CN103921360A - 一种金刚线开方机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种金刚线开方机，包括：机架，具有机架台，设置于机架台上的两个工作台和支撑立柱，可升降地设置于支撑立柱上的转接支架，轴接转动于转接支架的两侧的两个线架，任一线架均具有切割辊、伺服电机、以及缠绕于切割辊的金刚线，其中，任一线架相对于转接支架轴接转动而带动金刚线相对水平线交替倾斜地切割于工作台上的加工部件，不但使整个切割过程顺畅，容易控制，而且也大大地缩短了切割时间和提高了切割精度及其效率。

Description

一种金刚线开方机

技术领域

本发明涉及一种多线切割技术，特别是涉及一种金刚线开方机。

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丝上的切割刃料对半导体等硬脆材料进行摩擦而达到切割效果。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棒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棒的工作台，用于绕丝的贮丝筒，多个贮丝筒以及可升降的切割辊等，在对晶体硅棒的切割过程中，钢丝通过十几个贮丝筒的引导，在多个切割辊之间上形成一张丝网，而待切割的晶体硅棒被固定于所述工作台上时，将切割辊降下来，并在压力泵的作用下，装配在设备上的研磨剂自动喷洒装置将研磨剂喷洒至钢线和晶体硅棒的切削部位，由钢丝带动研磨剂往复运动，利用研磨剂对工件产生切割，以将晶体硅棒一次同时切割为数段。

与实际的切割工程中，所述钢线由该晶体硅棒的顶侧开始切割一直逐渐下降，直至到该晶体硅棒的底侧后方才将整根晶体硅棒截断，在整个切割的过程中，该钢线和晶体硅棒的接触面积始终保持最大的接触面积，换言之，钢线在晶体硅棒中始终保持最长的运行距离，因而钢线也就始终受到最大的运行阻力，由于晶体硅棒本身具有很高的硬度而不易切割，再加上针对晶体硅棒切方的要求又很严格，故而如此垂直线切割的方式很容易出现切割不良；再者，该种垂直切割的方式过程缓慢，不利于节省切割的作业时间以及提高生产的工作效率。所以，如何提供一种线切割技术，以避免以上所述的缺点，实为相关领域之业者目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金刚线开方机，以解决现有技术中切割不良、切割效率低等问题。

为解决上述技术问题及其他技术问题，本发明在一方面提供一种金刚线开方机，包括：机架，具有机架台；设置于所述机架台上、用于承载加工部件的第一工作台和第二工作台；设置于所述机架上的支撑立柱，位于所述第一工作台和所述第二工作台的外侧且分别与所述第一工作台和所述第二工作台的距离相等；可升降地设置于所述支撑立柱上的转接支架；轴接转动于所述转接支架的两侧、分别对应于所述第一工作台和所述第二工作台的第一线架和第二线架，所述第一线架和所述第二线架均具有至少两个切割辊、用于驱动至少两个所述切割辊的伺服电机、以及缠绕于至少两个所述切割辊之间形成切割线的金刚线，其中，所述第一线架相对于所述转接支架轴接转动而带动所述第一线架上的所述切割线相对水平线交替倾斜地切割于所述第一工作台上所承载的加工部件，和/或所述第二线架相对于所述转接支架轴接转动而带动所述第二线架上的所述切割线相对水平线交替倾斜地切割于所述第二工作台上所承载的加工部件。

可选地，所述转接支架与所述支撑立柱之间设置有供所述转接支架升降的滑移结构，所述滑移结构受控于一升降电机。

可选地，所述滑移结构包括：竖向设置于所述支撑立柱上的第一滑轨和竖向设置于所述转接支架上、与所述第一滑轨相配的第二滑轨；或者竖向设置于所述支撑立柱上的第一滑轨和竖向设置于所述转接支架上、与所述第一滑轨相配的滑块或滑轮。

可选地，所述第一工作台和/或所述第二工作台与承载的所述加工部件之间具有黏合剂。

可选地，所述第一线架与所述转接支架之间设有第一转动轴，所述第一转动轴受控于第一转动电机；所述第二线架与所述转接支架之间设有第二转动轴，所述第二转动轴受控于第二转动电机。

可选地，所述金刚线开方机还配置有操控系统，包括：参数设置单元，用于根据待切割的加工部件而设置转接支架的升降高度、第一线架和第二线架的转动角度以及转动交替周期；控制单元，用于根据所述参数设置单元中设置的转接支架的升降高度而控制所述升降电机通过所述滑移结构驱动所述转接支架升降和根据所述参数设置单元中设置的第一线架的转动角度以及转动交替周期和/或第二线架的转动角度以及转动交替周期而控制所述第一转动电机通过所述第一转动轴驱动所述第一线架交替转动和/或所述第二转动电机通过所述第二转动轴驱动所述第二线架交替转动。

可选地，所述第一线架和所述第二线架均为长方体框架结构。

可选地，所述第一线架中的切割辊的数量为两个，分别设于所述第一线架的底部的相对两端；所述第二线架中的切割辊的数量为两个，分别设于所述第二线架的底部的相对两端。

可选地，所述第一线架还包括与两个所述切割辊配合且由金刚线缠绕的两个贮丝筒，分别设于所述第一线架的顶部的相对两端；所述第二线架还包括与两个所述切割辊配合且由金刚线缠绕的两个贮丝筒，分别设于所述第二线架的顶部的相对两端。

可选地，所述第一线架还包括用于牵引所述金刚线的张紧机构，具有设置于两个所述贮丝筒之间的张紧轮和设置于所述张紧轮上的张力传感器；所述第二线架还包括用于牵引所述金刚线的张紧机构，具有设置于两个所述贮丝筒之间的张紧轮和设置于所述张紧轮上的张力传感器。

本发明金刚线开方机，在机架的支撑立柱上设置可升降的转接支架，且在转接支架上设有轴接转动的线架，从而可使得线架上的配置的切割线能相对水平线交替倾斜地切割于工作台上所承载的加工部件，进而解决现有技术中普遍采用的垂直线切割加工部件而造成的切割阻力大、切割困难、精度差以及切割时间长且切割效率低等问题，不但使整个切割过程顺畅，容易控制，而且也大大地缩短了切割时间和提高了切割精度及其效率。

附图说明

图1为本发明金刚线开方机在一个实施方式中的立体状态示意图。

图2为本发明金刚线开方机在一个实施方式中的正视图。

图3为本发明金刚线开方机在一个实施方式中的侧视图。

图4为本发明金刚线开方机在运行切割时的立体状态示意图。

图5为本发明金刚线开方机在运行切割时的侧视状态图。

图6至图8为本发明金刚线开方机在运行切割时被切割的加工部件的状态示意图。

图9和图10为本发明金刚线开方机在运行切割时被切割的加工部件的正面状态示意图。

11   机架

110  机架台

111  第一工作台

113  第二工作台

12   支撑立柱

13   转接支架

15   第一线架

151  第一转动轴

152  贮丝筒

153  切割辊

16   第二线架

161  第二转动轴

163  切割辊

17   金刚线(切割线)

20   加工部件

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露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施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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1至图3，显示了本发明金刚线开方机在一个实施方式中的结构示意图，其中，图1为本发明金刚线开方机的立体状态示意图，图2为本发明金刚线开方机的正视图，图3为本发明金刚线开方机的侧视图。需说明的是，在本实施方式中，本发明金刚线开方机是适用于加工部件的切割，即通过金刚线先对加工部件进行横向(纵向)切割，再对加工部件进行纵向(横向)切割，形成所需的硅晶块(片)。

结合图1至图3所示，所述金刚线开方机包括：机架11、机架台110、第一工作台111、第二工作台113、支撑立柱12，转接支架13、分别配置有至少两个切割辊、伺服电机以及缠绕于切割辊的金刚线17的第一线架15和第二线架16。

以下结合图1至图3，对上述各个元部件进行详细说明。

机架11，具有机架台110。在本实施例中，机架台110为水平放置的台面结构。在机架台110上复设置有分列左右的第一工作台111和第二工作台113，在本实施例中，第一工作台111和第二工作台113均为水平设置的承载台，且基本位于机架台110中间区域的相对两侧，用于承载相应的加工部件20。为使得所承载的加工部件20更稳固地设置于第一工作台111或第二工作台113上，优选地，在第一工作台111或第二工作台113与承载的加工部件20之间增设黏合剂。当然，在本实施例中，机架台110上除了设置第一工作台111和第二工作台113之外，还可以设置其他器件(例如电机等)。在本实施方式中，加工部件20为单晶硅棒或多晶硅棒的晶体硅棒，虽是以晶体硅棒的切割为例进行说明的，但并不以此为限，本发明金刚线开方机仍可适用于其他材料(例如陶瓷、玻璃、石墨、蓝宝石等)的切割作业。

支撑立柱12设置于机架11上。较佳地，支撑立柱12位于第一工作台111和第二工作台113的外侧且分别与第一工作台111和第二工作台113的距离相等,即，支撑立柱12位于第一工作台111和第二工作台113的垂直平分线上且位于所述机架11的后侧。

支撑立柱12的作用就是为了装配转接支架13，在本实施例中，转接支架13可升降地设置于支撑立柱12上。具体地，转接支架13通过一滑移结构而实现相对支撑立柱12的升降移动。在一种具体应用中，所述滑移结构可以包括竖向设置于支撑立柱12上的第一滑轨和竖向设置于转接支架13的一侧面上以与第一滑轨相配的第二滑轨，但并不以此为限，在另一种具体应用中，所述滑移结构也可以包括竖向设置于支撑立柱12上的第一滑轨和竖向设置于转接支架的一侧面上以与第一滑轨相配的滑块或滑轮。另外，所述滑移结构受控于一升降电机(未在图式中予以显示)，通过所述升降电机，可控制转接支架13相对支撑立柱12作升降移动及其升降距离。

在转接支架13的左右两侧轴接有分别对应于第一工作台111和第二工作台113的第一线架15和第二线架16。在本实施例中：第一线架15和第二线架16结构相同且相对转接支架13对称设置；转接支架13为框架结构，内部中空，具有容置空间；在第一线架15与转接支架13之间设有第一转动轴151，第一转动轴151受控于第一转动电机(未在图式中予以显示)，通过所述第一转动电机，可控制第一线架15相对转接支架13作轴接转动；在第二线架16与转接支架13之间设有第二转动轴161，第二转动轴161受控于第二转动电机(未在图式中予以显示)，通过所述第二转动电机，可控制第二线架16相对转接支架13作轴接转动。

进一步地，轴接转动于所述转接支架的两侧、分别对应于所述第一工作台和所述第二工作台的第一线架和第二线架，所述第一线架15和所述第二线架16均为中空的长方体框架结构，现以第一线架15为例进行说明，第一线架15任一个均具有至少包括两个贮丝筒152、两个切割辊153、伺服电机(未在图式中予以显示)、以及缠绕于两个贮丝筒152和两个切割辊153的金刚线17，其中，两个贮丝筒152分别设于第一线架15的顶部的相对两端，藉由所述伺服电机驱动两个贮丝筒152旋转，进而使得缠绕的金刚线17收线或放线而使得所述金刚线17高速运行。两个切割辊153分别设于第一线架15的底部的相对两端，缠绕于第一线架15的底部的两个切割辊153之间的金刚线17即构成供直接作用于第一工作台111上所承载的待切割加工部件20的切割线，在实际应用中，两个切割辊153之间的切割线的数量可以根据实际需要而设置，例如，为提供切割效率，两个切割辊153之间的切割线的数量可以是多条，多条切割线相互平行(任意相邻两条切割线之间的间距可自定义设置)，构成一个切割网，如此，可在同一时间通过一次切割操作即可在加工部件20上完成多道切割。另外，第一线架15还可包括用于牵引金刚线17的张紧机构，具体包括设置于两个贮丝筒152之间的张紧轮(未在图式中予以显示)和设置于所述张紧轮上的张力传感器(未在图式中予以显示)，利用所述张力传感器不断感测所述张紧轮上的金刚线的张力值，并于该张力值小于预设值时发出驱动信号以驱动张紧轮进行位移以调整金刚线17的张力。再有，第一线架15还还可设置若干个导线轮(未在图式中予以显示)，用于对引导金刚线17的缠绕，从而形成布局合理的切割线。对于第二线架16而言，其结构与第一线架15相同，同样至少包括两个贮丝筒(未在图式中予以显示)、两个切割辊163、用于驱动两个切割辊163的伺服电机(未在图式中予以显示)、缠绕于两个贮丝筒和两个切割辊163的金刚线17、具有张紧轮和张力传感器的张紧机构、以及导线轮。

由上可知，第一线架15或第二线架16相对于转接支架13轴接转动时(如图4和图5所示)，第一线架15底部的两个切割辊153之间或第二线架16底部的两个切割辊163之间就形成高度落差，所形成的高度落差即决定了切割线相对水平线的倾斜角度，换言之，当两个切割辊153(163)之间的落差大时，它们之间的切割线相对水平线的倾斜角度就大，当两个切割辊153(163)之间的落差小时，它们之间的切割线相对水平线的倾斜角度就小。如此，第一线架15相对于转接支架13轴接转动而带动第一线架15上的所述切割线相对水平线交替倾斜地切割于第一工作台111上所承载的加工部件20，第二线架16相对于转接支架13轴接转动而带动第二线架16上的所述切割线相对水平线交替倾斜地切割于第二工作台113上所承载的加工部件20。

还需特别说明的是，本发明金刚线开方机还配置有操控系统(未在图式中予以显示)，包括：参数设置单元，用于根据待切割的加工部件20而设置转接支架13的升降高度、第一线架15和第二线架16的转动角度(转动角度决定了切割线相对水平线的倾斜角度)以及转动交替周期；控制单元，用于根据所述参数设置单元中设置的转接支架13的升降高度而控制所述升降电机通过所述滑移结构驱动转接支架13升降，根据所述参数设置单元中设置的第一线架15的转动角度以及转动交替周期和/或第二线架16的转动角度以及转动交替周期而控制所述第一转动电机通过第一转动轴151驱动第一线架15交替转动和/或所述第二转动电机通过第二转动轴161驱动第二线架16交替转动。

以下对本发明金刚线开方机应用于晶体硅棒切割的过程进行详细说明。针对一个晶体硅棒的开方切割而言，须进行横向切割和纵向切割两个切割工艺，在如下描述中，假设晶体硅棒20先在第一工作台111和第一线架15处执行横向(纵向)切割，再在第二工作台113和第二线架16处执行纵向(横向)切割，如此，在一台金刚线开方机上即可完成晶体硅棒20的切割作业。

首先，根据待切割的晶体硅棒20而设置转接支架13的升降高度、第一线架15和第二线架16的转动角度以及转动交替周期。

将待切割的晶体硅棒20放置于第一工作台111上。

高速运行金刚线17，即，藉由所述伺服电机驱动两个贮丝筒152旋转，进而使得缠绕的金刚线17收线或放线而使得所述金刚线17高速运行。

根据预先设置的转接支架13的升降高度而控制所述升降电机通过所述滑移结构驱动转接支架13下降以使得第一线架15上的切割线下降并接触于第一工作台111上的晶体硅棒20，同时，根据设置的第一线架15的转动角度以及转动交替周期而控制所述第一转动电机通过第一转动轴151驱动第一线架15交替转动，使得第一线架15上的切割线以相对水平线倾斜角度地方式压迫第一工作台111上的晶体硅棒20并进行横向切割作业。

请参阅图6至图8，为本发明金刚线开方机在应用于晶体硅棒的切割作业中被切割放入晶体硅棒20的状态示意图。如图6所示，转动第一线架15，使得第一线架15底部的两个切割辊153之间的切割线17形成高度落差以相对水平线保持倾斜角度的方式压迫晶体硅棒20以进行切割作业，过了一段时间之后，反向转动第一线架15，使得第一线架15底部的两个切割辊153之间的切割线17形成反向的高度落差以相对水平线保持反向的倾斜角度的方式压迫晶体硅棒20以进行切割作业(如图7所示)，经过第一线架15的一次转动交替后，被切割的晶体硅棒20便呈现图8所示的状态。

根据上述步骤，可实现晶体硅棒20的横向切割(如图9所示)。

待后续，完成晶体硅棒20的横向切割后，可将晶体硅棒20由第一工作台111转移至第二工作台113(而空出来的第一工作台111则可用于承载需要进行横向切割的其它晶体硅棒),与上述描述的横向切割作业相似，在第二工作台113上对晶体硅棒20进行纵向切割(如图10所示)。

通过上述的横向切割和纵向切割，即可完成一个晶体硅棒20开方切割。

综上所述，本发明金刚线开方机，在机架的支撑立柱上设置可升降的转接支架，且在转接支架上设有轴接转动的线架，从而可使得线架上的配置的切割线能相对水平线交替倾斜地切割于工作台上所承载的加工部件，进而解决现有技术中普遍采用的垂直线切割加工部件而造成的切割阻力大、切割困难、精度差以及切割时间长且切割效率低等问题，不但使整个切割过程顺畅，容易控制，而且也大大地缩短了切割时间和提高了切割精度及其效率。

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。任何熟悉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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种金刚线开方机，其特征在于，包括：

机架，具有机架台；

设置于所述机架台上、用于承载加工部件的第一工作台和第二工作台；

设置于所述机架上的支撑立柱，位于所述第一工作台和所述第二工作台的外侧且分别与所述第一工作台和所述第二工作台的距离相等；

可升降地设置于所述支撑立柱上的转接支架；

轴接转动于所述转接支架的两侧、分别对应于所述第一工作台和所述第二工作台的第一线架和第二线架，所述第一线架和所述第二线架均具有至少两个切割辊、用于驱动至少两个所述切割辊的伺服电机、以及缠绕于至少两个所述切割辊之间形成切割线的金刚线，其中，所述第一线架相对于所述转接支架轴接转动而带动所述第一线架上的所述切割线相对水平线交替倾斜地切割于所述第一工作台上所承载的加工部件，和/或所述第二线架相对于所述转接支架轴接转动而带动所述第二线架上的所述切割线相对水平线交替倾斜地切割于所述第二工作台上所承载的加工部件。

2.根据权利要求1所述的金刚线开方机，其特征在于，所述转接支架与所述支撑立柱之间设置有供所述转接支架升降的滑移结构，所述滑移结构受控于一升降电机。

3.根据权利要求2所述的金刚线开方机，其特征在于，所述滑移结构包括：

竖向设置于所述支撑立柱上的第一滑轨和竖向设置于所述转接支架上、与所述第一滑轨相配的第二滑轨；或者

竖向设置于所述支撑立柱上的第一滑轨和竖向设置于所述转接支架上、与所述第一滑轨相配的滑块或滑轮。

4.根据权利要求1所述的金刚线开方机，其特征在于，所述第一工作台和/或所述第二工作台与承载的所述加工部件之间具有黏合剂。

5.根据权利要求2所述的金刚线开方机，其特征在于：

所述第一线架与所述转接支架之间设有第一转动轴，所述第一转动轴受控于第一转动电机；

所述第二线架与所述转接支架之间设有第二转动轴，所述第二转动轴受控于第二转动电机。

6.根据权利要求5所述的金刚线开方机，其特征在于，还配置有操控系统，包括：

参数设置单元，用于根据待切割的加工部件而设置转接支架的升降高度、第一线架和第二线架的转动角度以及转动交替周期；

控制单元，用于根据所述参数设置单元中设置的转接支架的升降高度而控制所述升降电机通过所述滑移结构驱动所述转接支架升降和根据所述参数设置单元中设置的第一线架的转动角度以及转动交替周期和/或第二线架的转动角度以及转动交替周期而控制所述第一转动电机通过所述第一转动轴驱动所述第一线架交替转动和/或所述第二转动电机通过所述第二转动轴驱动所述第二线架交替转动。

7.根据权利要求5所述的金刚线开方机，其特征在于，所述第一线架和所述第二线架均为长方体框架结构。

8.根据权利要求7所述的金刚线开方机，其特征在于：

所述第一线架中的切割辊的数量为两个，分别设于所述第一线架的底部的相对两端；

所述第二线架中的切割辊的数量为两个，分别设于所述第二线架的底部的相对两端。

9.根据权利要求8所述的金刚线开方机，其特征在于：

所述第一线架还包括与两个所述切割辊配合且由金刚线缠绕的两个贮丝筒，分别设于所述第一线架的顶部的相对两端；

所述第二线架还包括与两个所述切割辊配合且由金刚线缠绕的两个贮丝筒，分别设于所述第二线架的顶部的相对两端。

10.根据权利要求9所述的金刚线开方机，其特征在于：

所述第一线架还包括用于牵引所述金刚线的张紧机构，具有设置于两个所述贮丝筒之间的张紧轮和设置于所述张紧轮上的张力传感器；

所述第二线架还包括用于牵引所述金刚线的张紧机构，具有设置于两个所述贮丝筒之间的张紧轮和设置于所述张紧轮上的张力传感器。