CN102548696A - 供线锯装置所用的滑轮、线锯装置及操作方法 - Google Patents

Abstract

在此描述一种用于线锯装置(100、200)的滑轮，所述滑轮具有形成锯线网的锯线10。所述滑轮包括：所述滑轮轴周围的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；以及在所述轮部的径向外侧的锯线导引部，具有用于导引所述锯线的沟槽结构。

Description

供线锯装置所用的滑轮、线锯装置及操作方法

技术领域

本发明的实施例涉及用于线锯装置中的滑轮、线锯装置、线锯装置的用途、以及用于操作线锯装置的方法。更具体地，这些实施例涉及配置用于线锯装置的滑轮，以及用于切割或切锯坚硬材料(诸如硅块或石英块)、例如切割硅晶片的线锯装置，用于方块切锯装置(squarer)、用于截切器等的线锯装置。

发明背景

现有线锯装置用于从诸如硅的坚硬材料片切割块体或材料砖、薄片(例如半导体晶片)。在此类装置中，拉伸的锯线从卷线轴馈送，且由滑轮导引并拉张，以在切割区域中导引锯线。用于切锯的锯线大体上设有磨料材料。一个选项是，可提供磨料材料作为浆料。这可在锯线接触待切割的材料之前快速完成。因此，磨料被用于切割材料的锯线携带至切割位置。另一个选项是，磨料可设于具有涂层的锯线上。举例而言，钻石粒子可设于例如具有涂层的金属线上，其中所述钻石粒子嵌在锯线的涂层中。因此，磨料紧紧地与锯线相连。

大体而言，目前的趋势是使用较细的锯线以减少切割厚度，因此减少废弃的材料。亦期望使用钻石锯线。所述较细的锯线与钻石锯线通常易损坏，且在高应变下所述锯线更容易断裂。进一步地的，期望加快切割速度，以提高线锯装置的处理量。片材移动通过锯线网的最大速度以及给定量的时间内最大的有效切割面积受到以下因素限制：锯线速度、待切锯材料的硬度、扰动影响及期望精度等。当速度加快时，停止机器将越来越难。因此，上述避免损坏锯线、锯线断裂的问题在更高的切锯速度下更为严峻。

发明内容

根据上文所述，提供了：根据独立权利要求1所述的滑轮，所述滑轮配置用于具有形成锯线网的锯线的线锯装置；根据权利要求14所述的线锯装置；以及根据独立权利要求18项所述的操作线锯装置的方法。进一步的优点、特征、方面与细节可根据从属权利要求、说明书及附图显而易见。

根据一个实施例，提供一种滑轮，所述滑轮配置用于具有形成锯线网的锯线的线锯装置。所述滑轮包括：围绕滑轮轴的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；以及锯线导引部，所述锯线导引部位于所述轮部的径向外侧，具有用于导引所述锯线的沟槽结构。

根据另一实施例，提供一种具有形成锯线网的锯线的线锯装置。所述线锯装置包括滑轮，所述滑轮配置用于所述线锯装置。所述滑轮包括：围绕滑轮轴的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；以及锯线导引部，所述锯线导引部位于所述轮部的径向外侧，具有用于导引所述锯线的沟槽结构。

根据又一实施例，提供一种操作线锯装置的方法，所述线锯装置具有形成锯线网的锯线。所述方法包括以下步骤：提供多个滑轮，所述滑轮具有围绕滑轮轴的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；向所述锯线施加一电位的偏压；以及在所述锯线接触所述轮部期间，监视所述线锯装置中电流的存在。

各个实施例还涉及用于执行所揭示方法的设备以及包括用于执行每一所述方法步骤的设备元件。这些方法步骤可通过硬体部件、由适当软件编程的计算机、所述二者的任何组合，或任何其他方式执行。再者，根据本发明的各个实施例亦涉及操作所述设备的方法。所述方法包括用于执行设备的每一功能的方法步骤。

附图简述

可参照各个实施例，获得如上文所简短概述的本发明的更具体描述，从而可得到详细了解本发明的前述特征的方法。附图涉及本发明的实施例，并且在下文中加以描述：

图1显示根据本文中所述的实施例的线锯装置的概略视图。

图2显示根据本文中所述的实施例的另一线锯装置的概略视图。

图3显示锯线管理单元的透视图。

图4A与图4B显示滑轮的概略视图，示出根据本发明的实施例的滑轮的实施例。

图5A与图5B显示根据本文中所述实施例的另一滑轮的概略视图。

本发明的具体描述

现在请详细地参考本发明的各个实施例，这些实施例的一个或多个示例在附图中示出。在以下对附图的描述中，相同的元件符号指相同的部件。大体而言，只针对个别实施例描述差异。每一示例是为了说明本发明而提供的，并非意图限制本发明。进一步地，作为一个实施例的一部分绘示或描述的特征可用于其他实施例或与其他实施例结合，以产生其它的实施例。本说明书旨在涵盖这种修改与变体。

再者，在以下描述中，可将锯线管理单元理解成操纵锯线向线锯装置(例如截切器、方块切锯装置或晶片切割线锯)的切割区域或工作区域的供给的装置。一般而言，线锯包括锯线导件，用于在锯线移动方向上运输及导引锯线，同时所述锯线管理单元提供对锯线张力的控制。再者，由锯线管理单元提供的锯线在切割区域中形成锯线网。经常，锯线网被视为由单个锯线管理单元形成的网络。应了解，锯线网可含有一个以上工作区域，所述工作区域被定义为执行切锯工艺的区域。因此，根据本文中所述的一些实施例，锯线网能具有由来自不同的锯线管理单元的锯线所形成的多重区域。

对于当前的线锯装置(像截切器、方块切锯装置或线锯)而言，期望能以高速切割诸如半导体材料(如硅或石英等)的坚硬材料。锯线速度，即锯线移动穿过线锯装置、锯线管理单元与待切锯的材料的速度，可为例如10m/s(米/秒)或更高。一般而言，锯线速度可在15至20m/s的范围内。然而，25m/s至30m/s的更高锯线速度亦是合乎需要的，且能够在某些条件下实现。

对于以期望的锯线速度展开锯线而言，卷线轴以高达每分钟数千转的速度旋转。例如，可提供1000至2000rpm用于展开锯线。

图1显示线锯装置100。如可从在锯线网隔室110中的形成锯线网的锯线10的图案所见，图1所示的示例为方块切锯装置。所述线锯装置的外壳分隔成不同区域，如虚线所示。锯线网形成于锯线网隔室110中。进一步地，设置外壳部份111以容纳线锯装置110的更多部件与设备。举例而言，可设置锯线操纵装置隔室112与电气箱114。在另一外壳部份111内，亦可设置槽120与124以及相应的泵121与125。

根据一些实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，第一槽120可用于未使用的冷却流体(例如在以钻石锯线操作线锯装置的实例中)，或者例如用于未使用(新鲜的)浆料(在以需要附加磨料的锯线操作线锯装置100的实例中)。泵121将冷却流体(或浆料)向切割区域中的期望位置抽吸。这在图1中由导管122指示。使用过的冷却流体(或浆料)可通过导管126回流，并且由泵125抽吸进入第二槽124。在使用冷却流体或浆料的那些实例中，一部分使用过的可消耗流体在重新注入槽120中时能够再度使用。因此，根据不同实施例，仅有一部份可消耗流体、或所有的可消耗流体、或没有任何可消耗流体能再使用，并且因此可重新注入槽120中。在一示例中，附加的阀可设于导管126中，以供选择性地挑选使用过的流体抽吸送入的槽。根据另一示例，可设置槽124与槽120之间的流体连接，以使一部分的使用过的流体重新注入槽120中。根据不同实施例，如上文已然描述地，可消耗的流体可为冷却流体或浆料。大体而言，倘若使用浆料，浆料亦接替冷却所述锯线所切割材料的位置的功能。

在锯线操纵隔室112中，设置两个处理区段，用于分别将锯线10传递至切割区域，并且从切割区域接收锯线。根据一些实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，锯线设于卷线轴132上，所述卷线轴132绕卷线轴的轴线132a旋转。锯线在多个滚子134上受到导引，进入锯线网隔室110。其它滑轮134、136将锯线10导引进入切割区域以形成锯线网。因此，需要另外的滑轮(图中未示出)将锯线10从一个滑轮136导引至另一个滑轮136。为了避免非必要的复杂度，这些另外的滑轮未在图1中示出。在切割后，锯线由其它滑轮134导向锯线操纵隔室112，并且被设置在绕卷线轴的轴线130a旋转的卷线轴130上的滑轮134上方。

根据另外的实施例(这些可与本文中所述的其他实施例结合)，锯线操纵系统可适于双向使用，从而在一个方向上，锯线从卷线轴132馈送至卷线轴130，而在另一方向上，锯线从卷线轴130馈送至卷线轴132。因此，根据典型的实现，对应于卷线轴130与132的两个单元包括类似的部件(诸如滑轮等)，以在两个切锯方向上进行相对应的锯线操纵。双向使用线锯装置在使用钻石锯线时特别受到瞩目。

一般而言，以10m/s以上的锯线速度将锯线从锯线操作隔室导引至锯线切割区域并且返回，所述速度一般在15至20m/s的范围内，或甚至高达20m/s或30m/s。待切割的材料定位于支撑件140上。支撑件140以及由滑轮136限定的锯线网能相对于彼此移动，以致能进行材料切割。根据一个实施例，滑轮136维持在固定的位置而支撑件314将待切割的材料移动通过锯线网，同时锯线处于约10m/s以上的速度。为易于了解，在图1中支撑件140的移动垂直于附图的平面。根据另一实施例，滑轮136乃至于由锯线10生成的锯线网相对于支撑件140移动而使锯线切穿材料。根据又一实施例，支撑件140与锯线网二者可相对彼此移动。

如图1中虚线所示，电气箱114可用来控制不同部件的操作。举例而言，能够控制支撑件140的移动、泵121与125的操作、卷线轴130及132的旋转。再者，附加地或可任选地，可测量槽120与124的填充高度，并且将相应信号馈送至控制单元。根据又一实施例，可将其他控制信号与监视信号馈送进出电气箱114。举例而言，来自驱动卷线轴的马达的信号、来自锯线张力器的信号、送至锯线张力器的信号、用于馈送可消耗流体(诸如冷却流体或浆料)的压力信号、或锯线断裂检测信号可馈送进入电气箱或从电气箱送出。尽管图1显示整合至线锯装置100的电气箱114，本领域技术人员也可清楚了解大体上能在线锯装置中的不同位置设置电气箱或控制单元(例如线锯装置的外部)，且因此能提供相应的送至控制单元与送出控制单元的控制信号。

图2中显示线锯装置200的另一示例。如从在锯线网隔室110中的锯线10所形成的锯线网所见，图2中所示的系统可用于切片晶片，即所述系统为线锯。根据关于图2所绘示的实施例，设置两个锯线操纵隔室212a与212b。锯线操纵单元的每一个将锯线10朝锯线网馈送，且锯线在滑轮134上方受到导引以形成锯线网。如图2所示，锯线网由两个相邻的区域形成，其中来自各锯线操纵单元的锯线用于形成锯线网的一个区域。如关于图1在上文中所述，设置滑轮134以导引锯线。据此，关于图1所描述的实施例能相应地形成以供图2的线锯装置所用。

根据不同的实施例，线锯装置可为截切器、方块切锯装置、线锯或多重线锯。因此，了解到截切器为可用于从在方块切锯装置中分成块料的块料或块体切锯末段片材的装置。方块切锯装置是大体上将硅锭切锯成期望尺寸的方块，以使线锯或多重线锯能在晶片加工工艺中从块料切锯晶片的一种线锯。本文中的锯线管理单元对作为方块切锯装置的线锯装置，但不限于方块切锯装置特别有用。

在使用细锯线或者具有涂层(例如钻石涂层)的锯线时，上述系统特别有用。据此，在可与本文中所述的其他实施例结合的实施例中，本文中所述的锯线操纵区段与线锯装置适于具有约400μm以下的直径的细锯线，诸如介于约200μm至约400μm之间的直径，更具体地是介于约200μm至约300μm之间。然而，在其他实例中，实施例亦可具有低至100μm或甚至80μm的锯线直径。进一步地，锯线操纵区段以及本文中所述的线锯装置适于涂布的锯线，例如具有镶嵌有钻石粒子的镍涂层的锯线。此类锯线一般可具有约300μm至约400μm的直径，例如310μm至340μm。对于那些锯线而言，扭转锯线可能增加锯线断裂的风险，或者损坏涂层的风险，由此无扭转的操作是有利的。通过使用钻石锯线，处理量可增加2倍以上。在方块切锯装置的实例中，以此方式可达成100MW以上的处理速率。当使用钻石锯线时，线锯的其它零件可适用于钻石锯线。例如，机械零件、电子零件和/或软件可适用于钻石锯线。

一般而言，本文中所述的滑轮的实施例被适配或配置成用于线锯装置，这些滑轮的实施例能在线锯装置中使用，和/或能作为线锯装置的一部分。除了能用于使滑轮适配或配置成用于线锯装置的其他方面之外，滑轮能够具有沟槽结构，所述沟槽结构用于导引具有400μm以下的粗细度的锯线，或者上文提及的任何其他直径的粗细度。因此，已注意到：沟槽结构是针对锯线直径以及切割工艺设计，以便于允许高精确切割，例如精度为250μm以下，或甚至50μm以下。

在下文中，描述进一步的实施例，这些实施例的元件可与本文中所述的其他实施例的任何元件结合。在下文的描述中，仅描述与先前或其他已述的实施例中元件有所不同的元件。应了解，关于其他实施例描述的部件、方面与细节也能应用到没有描述所有部件、方面或细节的那些实施例中。

图3显示根据一些实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)的锯线管理单元的透视图。图3的实施例包括安装在卷线轴杆310上的卷线轴312，而滑轮320、330与340被布置成导引锯线，特别是以锯线追踪系统导引锯线。锯线追踪系统的示例2009年2月17日提交的、题为“线锯装置与用于操作线锯装置的方法”(Wire saw device and method for operating same)的欧洲专利申请No.09153051.9文件中描述，该申请的全文在此并入本文作为参考，且与本发明所揭示的部分无不一致之处。此外，可见到凹部116。所述凹部116设于主框架部分中。凹部的尺寸被调整和安排成至少部分地容纳第一滑轮320。此凹部使第一滑轮320乃至卷线轴312置于更接近主框架部分，同时使得第一滑轮320的运动轨迹覆盖锯线搭载区域213a的大部分或全部范围。进一步地，滑轮搭载单元324设置成可收回或伸缩式杆。可收回或伸缩式杆沿平行于卷线轴轴线的杆轴线可在纵轴方向移动。所述杆被可纵轴方向移动地安装至主框架部分的壁部，例如凹部116的壁部。

进一步地的，在图3的实施例中，主框架部分包括安装有第二及第三滑轮330、340的安装构件314。安装构件314作为主框架部分的一部分，刚性连接至线锯装置的底盘。尽管在图3的特定实施例中也可能有安装构件的其他设计，但所述安装构件是杆，更具体地是L形杆，所述L形杆的第一腿部114a延伸至主框架部分的侧表面(即平行于x轴延伸)，并且所述L形杆的第二腿部114b与第一腿部形成大致直角，并且延伸至主框架部分的顶表面(即平行于z轴延伸)。独立于所示的实施例，普遍方面是第一滑轮320与第二滑轮330(以及视情况任选的其他滑轮，诸如第三滑轮和/或第四滑轮)安装在公共安装构件上，特别是在单体安装构件上。

进一步地，图中显示第四滑轮350。第四滑轮350接纳来自第三滑轮340的锯线，并且按第四转向角使锯线转向。第四滑轮350以可旋转的方式安装至框架，以供绕第四滑轮轴旋转。在此，第四转向角大约是90度。在其他实施例中，第四转向角可介于60度至120度之间。第四滑轮轴基本上平行于卷线轴的轴线。进一步地，第四滑轮轴基本上垂直于第一滑轮轴、第二滑轮轴与第三滑轮轴。在其他实施例中，第四滑轮轴可基本上平行于这些轴线的至少之一。

图3的实施例进一步包括用以控制锯线的张力的锯线张力器。锯线张力器包括第五滑轮360以及第六滑轮370，第五滑轮360可旋转地安装至框架以绕第五滑轮轴362旋转，而第六滑轮370可旋转地安装至可动构件374以绕第六滑轮轴372旋转。可动构件374可移动地安装于主框架部分上。可动构件374的移动可由马达控制，或者可动构件374可预先偏置(例如藉由弹簧)以控制锯线张力。在图3中，可动构件374显示为预偏置的转动杠杆。线锯张力器接纳来自第四滑轮350的锯线10并且将锯线10提供至锯线网(至图3中所示的锯线管理单元的右边)。更精确地，第五滑轮360接纳来自第四滑轮350的锯线10，并且使锯线偏转第五偏转角，随后第六滑轮370接纳来自第五滑轮360的锯线10并且使锯线偏转第六偏转角。

根据上文所定义的x-y-z坐标系，如图3的实施例中所示，普遍方面满足下文所列的至少一种条件(在一些实施例中，甚至所有条件)；

锯线张力器位于卷线轴312的一侧上，基本上相对于第一滑轮320；

介于第四滑轮与锯线张力器之间(具体的是介于第四滑轮与第五滑轮之间)的锯线，主要沿z轴延伸；

介于第五滑轮与第六滑轮之间的锯线主要沿y轴延伸；

锯线以基本上平行y轴的方式离开第六滑轮；

第五与第六滑轮各自具有基本上在x方向延伸的轴线；

第五转向角在60度至90度的范围内，基本上在80度至90度的范围内；和/或

第六转向角约180度。

大体而言，在可与本文中所述的其他实施例结合的实施例中，所述滑轮具有至少一个以下半径，而在一些实施例中具有以下所有半径：卷线轴杆310具有约150mm的直径。第一滑轮320与第二滑轮330具有介于100mm至150mm之间的直径，特别是112mm(在此，直径意思是由锯线观察到的直径，即在锯线导引沟内的直径)。第三滑轮340具有介于140mm至170mm之间的直径，具体而言是158mm。第四滑轮350具有类似于第一滑轮320的直径。第五滑轮360与第六滑轮370具有类似于第三滑轮340的直径。

继续描述图3，除了锯线操纵区段300(在下文中亦称之为主要锯线操纵区段300)外，图3中的锯线管理单元亦具有次要锯线操纵区段300b。在此，“主要”与“次要”二词仅是为了便于分辨，而非暗指所述锯线操纵区段与卷线轴等的分级次序或功能次序。次要锯线操纵区段300b类似于主要锯线操纵区段300构建并且具有与主要锯线操纵区段300的元件相对应的元件。次要锯线操纵区段300b的元件被标注为“次要”元件，并且被赋予元件符号310b、312b等，以对应主要锯线操纵区段300的“主要”元件310、312。因此，次要锯线操纵单元300b具有例如用于卷线轴312b的次要卷线轴杆310b、次要第一滑轮320b、次要第二滑轮330b等。次要第一滑轮320b可旋转地安装至次要滑轮搭载单元324b，以绕次要第一滑轮轴322b旋转，所述次要滑轮搭载单元可沿次要滑轮运动轨道在纵轴方向上移动。主要与次要锯线操纵区段300、300b在y方向上彼此相邻地安置。如普遍方面所述(但独立于所示的实施例)，主要与次要锯线操纵区段300、300b可安置在主框架部分的公用壁部上。进一步地，主要与次要锯线操纵区段300、300b可安置在线锯装置的公用隔室中。进一步地，如由图3所见，主要卷线轴312是有别于次要卷线轴312b的不同类型(可观察到，在次要卷线轴312b的前凸缘中缺少狭缝)。

大体而言，根据本文中所述的任何实施例，次要锯线操纵区段300b以与锯线操纵区段300相同的方式形成。主要锯线操纵区段300的元件的描述因此亦适用于相对应的次要锯线操纵区段300b的元件。

在操作的示例模式中(此后称作主要对次要卷线轴切锯)，主要锯线操纵区段将锯线从主要第一卷线轴312提供至锯线网10，以使锯线可用于在锯线网中切锯。随后次要锯线操纵区段300b接收来自锯线网的锯线10。因此，锯线10从锯线网传输到次要锯线张力器，更精确而言，传输到次要第六滑轮370b，随后传输到次要第五滑轮360b，再传输到次要第四滑轮350b、再传输到次要第三滑轮340b、再传输到次要第二滑轮330b、再传输到次要第一滑轮320b，最后卷绕于卷线轴312b上。进一步地，控制器控制次要第一滑轮320b沿次要滑轮运动轨道的运动，以使以受控制的方式将锯线卷绕到次要卷线轴312b的锯线搭载区域上。

为了接纳锯线，次要第一滑轮控制器包括锯线卷绕图案，并且被编程为确定期望的锯线卷绕位置以供在次要卷线轴的锯线搭载区域上卷绕锯线，且所述控制器向次要第一滑轮运动装置324b传送移动指令以使次要第一滑轮运动装置324b将次要第一滑轮320b移动至期望的锯线卷绕位置。

次要第二滑轮330b使锯线转向约180度，而所述次要第一滑轮使锯线转向约90度。由于所述大的次要第二滑轮330b转向角，如上文所解释地，避免了卷绕锯线期间剧烈的张力与振动，以使锯线能够牢固地卷绕，且减少了损坏锯线的风险。因此，次要第二滑轮330b可使锯线转向不低于60度，且次要第一滑轮使锯线转向不超过120度。

大体而言，设置新锯线的卷线轴的类型(称为第一卷线轴类型)有别于使用过的锯线所卷绕的卷线轴的类型(称为第二卷线轴类型)。举例而言，设置新锯线的卷线轴可为购自锯线制造商的抛弃式卷线轴。另一方面，此类卷线轴不适合用于接纳使用过的锯线，因为它们有时不能耐受使用过的锯线的高锯线张力。为了在主要对次要卷线轴切锯期间支撑这些不同类型的卷线轴，主要卷线轴杆(即主要锯线操纵区段的卷线轴杆)可适于搭载第一类型的卷线轴，而次要卷线轴杆(即次要锯线操纵区段的卷线轴杆)适于搭载第二类型的卷线轴，即第二类型有别于第一类型。

同样，在一些实施例中(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，锯线管理区段可支援双向切锯。在此，可将双向切锯理解成期间首先将锯线从主要卷线轴传输到次要卷线轴，然后从次要卷线轴传输回到主要卷线轴，再度从主要卷线轴传输到次要转线轴等的一种切锯工艺。因此，对于双向切锯而言，(主要)卷线轴312适于将锯线供给至锯线网，且亦适于从锯线网接纳使用过的锯线。类似地，次要卷线轴312b可适于将锯线提供至锯线网，并且亦适于从锯线网接纳使用过的锯线。

对于双向切锯而言，控制器适于向主要卷线轴杆以及次要卷线轴杆发送致动指令，所述致动指令在第一步骤中使第一卷线轴杆将锯线展开至第二卷线轴，并且在第二步骤中使第二卷线轴杆将锯线展开至第一卷线轴。

上述滑轮的布置在使用细锯线或具有涂层(例如钻石涂层)的锯线时特别有用。据此，在可与本文中所述的其他实施例结合的实施例中，锯线操纵区段以及本文中所述的线锯装置适于直径在约400μm以下的细锯线，所述直径诸如介于约200μm至约400μm之间，更具体地在约200μm至约300μm之间。然而，在其他实例中，实施例亦可具有低至100μm的锯线直径，或甚至80μm。进一步地，本文中所述的锯线操纵区段与线锯装置适于受涂布的锯线，例如具有嵌有钻石粒子的镍涂层的锯线。此类锯线一般可具有约300μm至约400μm的直径，例如310μm至340μm。对于那些锯线而言，锯线的扭转可能增加锯线断裂的风险或者损坏涂层的风险，因此无扭转的操作是有利的。通过使用钻石锯线，处理量可增加2倍以上。在方块切锯装置的实例中，以此方式可达成100MW(甚至超过100MW)的处理速率。

当使用钻石锯线时，线锯另外的零件可适于钻石锯线。例如，机械零件、电子零件和/或软件可适于钻石锯线的使用。

如上文所述，多个滑轮用于本文中所述的线锯装置中。因此，已考虑在此期望更高的切割速度乃至更高的锯线速度、期望更细的锯线或不同类型的锯线(诸如钻石锯线)以及在客户的设施中具有改善的装置控制。在切锯操作期间，滑轮大体上快速地绕相应轴线旋转。根据一些实施例，通过能够达成2000rpm以上或甚至3000rpm以上(例如2000rpm至4000rpm)的速度，滑轮适于切线锯装置。举例而言，在紧急停止期间，线锯装置需要尽可能快速地停止。因此，无论如何，滑轮的惯性(即滑轮的转动惯量)造成滑轮旋转无法立刻停止。此进一步的滑轮旋转可能对锯线造成损坏性的张力，从而导致可能发生锯线断裂。

进一步地，根据一些实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，可检测到此类锯线断裂，如下文所述。使锯线偏压至绝对值约20V至120V(诸如30V至60V)的电位。因此，电压在锯线与其余线锯装置部件(诸如外壳、框架、滑轮、外壳部分及箱门等)之间生成。例如，所述其它部件可在电位上接地。倘若锯线断裂，锯线的松弛端会接触线锯装置的部件之一。介于锯线与线锯装置之间的电压会产生电流。据此，倘若检测到此类电流，锯线断裂检测系统能够监视此类电流的存在以及检测锯线的断裂。

作为又一方面，切割速度加快以及使用根据本文中所述的实施例的细锯线和不同类型的锯线(诸如钻石锯线)会造成愈加期望避免线锯装置中甚小的振动。另一方面，这可通过锯线操纵单元完成。锯线操纵单元的示例在与本申请案同日提交的题为“WIRE HANDLING UNIT，WIRE SAW DEVICE ANDMETHOD FOR OPERATING SAME”的本申请人的共同待决的申请案中描述，该申请全文在此并入作为参考，所引用处与本文无不一致之处。另一方面，应减少滑轮的偏倾与其他通过线锯装置将锯线引导至弯折或不稳定的手段。

用于通过线锯装置导引锯线的公用滑轮是由例如铝的金属制成，由此它们提供导电性以供锯线断裂检测系统所用。相较于其他金属滑轮，铝滑轮具有比较低的质量。针对更快速切割、更细的锯线、更快速的锯线断裂检测以及新型的锯线(例如钻石锯线)的越来越多的需求使得这些期望获得进一步改善。根据本文中所述的实施例，滑轮由导电性的塑料材料制成。因此，质量乃至转动惯量能够进一步减少，能提供导电性用于锯线断裂检测，且维修和/或操作期间的锯线变形亦能减少。据此，能够提供较低的转动惯量以及更平滑的旋转，同时能够使锯线断裂检测电流流过滑轮。

图4A与图4B绘示一些根据本文中所述的实施例的滑轮的实施例。滑轮400具有轮部410以及胎部450，所述胎部450设于轮部410径向上的外部。因此，轮部或者至少80％的轮部基本上由导电性塑料材料构成的材料制成。根据另外的实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，所述外胎可为与轮部可拆卸地连接的单独部件。

如图4A所示，开口412设于轮部410，以使在轮部中设有例如轮辐结构。所述结构能进一步减少重量，因而减少滑轮400的转动惯量。轮部410可进一步具有轴承接纳部分414。因此，轴承接纳部分414适于接纳在2000rpm以上(或甚至3000rpm以上，例如2000rpm至4000rpm)使用的轴承。由绝缘材料制成的外胎450设于轮部410径向上的外部。一般而言，提供滑轮400的锯线搭载部分的外胎包括一个以上的沟槽以导引锯线。因为外胎450电绝缘，所以偏压至一电位的锯线10与轮部410电绝缘。倘若锯线通过电源470偏压(如图4A所示)，且在断裂后锯线10的松弛端接触滑轮的轮部410(如图4A中所示)，电流可由测量装置472检测到。

图4B中显示滑轮400的其它实施例的剖面视图。在图4B中，轮部410配置成绕轴线410a旋转。轮部具有外胎搭载部分420。外胎450安装在轮部410上，位于轮部的径向上的外侧。如图4B所示，沟槽452设于锯线导引部(外胎450)中，使得锯线在滑轮400上受到导引。如图4B所示，沟槽452界定虚线所示的平面462。在滑轮旋转期间，锯线在平面462中受到导引。根据一些实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，轮部具有突出部422或凹部(图中未示出)，以使相对于锯线受导引时所处的平面462，滑轮410完全平衡。例如，突出部422能够补偿外胎接纳部分420。质心可位于锯线导引平面462中。在图4B中，质心由以重量刻度表示的箭头460指示。因为质心位于锯线导引平面462，所以受到枢转点460(如图4B中所示)支撑的滑轮400是平衡的。

根据上文，平滑旋转能够进一步获得改善，且振动的可能性亦能够减少。由塑料材料(诸如形成于铸模中的塑料材料)制造滑轮允许最佳化设计以及平衡滑轮，而不至于显著增加制造成本。

根据可与本文中所述的其他实施例结合的实施例，滑轮包括导电性塑料材料。例如，滑轮包括具有导电塑料材料的轮部，或者由导电塑料材料制成的轮部。因此，根据一些任选的实施例，导电塑料材料具有2.57g/cm³以下的密度，例如2.00g/cm³以下。根据其它任选的变体，所述密度可为1.5g/cm³以下，例如从1.0g/cm³至1.5g/cm³。根据另外任选的变体(这些变体可与本文中所述的其他实施例结合)，塑料材料是合成聚合材料，包括导电纤维。例如，聚合材料可为聚酰胺和/或导电纤维可为碳纤维。

因此，碳纤维亦分别增加了滑轮或者轮部的硬度。例如，相较于相对应的铝滑轮的弯矩，在轮部周边的弯矩能减少。就锯线导引平面而言，对轮部的进一步损坏以及所造成的轮部失衡能够通过200至600MPa(例如300至500MPa)的屈服强度而减少。

通过使轮部设有轮辐或轮部开口，导电塑料材料的材料性质得以进一步减少重量，以减少滑轮的整体重量。根据不同的实施例，可在轮部中设置例如3至10个开口，一般是6至8个开口。因此，根据其它任选的实施例，转动惯量可为5.0×10^-4kg*m²以下，例如3.5×10^-4kg*m²以下，诸如从1×10^-4kg*m²至3.5×10^-4kg*m²。根据其它的实施例以及在配置用于线锯装置的滑轮直径范围内，此亦可描述成每直径的重量为730g/m以下，一般为500g/m以下，更一般为300至500g/m。

根据上文，相较于铝滑轮，所述滑轮重量能例如减少5％至20％。因此，导电性由诸如嵌于塑料材料中的碳纤维的导电纤维所给予。例如，能使用充以碳纤维的聚酰胺。制造基本上完美平衡的滑轮(即所述滑轮的质心在锯线导引平面上)的改善可能性可进一步用于更平滑的旋转以及减少振动。例如当使外胎压抵于轮部上或由滑轮等坠落所造成的损坏时，此性质可进一步通过在维修期间减少弯折与变形而改善。

如上文所述，根据本文中所述的实施例的滑轮适于线锯装置，或配置用于线锯装置。因此，可提供下文中一个以上的性质：滑轮适于以至少2000rpm或甚至至少3000rpm旋转；滑轮包括轴承接纳部分以接纳轴承，所述轴承适于以至少2000rpm或甚至至少3000rpm旋转；滑轮的轮部具有外胎接纳部分以接纳具有导引锯线的沟槽结构的外胎；滑轮包括沟槽结构，所述沟槽结构具有沟槽，适于具有直径在400μm以下的锯线；设置具有一个以上沟槽的外胎，其中一个沟槽(一般是中心沟槽)界定锯线导引平面；锯线是平衡的，即质心位于锯线导引平面上；滑轮的轮部的直径在70至300mm的范围内，例如100至200mm等。

图5A与图5B绘示根据本文中所述的实施例的滑轮的进一步实施例。滑轮500具有轮部410以及胎部450，所述胎部设于轮部410的径向上的外部。因此，轮部或至少80％的轮部由基本上导电的塑料材料所构成的材料制成。

如图5A所示以及如已就图4所述，开口412(一般是6到8个开口)可设于轮部410中，以使例如能设置轮辐结构。此举能进一步减少重量且因而减少滑轮500的转动惯量。轮部410可进一步具有轴承接纳部分414。因而轴承接纳部分414适于接纳轴承，所述轴承能用于2000rpm以上或甚至3000rpm以上(例如2000rpm至4000rpm)的旋转速度。由绝缘材料制成的外胎450设在轮部410径向上的外部，位于外胎接纳部分420上。一般而言，外胎能提供滑轮400的锯线导引部，且所述外胎包括一个以上的沟槽(一般是一个沟槽)以导引锯线。

图5B中显示滑轮500的其它实施例的剖面侧视图。轮部410具有外胎搭载部分420。外胎450安装在轮部410上，即，邻接于轮部。如图5B所示，沟槽452设于滑轮的锯线导引部中。沟槽452界定平面462，如图5B中所示。在滑轮旋转期间，锯线在平面462中受到导引。根据一些实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，轮部具有突出部422或凹部(图中未示出)，使得相对于锯线受导引的平面462滑轮410全然平衡。例如，突出部422能够补偿外胎接纳部分420，以使质心位于锯线导引平面462中。

根据另外的实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，滑轮能够具有固定开口，以将锯线固定至轴承。因此，可设置进一步的任选的对准开口，诸如开口416或416’。如图5A与图5B所示，开口412的边缘、外胎接纳部分的边缘与其他结构的边缘(例如滑轮中的突出物与凹部)能成圆形或具有圆形边缘，且曲率半径为数毫米，例如至少1mm或2mm至5mm。此可进一步减少重量且可能改善快速旋转期间滑轮的表现。据此，相较于具有尖锐边缘的相应形状，浆料、冷却流体或其他来自工艺的固体粒子无法沉降于此类滑轮上。

根据进一步的实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，滑轮所包括的塑料材料能够抗聚乙二醇、适于例如以钻石锯线在线锯装置中切锯的水类冷却剂、和/或聚乙二醇和适于例如以钻石锯线在线锯装置中切锯的水类冷却剂的组合。

在下文中，将总结本发明实施例的一些普遍方面。每一所述普遍方面能够与任何其他普遍方面(在本文中所述的任何实施例之内)结合，以产生另一实施例。

根据一个实施例，提供配置用于具有形成锯线网的锯线的线锯装置的滑轮。所述滑轮包括：所述滑轮轴周围的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；以及在所述轮部的径向外侧的锯线导引部，具有用于导引所述锯线的沟槽结构。

根据一任选方面(能提供用于线锯装置的滑轮)以及本文中所述的线锯装置，导电塑料材料的密度可在2.00g/cm³以下，一般是1.5g/cm³以下，更一般是1.0g/cm³至1.5cg/m³。据此，如进一步的替代性或任选的方面，转动惯量可为5.0×10^-4kg*m²以下，一般是3.5×10^-4kg*m²以下和/或每直径的重量可为730g/m以下，一般为500g/m以下，更一般为300至500g/m。如上文所述，此举能造成锯线断裂的可能性减少，特别是在线锯装置停止或紧急停止期间，在此期间滑轮的惯性可能在锯线上生成附加的张力。这些与其他方面在需要有效减少锯线断裂的本文中所述的钻石锯线或细锯线中可特别有用。

因此，对于一些可与本文中所述的其他实施例结合的实施例而言，线锯装置和/或用于线锯装置的滑轮能适于钻石锯线，而操作方法能用钻石锯线执行。例如，这能够通过使沟槽结构调适成具有适当的沟槽间距、不同的沟槽深度和/或不同的沟槽形状来完成。通过使用钻石锯线，一般而言能够加快切割速度例如2倍，而能够减少线锯装置的能耗，并且进一步地(如另一示例)，将硅锭或晶片硅切方的成本能够大幅减少。

根据进一步任选的方面(这一方面可与本文中所述的其他实施例结合)，滑轮的屈服强度可为400MPa以上；和/或相较于相对应的铝滑轮，能够减少弯矩。根据更进一步的替代性或附加的实施方式，塑料材料可为包括导电纤维的合成聚合材料，例如聚合材料可为聚酰胺，而所述滑轮能够包括碳纤维；和/或塑料材料可对聚乙二醇、适于线锯装置的水类冷却剂液体、及聚乙二醇与适于线锯装置的水类冷却剂液体的混合物具化学稳定性。

根据又一任选的方面(这一方面可与本文中所述的其他实施例结合)，锯线导引部可包括外胎，能够分别设成为外胎或具有外胎。一般而言，锯线导引部可与轮部分离。例如，外胎可设于轮部上。根据进一步的实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，沟槽结构可为一个以上的周围沟槽，其中一个沟槽或这些沟槽之一界定锯线导引平面。因此，举例而言，滑轮的质心可位于锯线导引平面内。

根据又一实施例，提供一种具有本文中所述的任何实施例的滑轮的线锯装置。因此，作为一任选方面，基本上所有滑轮都具有基本上相同的转动惯量。举例而言，滑轮的转动惯量彼此不会偏差超过10％或超过5％。一般而言，根据不同的实施方式，线锯装置可为选自由线锯、多重线锯、方块切锯装置及截切器所构成的群组的元件。根据另外的实施例(这些实施例可与本文中所述的其他实施例结合)，线锯装置可进一步包括线锯装置的主体、适于使锯线偏压于一电位的电源以及从滑轮轮部到主体的导电路径。

根据又一实施例，提供操作具有形成锯线网的锯线的线锯装置的方法。所述方法包括：提供多个滑轮，所述滑轮具有位于所述滑轮轴周围的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；使所述锯线偏压于一电位；以及在所述锯线接触所述轮部期间，监视所述线锯装置中电流的存在。因此，能够根据本文中所述的任何实施例提供根据不同实施方式的滑轮。根据又一方面(所述方面可与本文中所述的其他实施例结合)，所述方法可进一步包括将锯线朝锯线网移动以及从锯线网移出，其中所述锯线由多个滑轮导引；一旦电流存在的信号被检测到，即停止线锯装置中锯线的移动。

根据再一方面，锯线管理单元能包括第一滑轮锯线追踪系统，所述系统响应于检测到的锯线位置而允许致动第一滑轮运动装置。根据另一方面，第一滑轮锯线追踪系统包括：第一滑轮运动装置，所述第一滑轮运动装置为选自由线性致动器、线性马达、气动筒以及具有蜗杆驱动的马达所构成的群组中的至少一个元件；锯线位置检测装置，所述锯线位置检测装置适于检测沿移动路径的方向上的锯线位置；第一滑轮位置控制器，所述第一滑轮位置控制器可操作地连接至锯线位置检测装置以接收所检测到的锯线位置，并且适于确定目标位置，并且可操作地连接至第一滑轮运动装置，以传送移动指令使第一滑轮运动装置将第一滑轮移动至目标位置。

根据又一方面，锯线管理单元适于为钻石锯线的锯线，即，包括钻石。根据另一方面，主框架部分是刚性的，并且可刚性地连接、或连接线锯装置的底盘，或者与线锯装置的底盘成一整体。

根据再一方面，卷线轴适于将锯线提供至锯线网，并且亦适于接纳来自锯线网的使用过的锯线。根据另一方面，卷线轴具有锯线搭载区域，而第一滑轮位置控制器包括锯线卷绕图案，并且被编程为确定目标位置，且可操作地连接第一滑轮运动装置，以将移动指令传送给第一滑轮运动装置，而使第一滑轮运动装置将第一滑轮移动到目标位置。根据又一方面，锯线操纵区段是主要锯线操纵区段，锯线管理单元进一步包括次要锯线操纵区段。根据再一方面，主要锯线操纵区段具有适于搭载第一类型的卷线轴的卷线轴杆，而次要锯线操纵区段具有适于搭载第二类型的卷线轴的卷线轴杆。

根据另一方面，提供一种线锯装置，所述线锯装置根据包括本文中所述的任一实施例的锯线管理单元，其中所述主框架部分刚性地连接线锯装置的底盘。根据又一方面，线锯装置是选自由选自由线锯、多重线锯、方块切锯装置及截切器所构成的群组的元件。本发明的滑轮、锯线管理单元以及锯线操纵单元对于方块切锯装置特别有用。

前述内容涉及本发明的各个实施例，其他及进一步的本发明的实施例可在不背离本发明的基本范畴的情况下设计，所述范畴由所附权利要求所界定。

Claims (21)

1.一种配置用于线锯装置(100；200)的滑轮，所述线锯装置具有形成锯线网的锯线(10)，所述滑轮(134；350，360，370；400；500)包含：

在滑轮轴(410a)周围的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；以及

在所述轮部的径向外侧的锯线导引部，具有用于导引所述锯线的沟槽结构。

2.如权利要求1所述的滑轮，其特征在于，所述导电塑料材料的密度为小于或等于2.00g/cm³，一般是小于或等于1.5g/cm³，更一般是在1.0g/cm³至1.5g/cm³。

3.如权利要求1或2所述的滑轮，其特征在于，所述转动惯量是小于或等于5.0×10^-4kg*m²，一般是小于或等于3.5×10^-4kg*m²。

4.如权利要求1至3的任一项所述的滑轮，其特征在于，所述屈服强度是大于或等于400MPa。

5.如权利要求1至4的任一项所述的滑轮，其特征在于，所述塑料材料是包括导电纤维的合成聚合材料。

6.如权利要求5所述的滑轮，其特征在于，所述聚合材料是聚酰胺。

7.如权利要求1至6的任一项所述的滑轮，其特征在于，所述轮部包含碳纤维。

8.如权利要求1至7的任一项所述的滑轮，其特征在于，所述塑料材料对聚乙二醇、适于线锯装置的水类冷却剂液体、及聚乙二醇与适于线锯装置的水类冷却剂液体的混合物具有化学稳定性。

9.如权利要求1至8的任一项所述的滑轮，其特征在于，每直径的重量为小于或等于730g/m，一般是小于或等于500g/m，更一般是300g/m至500g/m。

10.如权利要求1至9的任一项所述的滑轮，其特征在于，所述锯线导引部设有外胎。

11.如权利要求1至10的任一项所述的滑轮，其特征在于，所述沟槽结构为一个或多个周围沟槽，其中一个沟槽界定一锯线导引平面。

12.如权利要求11所述的滑轮，其特征在于，质心位于所述锯线导引平面内。

13.如权利要求1至12的任一项所述的滑轮，其特征在于，所述滑轮被配置用于钻石锯线。

14.一种线锯装置(100；200)，具有根据权利要求1至13所述的多个滑轮。

15.如权利要求14项所述的线锯装置，其特征在于，基本上所述多个滑轮的所有滑轮具有基本上相同的转动惯量。

16.如权利要求14或15所述的线锯装置，其特征在于，所述线锯装置是选自由线锯、多重线锯、方块切锯装置(squarer)及截切器所构成的群组的元件。

17.如权利要求14至16的任一项所述的线锯装置，进一步包含：

所述线锯装置的主体；

电源，适于将所述锯线偏压于一电位；以及

从所述滑轮的所述轮部至所述主体的导电路径。

18.一种操作具有形成锯线网的锯线(10)的线锯装置(100，200)的方法，所述方法包含以下步骤：

提供多个滑轮(134；350，360，370；400；500)，所述滑轮具有位于所述滑轮轴(410a)周围的轮部，其中所述轮部包含导电塑料材料；

将所述锯线偏压于一电位；以及

在所述锯线接触所述轮部期间，监视所述线锯装置中电子信号的存在。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，提供滑轮的步骤包括以下步骤：

提供根据权利要求1至13的任一项所述的滑轮。

20.如权利要求18至19的任一项所述的方法，进一步包含以下步骤：

朝所述锯线网移动所述锯线以及从所述锯线网移出所述锯线，其中所述锯线由所述多个滑轮导引；以及

一旦检测到所述电子信号存在的信号，即停止所述线锯装置中所述锯线的移动。

21.如权利要求18至20的任一项所述的方法，其特征在于，所述锯线是钻石锯线。

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