供固定所述主滚筒的支撑件和设置在所述支撑件与所述主滚筒单元的外壳之间的滚珠丝杠单元，并且所述主滚筒的轴之间的距离得以调节，
所述滚珠丝杠单元包括：丝杠，其由调节电机旋转驱动并固定于所述外壳上；以及螺母，其固定于所述支撑件的下端并与所述丝杠接合，以通过所述丝杠的旋转使所述支撑件能沿该丝杠的轴向方向相对于所述外壳运动，并且
在所述外壳的设置所述轴间距离调节单元的部分处形成有引导槽，该引导槽用于引导所述主滚筒的轴。
4、一种线锯装置，其加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体，所述线锯装置包括：
主滚筒单元，该主滚筒单元包括一对上主滚筒和一对下滚筒，这些主滚筒布置成相互间隔开并相互平行，一线锯绕所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒缠绕；
滚筒驱动单元，所述滚筒驱动单元使所述主滚筒单元的所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒旋转；
垂直运动单元，所述垂直运动单元相对于待加工物体沿垂直方向驱动所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒；和
旋转驱动单元，所述旋转驱动单元设置在所述一对下主滚筒下方并使待加工物体旋转。
5、根据权利要求4所述的线锯装置，其中所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒中的一对或者两对设置有轴间距离调节单元，该轴间距离调节单元使所述主滚筒的轴中的一个或两个移动，以根据待加工物体的尺寸调节所述主滚筒的轴之间的距离。
6、根据权利要求5所述的线锯装置，其中所述主滚筒单元包括供固定所述一对上主滚筒和所述一对下主滚筒的外壳，
所述轴间距离调节单元包括供固定所述主滚筒的支撑件和滚珠丝杠单元，该滚珠丝杠单元设置在所述支撑件和所述主滚筒单元的外壳之间，并且所述主滚筒的轴之间的距离得以调节，
所述滚珠丝杠单元包括：丝杠，其由调节电机旋转驱动并固定于所述外壳上；以及螺母，其固定于所述支撑件的下端并与所述丝杠接合，以通过所述丝杠的旋转使所述支撑件能沿该丝杠的轴向方向相对于所述外壳移动，并且
在所述外壳的设置所述轴间距离调节单元的部分处形成有引导槽，该引导槽用于引导所述主滚筒的轴。
7、根据权利要求3或6所述的线锯装置，其中所述支撑件和所述外壳之一设置有滑动件，并且所述支撑件和所述外壳中的另一个设置有引导所述滑动件的轨道。
8、根据权利要求1或4所述的线锯装置，其中所述旋转驱动单元包括旋转驱动电机和旋转部分，该旋转部分由所述旋转驱动电机旋转驱动，并且待加工物体设置在该旋转部分中。
9、根据权利要求1或4所述的线锯装置，其中所述垂直运动单元包括：丝杠，所述丝杠垂直地设置在所述主滚筒单元的两侧上，从而相互间隔开并通过垂直驱动电机旋转；和螺母，所述螺母固定于所述主滚筒单元上，与所述丝杠接合，并通过所述丝杠的旋转而沿垂直方向运动。
10、一种利用线锯装置加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体的方法，该线锯装置包括一对主滚筒，一线锯绕这对主滚筒缠绕，并且这对主滚筒在旋转的同时沿垂直方向运动，该方法包括下列步骤：
(a)将待加工物体固定于所述一对主滚筒上方，和
(b)使该对主滚筒向上运动，以利用绕该对主滚筒缠绕的线锯从下侧朝向上侧对待加工物体进行加工。
11、根据权利要求10所述的方法，该方法还包括以下步骤：
(c)在步骤(b)之前根据待加工物体的尺寸调节所述一对主滚筒的轴之间的距离。
12、一种利用线锯装置加工硅锭、石英和石头中的任意一种待加工物体的方法，该线锯装置包括一对主滚筒，一线锯绕这对主滚筒缠绕，且这对主滚筒在旋转的同时沿垂直方向运动，该方法包括下列步骤：
(a)将中空待加工物体固定于所述一对主滚筒下方；
(b)使中空待加工物体旋转；和
(c)使所述一对主滚筒向下运动，以利用绕所述一对主滚筒缠绕的线锯从上侧朝向下侧对待加工物体进行加工。
13、根据权利要求12所述的方法，该方法还包括以下步骤：
(d)在步骤(c)之前根据待加工物体的尺寸调节所述一对主滚筒的轴之间的距离。
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