CN103764355A - 切削机和切削方法 - Google Patents

Abstract

一种用于切削铸块的切削机；所述切削机包括用于在其上固定所述铸块的载体，用于切削所述铸块的多条线，以及容器，所述容器用于在切削过程中使水流到所述多条线和所述铸块上、并用于在不浸没所述多条线的情况下将所述铸块的切削部分浸没在所述容器内的水中。

Description

切削机和切削方法

技术领域

本发明涉及一种切削机和切削方法，尤其涉及但是不限于一种用于切削铸块例如半导体铸块或其他材料的铸块的切削机，以及一种切削此种铸块的方法。

背景技术

通常通过使用进行切削动作的大量并排的细线在泥浆的情况下——泥浆在线接触切削块时喷射到线上——实现铸块的切削，比如半导体材料的铸块。铸块材料可以是硅并且切削可以为各种产业的设备的制造生产单独的晶片，例如半导体、太阳能及许多其他的产业。

泥浆的使用使泥浆回收厂成为必需，并且泥浆的使用还需要辅助系统诸如冷却装置，温度管理系统，以及泵，这些辅助系统不仅复杂和昂贵，而且能量效率低。所有这些需要非常巨大的资金花销以及巨额运行费用。

尽管因其优良的切削动作而优选钻石线，但是由于钻石线被半导体材料阻塞，因此通常并不能使用钻石线。这将经常要求定期更换钻石线，由此使钻石线的使用非常昂贵。

此外，普通切削线的使用会降低切削速度，并导致切口不一致，从而导致提供更少的有用产物。还会导致更低的产量、更多的浪费和低吞吐量。这可能意味着，例如，来自一个给定铸块的更少的可用晶片，以及这些晶片的不一致的厚度。厚度不均的晶片可能导致半导体的质量减退或参差不齐。

发明内容

根据第一示例性方面，提供了一种切削机的线的清洁设备，所述清洁设备包括：用于使线通过其中的通孔；用于将环形空气喷射流聚集在穿过所述清洁设备的线上以用于清洗和干燥所述线的圆锥状环形间隙，所述圆锥状环形间隙与所述通孔流体连通并且共轴。

所述清洁设备可以进一步包括用于将压缩干燥空气导入所述圆锥状环形间隙的空气进口。

所述清洁设备可以包括至少两个部分，第一部分包括具有圆锥形基座的中央凹处，第二部分包括具有圆锥形末端的中央轴，其中通过从所述圆锥形基座隔离所述圆锥形末端形成所述圆锥状环形间隙。所述空气进口可以在所述第一部分中提供。

所述清洁设备可以进一步包括位于所述环形空气喷射流被聚集到的所述通孔的一端的锥形凹陷。

根据第二示例性方面，提供了一种用于切削铸块的切削机；所述切削机包括：用于在其上固定所述铸块的载体；用于切削所述铸块的多条线；以及容器，所述容器用于在切削过程中使水流到所述多条线和所述铸块上、并用于在不浸没所述多条线的情况下将所述铸块的切削部分浸没在所述容器内的水中。

所述切削机可以进一步包括至少一个用于在操作过程中控制线张力的摆动器。

所述摆动器可以设置为可动的，以用来增加线的总移动距离从而增大线张力，并用来减少所述线的总移动距离从而减小所述张力。

所述切削机可以进一步包括至少一个用于检测线张力的线张力感应器，其中所述摆动器的运动与检测到的线张力相对应。

所述切削机可以进一步包括线定位器，所述线定位器用于在将线缠绕到线卷筒以及将要切削的线从线卷筒上解开缠绕时相对于所述线卷筒定位所述线，所述多条线由所述线形成。所述线定位器可以进一步包括用于检测所述线相对于所述线卷筒的位置的线位移感应器。

所述切削机可以进一步包括用于控制所述线定位器响应于所述线的检测位置运动的控制系统。所述控制系统可以进一步用于控制所述摆动器响应于所述检测到线张力的运动。

所述切削机可以进一步包括所述第一示例性方面的所述清洁设备。

根据第三示例性方面，提供了一种切削铸块的方法，所述方法包括：在载体上固定铸块；降低所述铸块从而接触多条线；在切削过程中使水流到所述多条线以及所述铸块上；以及在不浸没所述多条线的情况下将所述铸块的切削部分浸没在水中。

所述方法可以进一步包括在操作过程中周期性升起所述铸块以便所述多条线在升起过程中向所述铸块的所述切削部分运动，由此提升所述铸块的所述切削部分的表面质量。

所述多条线可以由单条线形成，所述方法可以进一步包括在切削之后通过在将所述线缠绕到线接收卷筒前将所述线穿过线清洁设备以清洁所述线。

所述方法可以进一步包括在清洁所述线后并在将所述线缠绕到所述线接收卷筒之前，通过将所述线穿过线位移感应器以相对于所述线接收卷筒定位所述线。

所述方法可以进一步包括，在切削之前，在将所述线从线供给卷筒解开缠绕后通过将所述线穿过线位移感应器以相对于线供给卷筒定位所述线。

所述方法可以进一步包括通过控制摆动器的运动来控制所述线的张力，所述线缠绕通过所述摆动器，其中所述摆动器的运动响应于线张力感应器检测到的线张力。

控制所述线的张力可以包括：在检测到的线张力低于预设线张力时移动所述摆动器以增加所述线的总移动距离从而增大线张力，在检测到的线张力高于所述预设线张力时移动所述摆动器以减少线的总移动距离从而减小线张力。

上述特征和优点，以及其他相关特征和优点，从下面的描述中将会是对本领域技术人员显而易见的。

附图说明

为了本发明可以被充分地理解并容易地投入实际效果中，现将通过非限制性的例子描述仅为示例性的实施例，该描述参考说明性的附图。在附图中：

图1示出了切削机的示例性实施例的示意图；

图2示出了图1的切削机的切削站的示意图；

图3示出了图1的切削机的切削站的示意图；

图4示出了图1的切削机的摆动器和CCD镭射位移感应器的立体示意图；

图5示出了图1的切削机的清洁设备的立体示意图；

图6示出了图5的清洁设备的第一部分的立体示意图；

图7示出了图5的清洁设备的剖面示意图；

图8示出了一种示例性切削方法的流程图。

具体实施方式

下面参考附图1至8描述切削机10和组成部分，以及切削方法100的示例性实施方式。

如图1至图3所示，所述切削机10包括载体12，载体12用于支持待切割成许多单独部分的一种材料的一个、或一个或多个铸块14。所述切削机10还包括切削站17，切削站17具有用于作为多条线23的线22，多条线23用于在铸块14中同时制造多个切口。通过将多条线23逆着所述铸块14移动完成切削。线22经由第一线卷筒和第二线卷筒20提供给切削站17。线卷筒18和20都可以是已知结构的圆柱形卷筒，如图所示。切削机10可以在向前模式中运行，在向前模式中线22经由作为线供给卷筒的第一线卷筒18提供给切削站17，并经由作为线接收卷筒的第二线卷筒20从切削站17回收。在倒退模式中，线22经由此时作为线供给卷筒的第二线卷筒20提供给切削站17，并经由此时作为线接收卷筒的第一线卷筒18从切削站17回收。

在切削中，首先，铸块14通过环氧树脂、胶粘剂或者类似物以已知方式固定在载体12的底部表面（102）。载体12被安装以用于相对于支持组件16纵向运动，并且载体12与铸块14一起移动直到铸块14正确地定位在切削站17的上方（104）。支持组件16与载体12和铸块14一起被降低直到铸块14的底部接触切削站17的多条线23（106），如图2所示。

切削机10进一步包括容器24，容器24用于存储比如水15的切削液15，切削液15用于在切削铸块14时弄湿多条线23。可以提供已知结构的水供给和过滤系统（未示出）来向切削机10供给水15。在切削过程中，铸块14向着多条线23降低，同时水15-a流过多条线23和正被切削的铸块14上（108），如图2的箭头所示。优选的，在切削过程中始终维持层流以使得在不会浸没多条线23的情况下在水15-a的层流中切削铸块14。

切削站17的多条线暴露在容器24的顶部上方。容器24用于收集流到多条线23上的水15-a以便于当铸块14在切削过程中持续降低时，铸块14的切削部分14-1浸没入容器的水15-b中（110），如图3所示。这是通过保持容器24中的水位在足以大体上将铸块14的切削部分14-1浸没在水15-b中的高度上，同时确保多条线23维持在容器24中的水15-b的表面上方10mm到30mm左右的距离来实现的。

通过在多条线23在容器中的水15-b上方切削铸块14的剩余部分时将铸块14的切削部分14-1浸没入水15-b中，切削部分14-1能被有效的冷却，因为相比于流经多条线23和铸块14正被切削部分的水15-a的水量，切削过程导致的热量被更有效的消散到容器24中的水15-b的更大体积中。这减少了在切削机10的冷却需求方面的能量要求，并代表了此领域中在绿色技术上的更多进步。

还已经确定了切削部分14-1的完成（可以是以切片的晶片的形式）与传统的切削过程相比一样好并且即使以更高的切削速度也没有减弱，而且也没有表面的损伤，这使得在更高切削速度下产生更大的吞吐量。

进一步的，由于已切削部分14-1被浸没在水15-b中使得水15-b作为切削部分14-1的液体支持介质，所以切削部分14-1或晶片的破损显著减少。这种支持防止了切削部分14-1或晶片的“瓦解”，瓦解是一种将会损伤切削部分14-1的影响，在切削完成后的处理中尤其如此。这导致了在吞吐量和产量上的显著和直接的改进。在以减少切口损伤从而节省珍贵的硅（硅构成了一个硅元件的总造价的大部分）为目的将晶片切削的越来越薄的趋势中，这甚至变得更为关键。

我们发现当使用钻石线锯单晶体材料时，单晶体材料显示出与使用传统的基于泥浆的系统几乎相同的表面品质。另一方面，相比于使用传统的基于泥浆的系统，当使用钻石线锯多晶体材料时，多晶体材料显示出更多表面损伤。证据表明用钻石线锯的多晶体表面具有一种不同的结构。沟槽可以被清楚的看见，并且多晶体材料的铸块在被钻石线切削时一般显示出比单晶体材料的铸块更多的表面损伤。

为提升多晶体铸块的切削部分14-1的表面完成情况，铸块14可以在切削过程中周期性的升起以使得多条切削线23再次在已切削部分14-1上运动。通过这种方式，切削部分14-1不止一次的经历抵靠多条线23的通过，以在切削部分14-1的表面实现平滑的效果。

例如，第一切削周期可以包括铸块14被降低并切削入10mm的深度。从多条线23的平面执行深度参考。在保持多条线23的运转的情况下，铸块14之后向上缩回6mm，达到4mm的深度，并再次下降到10mm深度。在第二切削周期，相同的铸块14被降低并切削入15mm的深度。铸块14之后向上升6mm达到9mm的深度，即，比前一周期下降到的点高1mm（10mm深）。铸块14之后再次被下降到15mm的深度。在第三切削周期，相同的铸块14被降低并切削入20mm的深度，然后上升6mm至14mm深度，并再次下降至20mm深度。由此可以观察到在每个切削周期中，铸块14被多切削5mm深，并在为进一步切削再次下降前被升起6mm。为了将整个铸块14全部切透的多次切削周期由此被执行。

我们设想切削周期可以包括将铸块14切削到一个与上述例子给出的深度不同的额外深度，并根据与上述例子给出的距离不同的距离升起铸块14。我们还设想用于切削同一铸块的下降深度和切削深度以及上升距离可以在周期间变化。所用深度和距离将视被切削的铸块14的材料，以及为达到切削部分14-1所需的表面完成情况多少次额外的通过被认为是必要的而定。

我们已经注意到线的张力，该张力是在铸块14的切削过程中线22上的张力，在切削机10的总体质量和吞吐量以及产量上扮演有重要的角色。因此，将线的张力维持在一个接近的限度内是非常关键的。

贯穿整个切削过程中线22上不变的张力可以通过在所述切削站17的每一边提供一个张力控制摆动器（dancer）30以及在沿着线22路径的不同位置（比如在合适的导线部（wire guide）50上，如图1所示）上提供一个或多个张力感应器（未示出）来实现。每个摆动器30都被设计成具有如图1所示在竖直平面内由轴4指示的竖直位置的每一边进行如图3所示的旋转运动的能力。

如果控制系统从负载单元接收到一个低于预设可接受线张力的张力读数，这是线张力松弛和由此线22可能变松的指示。随后，控制系统指示摆动器30在一个方向上旋转使线22变紧以便收紧线22，由此恢复恰当的线张力。这是通过在使切削机10的线22贯穿的整个距离增加的方向上旋转摆动器30来实现的。另一方面，如果张力感应器检测到线22变得太紧，且由此张力不合需要的增长，控制系统指示摆动器30在相反的方向旋转以减少线张力。摆动器30的旋转量和旋转方向由此被配置为与张力感应器检测到的线张力相符。经由张力感应器，控制系统和摆动器30对线张力的控制被设置为在整个切削过程中连续并实时的进行。通过这种方式，可以一直维持一个达到最大切削效率所需的符合要求的线张力。

优选的，还在切削机10中为每个线卷筒18,20提供如图1和图4所示的例如CCD镭射位移感应器40的线位移感应器。由此切削机10优选的包括两个CCD镭射位移感应器40。每个CCD镭射位移感应器40优选地布置在将线22相对于每个线卷筒18或20定位的线定位器52上。每个线定位器52包括许多导线部50，导线部50被配置用来在切削之后将线22传递到线接收卷筒上，并用来在线22从线供给卷筒上解开缠绕时恰当地定位用于切削的线22。当线解开缠绕时恰当定位线是重要的，因为线卷筒18,20通常从一个线提供部获得，并且在线卷筒上提供的线的缠绕可能不像切削操作所需的那样整齐和均匀。

每个线定位器52被设置在在切削机10的侧壁56上的一个精确导轨54上，并被配置为仅沿着与其各自的线卷筒18或20的圆柱轴21并行的方向移动。当线22从线供给卷筒18,20解开缠绕或缠绕到线接收卷筒20,18时，CCD镭射位移感应器40分别检测线22的精确位置。每个CCD镭射位移感应器40包括一个发射器41和一个接收器42，线22在两者之间经过。一系列波束从发射器41发射到接收器42，并用于持续地且在切削过程的全部时间中检测线22在发射器41和接收器42之间的准确位置。

线22在发射器41和接收器42之间的一个特定位置被预设置为作为在操作过程中对应线定位器52和线卷筒18或20的线22的正确位置。优选的，正确的位置是线22位于CCD镭射位移感应器40的精确的中心。当线22缠绕到线卷筒18或20或者从线卷筒18或20解缠绕时，控制系统监控被线位移感应器40检测到的线位置，并控制线定位器52的移动以保证线22位于发射器41和接收器42之间的正确位置。由此当线22缠绕到线卷筒18或20或者从线卷筒18或20解缠绕时，线定位器52持续沿着精确导轨54移动。解开缠绕的线22处于正确的位置是非常重要的，因为偏离的位置会增大线22的张力导致线损坏，并且偏离的位置还会导致线22与在切削站17上所需的缠绕节距不同步或不相呼应以至于不能正确形成多条线23。

线22上水滴的存在以及例如溶剂、油、尘土等其他外来物质的存在给CCD镭射位移感应器40对线22的检测造成了不幸地有害影响，因为这些物质能够导致CCD镭射位移感应器40向控制系统发送错误信号。因此，在线22穿过CCD镭射位移感应器40前必须进行有效地清洁以使得线22完全不受这些微粒或水的影响。为了恰当的将线缠绕到线卷筒18或20，清洁线22也是需要的，因为外界物质可能阻碍线恰当地安放到线卷筒18或20上。

通过如图5至7所示的清洁设备实现清洁。两个此种清洁设备60被优选的提供到切削机10上，通过设置每个清洁设备，使得将要缠绕到作为线接收卷筒的线卷筒20或18上的线22分别在向前模式和倒退模式中在通过CCD镭射位移感应器40之前通过清洁设备60。

为了将清洁设备60设置到切削机10上，清洁设备60可以包括两个可分割的共轴部分71,72以及一个共轴的安装环73。清洁设备60优选的包括一个贯通共轴部分71,72的中央孔洞61，所述线22经由该中央孔洞61通过。中央孔洞61可以包括一个位于第一部分71的第一末端71-a的锥形凹陷62，如图6所示。中央孔洞61与在清洁设备60内形成的一个非常窄的圆锥状环形间隙63流体连通，如图7浓黑色线所示。圆锥状环形间隙63优选的与中央孔洞61共轴。圆锥状环形间隙63进而与空气进口64流体连通，空气进口64优选地在清洁设备60的一个侧壁65上提供。

优选地，在第一部分71中提供穿过清洁设备60的侧壁的锥形凹陷62和空气进口64。第二部分72优选地包括用于与第一部分71的第二末端71-b结合的环形凸缘74，以及被布置在中央凹处76内部的中央轴75，中央凹处76由第一部分71的第二末端71-b提供。中央轴75包括圆锥形末端77，同时中央凹处76包括对应的圆锥形基座78。通过从圆锥形基座78隔离圆锥形末端77，从而在清洁设备60内形成所述圆锥状环形间隙63。

压缩干燥空气在压力下通过在空气进口64提供的装置78被吹入清洁设备60。由于所述压缩干燥空气被强迫通过非常窄的圆锥状环形间隙63进入锥形凹陷62所限定的空间，它形成了对着正在通过中央孔洞61的线22的集中的环形空气喷射流，从而快速干燥并冷却线22，并同时吹掉任何堆积的微粒或外来物质。由锥形凹陷62所限定的空间用来容纳水和其他从线22吹落的碎屑，以及从圆锥状环形间隙63发散的空气喷射流。由此在线22被允许通过CCD镭射位移感应器40前，通过清洁设备60实现了线22的持续的、完全的、360度清洁和干燥。因此，清洁设备60为切削机10的恰当操作起了关键作用，从而确保CCD镭射位移感应器40的用来将线22精确缠绕到线接收卷筒的准确的定位读数。优选地，还制造一个设备来排尽切削机内部的水滴和其他尘土以及残渣。

虽然上述说明已描述了本发明的示例性实施例，但本技术领域中的技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的情况下可得出设计、构造和/或操作细节上的多种变化。比如，清洁设备60中，空气进口64可以由第二部分72而非第一部分71提供。中央凹陷62可删除。

Claims (20)

1.一种切削机的线的清洁设备，所述清洁设备包括：

用于使线通过其中的通孔；和

用于将环形空气喷射流聚集在穿过所述清洁设备的线上以用于清洗和干燥所述线的圆锥状环形间隙，所述圆锥状环形间隙与所述通孔流体连通并且共轴。

2.根据权利要求1所述的清洁设备，其特征在于，所述清洁设备进一步包括用于将压缩干燥空气导入所述圆锥状环形间隙的空气进口。

3.根据权利要求1或2所述的清洁设备，其特征在于，所述清洁设备包括至少两个部分，第一部分包括具有圆锥形基座的中央凹处，第二部分包括具有圆锥形末端的中央轴，其中通过从所述圆锥形基座隔离所述圆锥形末端形成所述圆锥状环形间隙。

4.根据基于权利要求2时的权利要求3所述的清洁设备，其特征在于，所述空气进口在所述第一部分中提供。

5.根据前述任一项权利要求所述的清洁设备，其特征在于，所述清洁设备进一步包括位于所述环形空气喷射流被聚集到的所述通孔的一端的锥形凹陷。

6.一种用于切削铸块的切削机，所述切削机包括：

用于在其上固定所述铸块的载体；

用于切削所述铸块的多条线；和

容器，所述容器用于在切削过程中使水流到所述多条线和所述铸块上、并用于在不浸没所述多条线的情况下将所述铸块的切削部分浸没在所述容器内的水中。

7.根据权利要求6所述的切削机，其特征在于，所述切削机进一步包括至少一个用于在操作过程中控制线张力的摆动器。

8.根据权利要求7所述的切削机，其特征在于，所述摆动器设置为可动的，以用来增加线的总移动距离从而增大线张力，并用来减少所述线的总移动距离从而减小所述张力。

9.根据权利要求8所述的切削机，其特征在于，所述切削机进一步包括至少一个用于检测线张力的线张力感应器，其中所述摆动器的运动与检测到的线张力相对应。

10.根据权利要求6至9中任意一项所述的切削机，其特征在于，所述切削机进一步包括线定位器，所述线定位器用于在将线缠绕到线卷筒以及将要切削的线从线卷筒上解开缠绕时相对于所述线卷筒定位所述线，所述多条线由所述线形成，所述线定位器进一步包括用于检测所述线相对于所述线卷筒的位置的线位移感应器。

11.根据权利要求10所述的切削机，其特征在于，所述切削机进一步包括用于控制所述线定位器响应于所述线的检测位置运动的控制系统。

12.根据基于权利要求9时的权利要求11所述的切削机，其特征在于，所述控制系统进一步用于控制所述摆动器响应于所述检测到的线张力的运动。

13.根据权利要求6至12中任意一项所述的切削机，其特征在于，所述切削机进一步包括如权利要求1至5中任意一项所述的清洁设备。

14.一种切削铸块的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.在载体上固定铸块；

b.降低所述铸块从而接触多条线；

c.在切削过程中使水流到所述多条线以及所述铸块上；以及

d.在不浸没所述多条线的情况下将所述铸块的切削部分浸没在水中。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在操作过程中周期性升起所述铸块以便所述多条线在升起过程中向所述铸块的所述切削部分运动，由此提升所述铸块的所述切削部分的表面质量。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述多条线由单条线形成，所述方法进一步包括在切削之后通过在将所述线缠绕到线接收卷筒前将所述线穿过线清洁设备以清洁所述线。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在清洁所述线后并在将所述线缠绕到所述线接收卷筒之前，通过将所述线穿过线位移感应器以相对于所述线接收卷筒定位所述线。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括，在切削之前，在将所述线从线供给卷筒解开缠绕后通过将所述线穿过线位移感应器以相对于线供给卷筒定位所述线。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过控制摆动器的运动来控制所述线的张力，所述线缠绕通过所述摆动器，其中所述摆动器的运动响应于线张力感应器检测到的线张力。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，控制所述线的张力包括：在检测到的线张力低于预设线张力时移动所述摆动器以增加所述线的总移动距离从而增大线张力，在检测到的线张力高于所述预设线张力时移动所述摆动器以减少所述线的总移动距离从而减小线张力。

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