CN103085177B - 一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机，包括：机架；轴心连线构成等边三角形的三个切割辊；缠绕在切割辊上的金刚线并形成三段等长的切割线，其中两段等长的切割线可同时对两个蓝宝石硅棒进行切割作业；用于运送蓝宝石硅棒的两个送件治具，每一个所述送件治具包括摆臂座，摆臂可绕与摆臂座摆动的摆臂，设于摆臂上用于固定蓝宝石硅棒的送件臂，丝杆座，以及包含驱动电机和由驱动电机驱动以进行伸缩作业而使得摆臂摆动的丝杆。相比于现有技术，本发明可解决现有切割精准度不高、切割工作效率低下以及送件精度控制不良等问题。

Description

一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机

技术领域

本发明涉及一种多线切割技术，特别是涉及一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机。

背景技术

我们知道，发光二极管LED在当今社会中用途十分广泛，例如各种通信设备、仪器仪表及显示面板背光上均用有大量的LED。蓝宝石(Sapphire)作为制作LED的材料在半导体领域具有举足轻重的地位。在形成用于制作LED蓝宝石硅衬底之前，仍需要对蓝宝石硅材料进行前端加工，即将蓝宝石硅棒进行切片的作业。当今对蓝宝石硅棒进行切片加工普遍采用多线切割，多线切割技术是目前世界上比较先进的硅片加工技术。它的原理是通过一根高速运动的钢丝带动附着在钢丝上的切割刃料对蓝宝石硅棒进行摩擦从而达到切割目的。线切割技术与传统的刀锯片、砂轮片及内圆切割相比具有效率高，产能高，精度高等优点。

如图1所示，显示了现有的一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机的简化结构示意图。如图1所示，现有的切片机包括：机架10，设置在机架10上的工作台11，用于收、放金刚线的贮丝筒，多个用于为金刚线进行导向的导线轮以及跨设在工作台相对两侧的两个切割辊12，所述两个切割锟12为水平设置，且在两者之间缠绕的金刚线形成一段切割线13，设置在切割线13上方的送件治具14，在送件治具14上固定有蓝宝石硅棒15。在对蓝宝石硅棒15的实际切割过程中，金刚线通过十几个导线轮的引导，在工作台相对两侧的切割辊12上形成一张线网，送件治具14将固定的蓝宝石硅棒15朝向切割线13运送，在压力泵在的作用下，装配在设备上的研磨剂自动喷洒装置将研磨剂喷洒至切割线13和蓝宝石硅棒15的切削部位，由切割线13带动研磨剂往复告诉运动，利用研磨砂对蓝宝石硅棒15产生切削，以将蓝宝石硅棒15一次同时切割为蓝宝石硅片。

在现有技术中的蓝宝石硅棒切片机上，位于工作台相对两侧的切割辊被设置在机架的相对两侧立柱上，因而左、右切割辊之间的跨度很大，所以位于两侧切割辊之间的金刚线走线距离也很长，在实际的切片作业中，当将工作台相对两侧的切割辊降下来，两侧的切割辊之间的金刚线压迫到工件时，会使金刚线形成很大的绕曲度，因而金刚线也就始终受到最大的运行阻力，由于工件本身往往具有很高的硬度而不易切割，再加上针对工件切片精准度的要求又很严格，所以上述因切割辊的设置方式而致使金刚线绕曲度过大很容易影响切割精准度。

另外，上述的晶体硅棒切片机中，仅设置了水平布局的两个切割辊，使得用于供切割蓝宝石硅棒的切割区间单一(仅为两侧两个切割辊之间缠绕的钢丝形成一段切割线)，所以，单次能够切割蓝宝石硅棒的数量也很少(一般单次仅支持一个蓝宝石硅棒的切割)，进行切割的工作效率较低。

再有，现有技术的蓝宝石硅棒切片机中的送件治具，其结构复杂且成本高昂，更为重要的是，送件治具为由一个托板带动送件壁，托板体积大，较重，使得送件的精度不宜控制，尤其针对对切片的精度控制要求更高的尺寸较小(直径更小)的蓝宝石棒而言，问题更为突出，从而影响后续蓝宝石硅棒的切割质量。

因此，如何提供一种应用于蓝宝石硅棒的切割设备，以避免以上所述的缺失，实为相关领域之业者亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺失，本发明的目的在于提供一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机，以解决现有切割精准度不高、切割工作效率低下以及送件精度控制不良等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机，至少包括：机架，具有工件切割区；设置在所述工件切割区内的第一、第二、第三切割辊，所述第一、第二、第三切割辊的轴心连线构成一个等边三角形；依次缠绕于所述第一、第二及第三切割辊上的金刚线，所述金刚线在所述第一、第二、与第三切割辊之间形成三段等长的切割线，在所述金刚线高速运转时，由其中两段等长的切割线同时对两个蓝宝石硅棒进行切割作业；与进行切割作业的所述两段切割线对应、用于运送所述两个蓝宝石硅棒至所述两段切割线上的两个送件治具，其中，每一个所述送件治具包括：摆臂座，设在所述机架上；摆臂，通过一转轴轴接于所述摆臂座的顶端，所述摆臂可绕与所述转轴在预设角度的范围内摆动；送件臂，设于所述摆臂上并朝向所述切割线延伸，用于固定所述蓝宝石硅棒；丝杆座，设在所述机架的一横梁上；以及驱动机构，活动设置在所述丝杆座及摆臂上，至少包括驱动电机以及由所述驱动电机驱动以进行伸缩作业的丝杆，所述丝杆临近所述驱动电机的近端活动连接于所述丝杆座上，远离所述驱动电机的远端和所述摆臂活动连接，所述丝杆在伸缩时推拉所述摆臂摆动以使所述摆臂运送所述蓝宝石硅棒远离和/或压迫所述切割线。

可选地，所述切片机还包括由所述摆臂延伸连接的延长臂。

可选地，所述延长臂的顶端与所述丝杆的远端活动连接。

可选地，所述延长臂的顶端与所述丝杆的远端设有第一丝杆转盘，且所述第一丝杆转盘内配置有在预设角度的范围内旋转的第一丝杆螺母。

可选地，所述丝杆的近端与所述丝杆座上设有第二丝杆转盘，且所述第二丝杆转盘内配置有在预设角度的范围内旋转的第二丝杆螺母。

可选地，所述切片机还包括设置在所述丝杆的远离所述驱动电机的远端的顶部、用于防止所述丝杆脱离与所述第一丝杆螺母的连接的防呆结构。

可选地，所述摆臂可绕与所述转轴摆动的预设角度范围为0度至20度。

可选地，所述摆臂在完成蓝宝石硅棒的切割作业后的终止位置与水平面呈90度夹角。

可选地，所述蓝宝石硅棒与所述送件治具之间还黏合有玻璃板。

可选地，所述金刚线的运行速度大于等于720m/min～900m/min。

本发明所提供的用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其提供了三个切割锟，并将三个所述切割锟的设置方式独创性地设计成三者呈夹角为60°的等边三角形，从而确保三个所述切割锟之间缠绕的金刚线的长度和绕曲度相同，从而确保了蓝宝石硅棒的精确度。

另外，在本发明中，三个所述切割锟呈夹角为60°的等边三角形，提供了左右两段切割线，从而同时可以对两个蓝宝石硅棒进行切割，相较于仅提供一段切割线单次仅支持一个蓝宝石硅棒切割的现有技术，本发明可大大提高蓝宝石硅棒切割的工作效率。

再有，本发明用于切割蓝宝石硅棒的切片机中的送件治具，主要在于采用摆臂小幅摆动以及丝杠精确控制摆臂摆幅的方式来运送蓝宝石硅棒，相对于现有技术中的托板推送，实现了送件的精度控制，提高了蓝宝石硅棒的运送精度及其后续切割作业的作业效果，生产出高质量的蓝宝石硅片。

附图说明

图1为现有技术用于切割蓝宝石硅棒的切片机的简化结构示意图。

图2为本发明用于切割蓝宝石硅棒的切片机的简化结构示意图。

图3为图2中用于显示驱动机构的局部放大示意图。

图4为本发明用于切割蓝宝石硅棒的切片机在完成切割作业后的简化结构示意图。

图5为图4中用于显示驱动机构的局部放大示意图。

图6为本发明用于切割蓝宝石硅棒的切片机的切割原理示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2至图6，显示了本发明用于切割蓝宝石硅棒的切片机在一个实施方式中的结构示意图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图2显示了本发明的切片机的简化结构示意图。如图2所示，本发明提供切片机，其应用于对蓝宝石硅棒进行切割作业。所述蓝宝石硅棒呈圆柱体，包括相对的顶面、底面以及位于所述顶面和所述底面之间的圆周面。在本实施方式中，所述切片机2至少包括：机架20，设置在机架20上的第一切割辊22a、第二切割辊22b、第三切割辊22c，依次缠绕于第一切割辊22a、第二切割辊22b以及第三切割辊22c上的金刚线24，以及设置在机架20上的第一送件治具26a和第二送件治具26b。

以下将会对上述各部件进行详细描述。

机架20具有工件切割区，用于作为工件(在本实施例中，所述工件即为蓝宝石硅棒)的切割场所。

第一切割辊22a设置在所述工件切割区的一侧，第二切割辊22b则相对地设置在所述工件切割区的另一侧，第二切割辊22b与第一切割辊22a相对平行且位于同一水平面上。在本实施方式中，所述第一切割辊22a与所述第二切割辊22b位于同一水平高度。

第三切割辊22c设置在第一切割辊22a与第二切割辊22b之间，并位于第一切割辊22a与第二切割辊22b同一水平面的上方。特别地，在本实施方式中，第三切割锟22c的轴心与第一、第二切割辊22a、22b的轴心连线(如图2所示的连线L1、L2、L3)构成一个等边三角形，即，第一切割辊22a与第二切割辊22b的间距、第二切割辊22b与第三切割锟22c的间距、以及第三切割锟22c与第一切割锟22a的间距相同。

金刚线24依次缠绕于第一切割辊22a、第二切割辊22b以及第三切割辊22c上，并在第一、第二、与第三切割辊22a、22b、22c之间形成三段等长的切割线。具体地，在本实施方式中，金刚线24在第三切割辊22c与第一切割辊22a之间形成第一切割线24a，在第三切割辊22c与第二切割辊22b之间形成第二切割线24b，以及在第一切割辊22a与第二切割辊22b之间形成第三切割线24c，其中，第一切割线24a和第二切割线24b可以同时对两个蓝宝石硅棒进行切割作业。如此，本发明提供的切片机，利用第一切割线24a和第二切割线24b，可以支持两个蓝宝石硅棒的同时进行切割作业，即在金刚线24高速运转时，其中的第一、第二切割线24a、24b可以对分别例如图2中所示的两个蓝宝石硅棒25a、25b进行切割作业。所述金刚线24的运行速度大于等于720m/min～900m/min，所述金刚线收紧力为张力，决定了绕曲度大小，在本实施方式中，本发明提供的切片机的张力为35N/M。。

需要说明的是，正是由于第一切割辊22a、第二切割辊22b以及第三切割辊22c之间的轴心连线构成等边三角形，这样就确保了分别缠绕在第三切割锟22c与第一切割锟22a之间、第三切割锟22c与第二切割锟22b之间以及第一切割辊22a与第二切割辊22b之间的三段切割线的长度及其绕曲度相同，从而确保了其中的第一、第二切割线24a、24b对两个蓝宝石硅棒25a、25b进行切割的精确度。

在本实施方式中，金刚线24缠绕于第三切割辊22c与第一切割辊22a之间或第三切割辊22c与第二切割辊22b之间形成两段切割线24a、24b，在高速运转时可对蓝宝石硅棒25a、25b进行切割作业。更详细地，在实际的切片机2上，还有贮丝筒(未图示)以及驱动所述贮丝筒的电机(未图示)，藉由该电机带动所述贮丝筒旋转，进而使其收线或放线而使得所述金刚线24高速运转。

请继续参阅图2，本发明的切片机2还包括设置在所述机架20上的两个送件治具，记作第一送件治具26a和第二送件治具26b，其中，第一送件治具26a用于将蓝宝石硅棒25a运送至第三切割辊22c与第一切割辊22a之间形成的第一切割线24a，第二送件治具26b用于将蓝宝石硅棒25b运送至第三切割辊22c与第一切割辊22a之间形成的第二切割线24b。

在本实施方式中，每一个所述送件治具(现以第二送件治具26b为例进行说明)均包括：设置在机架20上的摆臂座260b；与摆臂座260b通过一转轴轴接的摆臂261b，摆臂261b可绕与所述转轴在预设角度的范围内摆动；设于摆臂261b上并朝向第二切割线24b延伸的送件臂262b，用于固定蓝宝石硅棒25b；设于摆臂261b上，朝向第三切割辊22c与第一切割辊22a之间的第二切割线24b的送件臂262b，由摆臂261b延伸的延长臂263b；丝杆座264b，设在机架20的一横梁200上；活动设置在丝杆座264b及摆臂261b的延长臂263b上的驱动机构。另请参阅图3，其为图2中用于显示驱动机构的局部放大示意图。结合图2和图3，所述驱动机构至少包括：驱动电机265b以及由驱动电机265b驱动以进行伸缩作业的丝杆266b，丝杆266b临近驱动电机265b的近端通过设置在丝杆座264b上的第二丝杆转盘268b活动连接于丝杆座264b上，远离驱动电机265b的远端通过设置在延长臂263b的顶端的第一丝杆转盘267b活动连接于延长臂263b，特别地，第一丝杆转盘267b内配置有在预设角度的范围内旋转的第一丝杆螺母2671b，第二丝杆转盘268b内配置有在预设角度的范围内旋转的第二丝杆螺母2681b。

在实际应用中，丝杠266b贯穿第一丝杆转盘267b内的第一丝杆螺母2671b和第二丝杆转盘268b内的第一丝杆螺母2671b，在驱动电机265b的驱动下，丝杠266b产生旋转并作伸缩动作，从而推拉摆臂261b在预设角度的范围内摆动以使摆臂261b运送蓝宝石硅棒25b远离和/或压迫第二切割线24b。在本实施方式中，摆臂261b可绕与转轴摆动的预设角度范围为0度至20度。

还需说明的是，在本实施方式中，本发明还在丝杆266b的远离驱动电机265b的远端的顶部设置了防呆结构269b，所述防呆结构269b可以是锁附于丝杆266b远端的顶部的挡片或挡块，所述挡片或挡块的尺寸要大于丝杆266b的直径(即大于第一丝杆螺母2671b的孔径)，从而可以防止丝杆266b在旋转过程中因操作不当而脱离与第一丝杆螺母2671b的连接。

第一送件治具26a与第二送件治具26b相类似，故不在赘述。

利用上述结构的第一送件治具26a或第二送件治具26b，就可以如图2所示的箭头方向而将蓝宝石硅棒25a或蓝宝石硅棒25b相应地运送到第三切割辊22c与第一切割辊22a之间的第一切割线24a或第三切割辊22c与第一切割辊22a之间的第二切割线24b。

另外，第一、第二送件治具26a、26b具有用以黏合蓝宝石硅棒25a、25b的底面的黏合介质，具体地，所述黏合介质可以是例如黏合胶，所述黏合胶将一块玻璃(未标示)一同黏合在蓝宝石硅棒25a、25b的底面上，待切片完成后，用热水溶化黏合胶而分离蓝宝石硅棒和玻璃。

请参阅图2及图4，其显示了本发明用于切割蓝宝石硅棒的切片机在一个实施方式中的运送蓝宝石硅棒的状态示意图。在这里，仍以第二送件治具26b为例进行说明，在图2中，送件臂262b上固定了蓝宝石硅棒25b，摆臂261b及其延伸的延长臂263b与摆臂座260b呈一定的倾角α，丝杆266b中临近驱动电机265b的近端定位于第二丝杆转盘268b中内配的第二丝杆螺母2681b上，丝杆266b中远离驱动电机265b的远端则与第一丝杆转盘267b中内配的第一丝杆螺母2671b保持连接。由于摆臂261b及其延伸的延长臂263b与摆臂座260b呈一定的倾角α，因此，在这种情况下，驱动机构中的结构，例如丝杆266b、第一丝杆转盘267b内的第一丝杆螺母2671b、第二丝杆转盘268b内的第二丝杆螺母2681b、以及驱动电机265b等保持有一定的倾斜。

继续参考图4，在驱动电机265b的驱动下，丝杠266b产生旋转，通过与第一丝杆螺母2671b相配合，丝杆266b有更多的区段旋进第一丝杆螺母2671b，逐步拉近摆臂261b及其延伸的延长臂263b，使得它们向丝杆座264b摆动，从而运送蓝宝石硅棒25b压迫第二切割线24b进行切割作业，……，直至当切割作业完成后，摆臂261b(包括延长臂263b)的终止位置是与水平面呈90度夹角，此时，第一丝杆转盘267b与第二丝杆转盘268b处于同一水平，驱动机构中的结构，例如丝杆266b、第一丝杆转盘267b内的第一丝杆螺母2671b、第二丝杆转盘268b内的第二丝杆螺母2681b、以及驱动电机265b与水平面齐平(另可参考图5，其为图4中用于显示驱动机构的局部放大示意图)。

请参阅图6，图6显示为本发明切片机的切割原理示意图。在实际的切割过程中，第一送件治具26a将蓝宝石硅棒25a运送至第三切割辊22c与第一切割辊22a之间的第一切割线24a上，并压迫使得高速运转的第一切割线24a对蓝宝石硅棒25a进行切割作业；与之类似地，第二送件治具26b将蓝宝石硅棒25b运送至第三切割辊22c与第二切割辊22b之间的第二切割线24b上，并压迫使得高速运转的第一切割线24a对蓝宝石硅棒25a进行切割作业。

由于第一切割辊22a、第二切割辊22b以及第三切割辊22c构成夹角α为60°的等边三角形，缠绕在第一切割辊22a与第二切割辊22b之间、第二切割辊22b与第三切割锟22c之间、以及第三切割锟22c与第一切割锟22a之间的三段金刚线24的长度及其绕曲度相同，从而确保了第一、第二切割线24a、24b对两个蓝宝石硅棒25a、25b进行切割的精确度。

综上所述，本发明所提供的用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其提供了三个切割锟，并将三个所述切割锟的设置方式独创性地设计成三者呈夹角为60°的等边三角形，从而确保三个所述切割锟之间缠绕的金刚线的长度和绕曲度相同，从而确保了蓝宝石硅棒的精确度。

另外，在本发明中，三个所述切割锟呈夹角为60°的等边三角形，提供了左右两段切割线，从而同时可以对两个蓝宝石硅棒进行切割，相较于仅提供一段切割线单次仅支持一个蓝宝石硅棒切割的现有技术，本发明可大大提高蓝宝石硅棒切割的工作效率。

再有，本发明用于切割蓝宝石硅棒的切片机中的送件治具，主要在于采用摆臂小幅摆动以及丝杠精确控制摆臂摆幅的方式来运送蓝宝石硅棒，相对于现有技术中的托板推送，实现了送件的精度控制，提高了蓝宝石硅棒的运送精度及其后续切割作业的作业效果，生产出高质量的蓝宝石硅片。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由后述的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其特征在于，至少包括：

机架，具有工件切割区；

设置在所述工件切割区内的第一、第二、第三切割辊，所述第一、第二、第三切割辊的轴心连线构成一个等边三角形；

依次缠绕于所述第一、第二及第三切割辊上的金刚线，所述金刚线在所述第一、第二、与第三切割辊之间形成三段等长的切割线，在所述金刚线高速运转时，由其中两段等长的切割线同时对两个蓝宝石硅棒进行切割作业；

与进行切割作业的所述两段切割线对应、用于运送所述两个蓝宝石硅棒至所述两段切割线上的两个送件治具，其中，每一个所述送件治具包括：

摆臂座，设在所述机架上；

摆臂，通过一转轴轴接于所述摆臂座的顶端，所述摆臂可绕与所述转轴在预设角度的范围内摆动；

送件臂，设于所述摆臂上并朝向所述切割线延伸，用于固定所述蓝宝石硅棒；

延长臂，由所述摆臂延伸连接；

丝杆座，设在所述机架的一横梁上；以及

驱动机构，活动设置在所述丝杆座及所述摆臂的延长臂上，至少包括驱动电机以及由所述驱动电机驱动以进行伸缩作业的丝杆，所述丝杆远离所述驱动电机的远端通过设置在所述延长臂的顶端的第一丝杆转盘活动连接于所述延长臂，所述丝杆临近所述驱动电机的近端通过设置在所述丝杆座上的第二丝杆转盘活动连接于所述丝杆座上，所述第一丝杆转盘内配置有在预设角度的范围内旋转的第一丝杆螺母，所述第二丝杆转盘内配置有在预设角度的范围内旋转的第二丝杆螺母，所述丝杆在伸缩时推拉所述摆臂摆动以使所述摆臂运送所述蓝宝石远离和/或压迫所述切割线。

2.根据权利要求1所述的用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其特征在于，还包括设置在所述丝杆的远离所述驱动电机的远端的顶部、用于防止所述丝杆脱离与所述第一丝杆螺母的连接的防呆结构。

3.根据权利要求1所述的用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其特征在于，所述摆臂可绕与所述转轴摆动的预设角度范围为0度至20度。

4.根据权利要求1或3所述的用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其特征在于，所述摆臂在完成蓝宝石硅棒的切割作业后的终止位置与水平面呈90度夹角。

5.根据权利要求1所述的用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其特征在于，所述蓝宝石硅棒与所述送件治具之间还黏合有玻璃板。

6.如权利要求1所述的用于切割蓝宝石硅棒的切片机，其特征在于，所述金刚线的运行速度范围为720m/min～900m/min。