CN102785297A - 一种多线切割方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多线切割方法及设备，采用反复切割技术，令切割线周期性地下降压迫工件与上升离开工件的相结合地反复切割，完全实现了切割线与工件或者切割线、工件以及切割液之间充分接触，大大提升了切割的效率，节省了切割时间，同时保证了工件的切割品质，与现有技术相比，本发明解决了切割液在切割过程中未被充分利用而造成的生产效率低下等问题，也解决了切割液在切割过程中被大量浪费而造成的生产成本过高等问题。

Description

一种多线切割方法及设备

技术领域

本发明涉及一种多线切割技术，特别是涉及一种可提高生产效率的多线反复切割方法及设备。 

背景技术

多线切割技术是目前世界上比较先进的晶体硅加工技术，它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢线上的切割刃料(切割液或切割剂)对半导体等硬脆材料进行摩擦，从而达到切割效果。多线切割技术与传统的刀锯片、砂轮片及内圆切割相比有具有效率高，产能高，精度高等优点，多线切割技术是目前采用最广泛的半导体等硬脆材料切割技术。 

现有的多线切割设备例如晶体硅锭切断机等通常至少包括有：机架，设置于所述机架上用于承载晶体硅锭的工作台，用于绕丝的贮丝筒，多个导丝轮及可升降的切割辊等，在对晶体硅锭的切割过程中，作为切割线的钢线通过十几个导丝轮的引导，在多个切割辊之间上形成一张线网，而待加工的晶体硅锭被固定于所述工作台上时，将切割辊降下来，并在压力泵在的作用下，装配在设备上的切割液自动喷洒装置将切割液(切割剂)喷洒至钢线和晶体硅锭的切削部位，由钢线带动切割液往复运动，利用切割液中的研磨砂对工件产生切割，以将晶体硅锭一次同时切割为数段。 

请参阅图1，显示为现有技术中的线切割过程示意图，如图所示，装配在设备上的切割液自动喷洒装置11将切割液12喷洒至钢线13上，钢线13在高速运行的过程中携带切割液12压迫工件14，当钢线13与工件14的待切割部位接触时，附带于其上的切割液12大部分会被挤出，钢线13与工件14的接触面而不能参与切割，换言之，钢线13与工件14的接触面并没有携带切割液12进行切割，进而大大降低了切割的效率，不利于保证对工件切割的品质。 

为此，在一些多线切割设备中采用了金刚线作为切割线，由于所述金刚线为表层具有金刚砂的金刚线，选用该种金刚线在加工过程中以减少切割液使用量，但是，在实际的切割过程中发现，在所述金刚线上未与工件接触部分其上面的金刚砂并没有得到利用，再者，金刚线被反复磨损后在后期切割过程中效率会逐步降低。因而，仍未能彻底解决效率提高的问题。 

所以，如何提供一种对硅晶体锭进行多线切割的技术，以解决切割液或金刚线在切割过程中未被充分利用而造成的生产效率低下等问题，实为相关领域之业者目前亟待解决的问题。 

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多线切割方法及设备，用来解决切割液在切割过程中被带入切割区稀少的问题，以及切割线与工件、切割液未充分接触而带来产能低下等问题。 

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多线切割方法，应用于切割晶体硅锭的多线切割设备中，所述多线切割设备至少具有机架，设置在机架上用于承载待切割晶体硅锭的切割台以及运行切割线的多线切割系统，所述多线切割系统包括分别设置于所述机架四周侧的四组可同时升降的切割辊、多个导丝轮、以及多根切割线，所述多根切割线通过各该导丝轮的引导在所述四组切割辊之间上形成一张切割网，所述多线切割方法至少包括：1）预设第一时间段及第二时间段；2）启动所述多线切割系统，高速运行所述切割线；3）令所述切割线下降持续压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业；4）计时到第一时间段时，令所述切割线上升离开所述待切割晶体硅锭一预设距离；5）计时到第二时间段时，令所述切割线再次下降持续压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业；6）重复执行所述步骤4）及步骤5），直至将所述待切割晶体硅锭切割完毕。 

在本发明的多线切割方法中，所述切割线为钢线或金刚线。 

于所述切割线为钢线时，所述多线切割系统还包括装配在所述机架上用于喷洒切割液至所述钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位的切割液自动喷洒装置。所述步骤2）还包括启动所述切割液自动喷洒装置的步骤，令其喷洒切割液至所述钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位。 

在本发明的多线切割方法中，所述第一时间段大于第二时间段。 

所述多线切割设备还包括一设置在所述切割台上的容液槽，包括一具有多条沟槽的底板以及四个分别围设在所述底板四周侧缘固定的侧板，所述容液槽用于盛装切割液及放置所述待切割晶体硅锭，且所述待切割晶体硅锭浸没于所述切割液中。 

本发明还提供一种多线切割设备，用于切割晶体硅锭，其包括：机架；切割台，设置在机架上用于承载待切割晶体硅锭；多线切割系统，包括：分别设置于所述机架四周侧的四组可同时升降的切割辊、多个导丝轮、以及多根切割线，所述多根切割线通过各该导丝轮的引导在所述四组切割辊之间上形成一张切割网，所述四组切割辊可带动所述切割网下降压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业，并在切割过程中计时到预设的第一时间段时，上升离开所述待切割晶体硅锭一预设距离；在计时到预设的第二时间段时，再次下降压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业，直至将所述待切割晶体硅锭切割完毕。 

在本发明的多线切割设备中，所述切割线为钢线或金刚线。 

于所述切割线为钢线时，所述多线切割系统还包括装配在所述机架上用于喷洒切割液至所述钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位的切割液自动喷洒装置。 

在本发明的多线切割设备中，所述多线切割设备还包括一设置在所述切割台上的容液槽，包括一具有多条沟槽的底板以及四个分别围设在所述底板四周侧缘固定的侧板，所述容液槽用于盛装切割液及放置所述待切割晶体硅锭，且所述待切割晶体硅锭浸没于所述切割液中。 

如上所述，本发明的多线切割方法及设备，具有以下有益效果： 

采用步进切割技术，令切割线周期性地下降压迫工件与上升离开工件的相结合的反复切割法，完全实现了切割线与工件或者切割线、工件以及切割液之间充分接触，大大提升了切割的效率，节省了切割时间，同时保证了工件的切割品质，与现有技术相比，本发明解决了切割液在切割过程中未被充分利用而造成的生产效率低下等问题，也解决了切割液在切割过程中被大量浪费而造成的生产成本过高等问题。 

附图说明

图1显示为现有技术中的线切割过程示意图。 

图2显示为本发明的多线切割设备简化结构示意图。 

图3A～图3F为本发明的多线切割方法的实施步骤状态示意图。 

图4显示为本发明的多线切割设备利用容液槽的切割示意图。 

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。 

实施例一 

请参阅图2，显示为本发明的多线切割设备简化结构示意图。如图所示，本发明提供一种多线切割方法，应用于切割晶体硅锭3的多线切割设备2中，以对待切割晶体硅锭3进行线切割作业，在发明中，所述待切割晶体硅锭3为单晶硅锭、多晶硅锭或蓝宝石硅锭，在本实施方式中，所述多线切割设备2至少具有机架21，设置在机架21上用于承载待切割晶体硅锭3的切割台22以及运行切割线25的多线切割系统，所述多线切割系统包括分别设置于所述机架四周侧的四组可同时升降的切割辊23、多个导丝轮24、以及多根切割线25，所述多根切割线25通过各该导丝轮24的引导在所述四组切割辊23之间上形成一张切割网，悬于所述待切割晶体硅锭3上以待切割作业。 

需要说明的是，所述切割线25为钢线或金刚线。其中，所述金刚线为线体上黏合或镶嵌 有例如为金刚石的微小颗粒（一般为600#金刚砂或800#金刚砂的颗粒）的切割线。在本实施例中，暂以所述切割线25为一般钢线25为例进行说明，于所述切割线为钢线25时，所述多线切割系统还包括装配在所述机架21上用于喷洒切割液（后续阐述的图3A～图3F中所示）至所述钢线25和所述待切割晶体硅锭3的切削部位的切割液自动喷洒装置（后续阐述的图3A～图3F中所示）。 

需要说明的是，为了便于阐述本发明的原理与功效以及阅读理解，本实施例中将以两个切割辊之间的单根钢线对所述待切割晶体硅锭的切割过程进行说明。请参阅图3A～图3F为本发明的多线切割方法的实施步骤状态示意图。如图所示，所述多线切割方法至少包括： 

首先执行步骤1），在多线切割系统中预设第一时间段及第二时间段；需要说明的是，所述多线切割设备为数控机床，其具有可以控制的多线切割系统的数控计算机设备。于实际的实施过程中，所述第一时间段或第二时间段例如为1s～60s，所述第一时间段大于第二时间段，如此以确保钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位接触的时间大于钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位脱离的时间。 

再者，需要声明的是，本方法中切割辊带动的钢线向下的行程总体上大于其向上的行程。 

然后执行步骤2），请参阅图3A，启动所述多线切割系统，令其呈图中切割辊23中旋转箭头所示的方向旋转，带动所述钢线25高速运行，图中箭头F（F表示Forward）表示钢线25的走线方向；同时启动所述切割液自动喷洒装置26，令其喷洒切割液4至所述钢线25和所述待切割晶体硅锭3的切削部位。在本实施例中，所述钢线25的运行速度为1000m/min。接着执行步骤3）。 

在步骤3）中，令所述切割辊23朝图3A箭头D（D表示Down）所示的方向下移，带动所述钢线25下降持续压迫所述待切割晶体硅锭3进行切割作业。具体地，所述钢线25由所述待切割晶体硅锭3的顶部开始切割，随着所述切割辊23逐渐下降，对所述待切割晶体硅锭3的切割深度逐渐增加，首次被带入钢线25上的切割液4的量也相对减少，此时需要补充新的切割液4，于是接着执行步骤4）。 

在步骤4）中，计时到第一时间段时，令所述切割辊23朝图3B箭头U（U表示Up）所示的方向上移，带动所述钢线25上升离开所述待切割晶体硅锭3的切削部位一预设距离，应知晓的，所述预设距离所产出的空间（即钢线25和待切割晶体硅锭3的切削部位之间的间隙）能够补充新的切割液4即可。由于所述切割液自动喷洒装置26持续在喷洒切割液4，使得新的切割液4再次被钢线25携带以及再次被喷洒至待切割晶体硅锭3的切削部位，于是接着执行步骤5）。 

在步骤5）中，计时到第二时间段时，令所述切割辊23朝图3C箭头D（D表示Down） 所示的方向下移，带动所述钢线25再次下降持续压迫所述待切割晶体硅锭3，进行再次切割作业，由于钢线25再次携带新的切割液4，进而保持了钢线25与所述待切割晶体硅锭3首次接触的切割效果。 

在后续的工序中，重复执行上述步骤4）及步骤5），呈如图3D与图3E所示的实施步骤状态，直至将所述待切割晶体硅锭3切割完毕，呈图3F所示。诚如上述，本切割方法采用步进切割技术，令切割线周期性地下降压迫工件与上升离开工件的相结合的反复切割法，完全实现了切割线与工件或者切割线、工件以及切割液之间充分接触，大大提升了切割的效率，节省了切割时间，同时保证了工件的切割品质。 

实施例二 

请参阅图4，显示为本发明的多线切割设备利用容液槽的切割示意图。如图所示，采用钢线切割时，所述多线切割设备2还可以包括一设置在所述切割台22上的容液槽27，所述溶液槽27包括一具有多条沟槽的底板（未予以标号）以及四个分别围设在所述底板四周侧缘固定的侧板271，所述容液槽27用于盛装切割液4及放置所述待切割晶体硅锭3，令所述待切割晶体硅锭3浸没于所述切割液4中，在实际的切割作业中，可以省去上述方法中的用切割液自动喷洒装置持续在喷洒切割液的过程，在钢线25在高速走线的过程中，其压迫所述待切割晶体硅锭3一段时间后，因二者之间为零间隙，其线体与待切割晶体硅锭3的切削部位接触的一面之间的切割液4被消耗殆尽，但是，当钢线25脱离所述待切割晶体硅锭3的切削部位时，容液槽27中盛装切割液4随着钢线25和切削部位的间隙增大，再次流入新的切割液4，进而使得在下一次压迫切割的过程中（钢线25再次压迫切削部位进行切割的过程中）参与切割作业，同样达到了钢线25上的有效切割液4与切削部位充分接触的目的，进而提升了切割效率。 

实施例三 

如果所述切割线为金刚线，采用上述方法亦可达到同样良好的效果，金刚线在高速走线的过程中，其压迫所述待切割晶体硅锭一段时间后，其线体与待切割晶体硅锭的切削部位接触的一面上的金刚砂颗粒会有磨损或消耗，但是，当金刚线脱离所述待切割晶体硅锭的切削部位，其线体会有一定扭转，使得没有被磨损到的金刚砂颗粒在下一次压迫切割的过程中参与切割作业，同样达到了切割线的有效切割面与切削部位充分接触的目的，进而提升了切割效率。 

实施例四 

请参阅图2，显示为本发明的多线切割设备简化结构示意图。如图所示，本发明还提供一种多线切割设备，应用于切割晶体硅锭3的多线切割设备2中，以对待切割晶体硅锭3进 行线切割作业，在本实施例中，所述待切割晶体硅锭3为单晶硅锭、多晶硅锭或蓝宝石硅锭，在本实施方式中，所述多线切割设备2至少具有机架21，设置在机架21上用于承载待切割晶体硅锭3的切割台22以及运行切割线25的多线切割系统，所述多线切割系统包括分别设置于所述机架四周侧的四组可同时升降的切割辊23、多个导丝轮24、以及多根切割线25，所述多根切割线25通过各该导丝轮24的引导在所述四组切割辊23之间上形成一张切割网，悬于所述待切割晶体硅锭3上以待切割作业。 

所述四组切割辊23可带动所述切割网下降压迫所述待切割晶体硅锭3进行切割作业，并在切割过程中计时到预设的第一时间段时，上升离开所述待切割晶体硅锭3一预设距离；在计时到预设的第二时间段时，再次下降压迫所述待切割晶体硅锭3进行切割作业，直至将所述待切割晶体硅锭3切割完毕。 

需要说明的是，所述多线切割设备为数控机床，其具有可以控制的多线切割系统的数控计算机设备。于实际的实施过程中，所述第一时间段或第二时间段例如为1s～60s，所述第一时间段大于第二时间段，如此以确保钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位接触的时间大于钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位脱离的时间。再者，需要声明的是，本方法中切割辊带动的钢线向下的行程总体上大于其向上的行程。 

所述切割线25为钢线或金刚线。其中，所述金刚线为线体上黏合或镶嵌有例如为金刚石的微小颗粒（一般为600#金刚砂或800#金刚砂的颗粒）的切割线。在本实施例中，暂以所述切割线25为一般钢线25为例进行说明，于所述切割线为钢线25时，所述多线切割系统还包括装配在所述机架21上用于喷洒切割液至所述钢线25和所述待切割晶体硅锭3的切削部位的切割液自动喷洒装置。 

需要说明的是，为了便于阐述本发明的原理与功效以及阅读理解，本实施例中将以两个切割辊之间的单根钢线对所述待切割晶体硅锭的切割过程进行说明。请参阅图3A～图3F为本发明的多线切割设备的实施步骤状态示意图。请参阅图3A，启动所述多线切割系统，令其呈图中切割辊23中旋转箭头所示的方向旋转，带动所述钢线25高速运行，图中箭头F（F表示Forward）表示钢线25的走线方向；同时启动所述切割液自动喷洒装置26，令其喷洒切割液4至所述钢线25和所述待切割晶体硅锭3的切削部位。在本实施例中，所述钢线25的运行速度为1000m/min。 

令所述切割辊23朝图3A箭头D（D表示Down）所示的方向下移，带动所述钢线25下降持续压迫所述待切割晶体硅锭3进行切割作业。具体地，所述钢线25由所述待切割晶体硅锭3的顶部开始切割，随着所述切割辊23逐渐下降，对所述待切割晶体硅锭3的切割深度逐渐增加，首次被带入钢线25上的切割液4的量也相对减少，此时需要补充新的切割液4。 

在计时到第一时间段时，令所述切割辊23朝图3B箭头U（U表示Up）所示的方向上移，带动所述钢线25上升离开所述待切割晶体硅锭3的切削部位一预设距离，应知晓的，所述预设距离所产出的空间（即钢线25和待切割晶体硅锭3的切削部位之间的间隙）能够补充新的切割液4即可。由于所述切割液自动喷洒装置26持续在喷洒切割液4，使得新的切割液4再次被钢线25携带以及再次被喷洒至待切割晶体硅锭3的切削部位。 

在计时到第二时间段时，令所述切割辊23朝图3C箭头D（D表示Down）所示的方向下移，带动所述钢线25再次下降持续压迫所述待切割晶体硅锭3，进行再次切割作业，由于钢线25再次携带新的切割液4，进而保持了钢线25与所述待切割晶体硅锭3首次接触的切割效果。 

在后续的工序中，重复执行上述切割辊23上升下降的过程，呈如图3D与图3E所示的实施步骤状态，直至将所述待切割晶体硅锭3切割完毕，呈图3F所示。诚如上述，本切割方法采用步进切割技术，令切割线周期性地下降压迫工件与上升离开工件的相结合的反复切割法，完全实现了切割线与工件或者切割线、工件以及切割液之间充分接触，大大提升了切割的效率，节省了切割时间，同时保证了工件的切割品质。 

实施例五 

请参阅图4，显示为本发明的多线切割设备利用容液槽的切割示意图。如图所示，采用钢线切割时，所述多线切割设备2还可以包括一设置在所述切割台22上的容液槽27，所述溶液槽27包括一具有多条沟槽的底板（未予以标号）以及四个分别围设在所述底板四周侧缘固定的侧板271，所述容液槽27用于盛装切割液4及放置所述待切割晶体硅锭3，令所述待切割晶体硅锭3浸没于所述切割液4中，在实际的切割作业中，可以省去上述方法中的用切割液自动喷洒装置持续在喷洒切割液的过程，在钢线25在高速走线的过程中，其压迫所述待切割晶体硅锭3一段时间后，因二者之间为零间隙，其线体与待切割晶体硅锭3的切削部位接触的一面之间的切割液4被消耗殆尽，但是，当钢线25脱离所述待切割晶体硅锭3的切削部位时，容液槽27中盛装切割液4随着钢线25和切削部位的间隙增大，再次流入新的切割液4，进而使得在下一次压迫切割的过程中（钢线25再次压迫切削部位进行切割的过程中）参与切割作业，同样达到了钢线25上的有效切割液4与切削部位充分接触的目的，进而提升了切割效率。 

实施例六 

如果所述切割线为金刚线，采用上述方法亦可达到同样良好的效果，金刚线在高速走线的过程中，其压迫所述待切割晶体硅锭一段时间后，其线体与待切割晶体硅锭的切削部位接触的一面上的金刚砂颗粒会有磨损或消耗，但是，当金刚线脱离所述待切割晶体硅锭的切削 部位，其线体会有一定扭转，使得没有被磨损到的金刚砂颗粒在下一次压迫切割的过程中参与切割作业，同样达到了切割线的有效切割面与切削部位充分接触的目的，进而提升了切割效率。 

本发明的多线切割方法及设备，采用步进切割技术，令切割线周期性地下降压迫工件与上升离开工件的相结合的反复切割法，完全实现了切割线与工件或者切割线、工件以及切割液之间充分接触，大大提升了切割的效率，节省了切割时间，同时保证了工件的切割品质，与现有技术相比，本发明解决了切割液在切割过程中未被充分利用而造成的生产效率低下等问题，也解决了切割液在切割过程中被大量浪费而造成的生产成本过高等问题。 

Claims (10)

1.一种多线切割方法，应用于切割晶体硅锭的多线切割设备中，所述多线切割设备至少具有机架，设置在机架上用于承载待切割晶体硅锭的切割台以及运行切割线的多线切割系统，所述多线切割系统包括分别设置于所述机架四周侧的四组可同时升降的切割辊、多个导丝轮、以及多根切割线，所述多根切割线通过各该导丝轮的引导在所述四组切割辊之间上形成一张切割网，其特征在于，所述多线切割方法至少包括：

1）预设第一时间段及第二时间段；

2）启动所述多线切割系统，高速运行所述切割线；

3）令所述切割线下降持续压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业；

4）计时到第一时间段时，令所述切割线上升离开所述待切割晶体硅锭一预设距离；

5）计时到第二时间段时，令所述切割线再次下降持续压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业；

6）重复执行所述步骤4）及步骤5），直至将所述待切割晶体硅锭切割完毕。

2.根据权利要求1所述的多线切割方法，其特征在于：所述切割线为钢线或金刚线。

3.根据权利要求2所述的多线切割方法，其特征在于：所述多线切割系统还包括装配在所述机架上用于喷洒切割液至所述钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位的切割液自动喷洒装置。

4.根据权利要求3所述的多线切割方法，其特征在于：所述步骤2）还包括启动所述切割液自动喷洒装置的步骤，令其喷洒切割液至所述钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位。

5.根据权利要求1所述的多线切割方法，其特征在于：所述第一时间段大于第二时间段。

6.根据权利要求1所述的多线切割方法，其特征在于：所述多线切割设备还包括一设置在所述切割台上的容液槽，包括一具有多条沟槽的底板以及四个分别围设在所述底板四周侧缘固定的侧板，所述容液槽用于盛装切割液及放置所述待切割晶体硅锭，且所述待切割晶体硅锭浸没于所述切割液中。

7.一种多线切割设备，用于切割晶体硅锭，其特征在于，至少包括：

机架；

切割台，设置在机架上用于承载待切割晶体硅锭；

多线切割系统，包括：分别设置于所述机架四周侧的四组可同时升降的切割辊、多个导丝轮、以及多根切割线，所述多根切割线通过各该导丝轮的引导在所述四组切割辊之间上形成一张切割网，所述四组切割辊可带动所述切割网下降压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业，并在切割过程中计时到预设的第一时间段时，上升离开所述待切割晶体硅锭一预设距离；在计时到预设的第二时间段时，再次下降压迫所述待切割晶体硅锭进行切割作业，直至将所述待切割晶体硅锭切割完毕。

8.根据权利要求7所述的多线切割设备，其特征在于：所述切割线为钢线或金刚线。

9.根据权利要求8所述的多线切割设备，其特征在于：所述多线切割系统还包括装配在所述机架上用于喷洒切割液至所述钢线和所述待切割晶体硅锭的切削部位的切割液自动喷洒装置。

10.根据权利要求7所述的多线切割设备，其特征在于：所述多线切割设备还包括一设置在所述切割台上的容液槽，包括一具有多条沟槽的底板以及四个分别围设在所述底板四周侧缘固定的侧板，所述容液槽用于盛装切割液及放置所述待切割晶体硅锭，且所述待切割晶体硅锭浸没于所述切割液中。

Images