CN104044219A - 锭料馈送系统 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于线锯装置的锭料馈送系统、包括所述锭料馈送系统的线锯装置和用于在切割期间馈送锭料的方法。锭料馈送系统包括：运动机构结构；至少一个致动器，用于移动运动机构结构的至少一个部分；支撑台，用于将锭料耦合到运动机构结构；和至少一个传感器，用于测量作用于运动机构结构上的力。

Description

锭料馈送系统

技术领域

本公开的实施方式涉及用于线锯装置的锭料馈送系统。现有线锯可加装根据本公开的锭料馈送系统。本公开具体而言涉及多线锯。本公开的线锯特别适合于切割或锯切诸如硅块或石英块的坚硬材料，例如，用于切割硅晶片、用于裁方器、用于截断器等等。此外，本公开的实施方式涉及包括本文所述的锭料馈送系统的实施方式的线锯装置。另外，公开了用于在切割期间馈送锭料的方法的实施方式。

背景技术

线锯被用于从诸如硅的一块硬质材料切割出块或砖、薄片，例如，半导体晶片。在此类装置中，从绕线管馈送丝线且丝线通过丝线导向筒被导向且张紧。通常，用于锯切的丝线和研磨材料一并提供。作为一种选择，研磨材料可被提供为料浆。此举可在丝线接触待切割的材料之前不久进行。因此，研磨料通过用于切割材料的丝线被携带到切割位置。作为另一选择，例如像金刚石线那样，研磨料可利用涂层而提供在丝线上。例如，金刚石颗粒可利用涂层而提供在金属丝线上，其中金刚石颗粒嵌入于丝线的涂层中。因此，研磨料与丝线紧固地连接。

丝线通过丝线导向器被导向和/或保持张紧。所述丝线导向器通常被覆盖有一层合成树脂，且丝线导向器被刻划有凹槽，所述凹槽具有非常精确的几何形状和尺寸。丝线围绕丝线导向器缠绕且丝线形成网或丝线网。在锯切工艺期间，以相当快的速度来移动丝线。通常，将待锯切的块件，例如连接到支撑梁或支持支撑件保持件的锭料，朝向丝网推动。在锯切期间，将待锯切的块件移动通过丝网，其中此移动的速度决定切割速度和/或可在给定量的时间之内锯切的有效切割面积。

通常，存在使用较细丝线的倾向以减小切割的厚度并且藉此来减少浪费的材料。还希望使用金刚石线。所述较细丝线和金刚石线通常更容易受到损坏且，在高应变之下，所述丝线可能更容易断裂。此外，存在增加切割速度以便提高线锯产量的希望。用于移动块件通过丝网的最大速度以及在给定量的时间之内的最大有效切割面积受到若干因素的限制，所述因素包括丝线速度、待锯切的材料的馈送速度、待锯切的材料的硬度、干扰影响、期望精确度，等等。当速度增加时，在丝线上的应变通常也增加。因此，上述的避免损坏、过度磨损、故障或断裂的问题在较高锯切速度下更加关键。

极为重要的是以一方式操作线锯，以便避免或减少变化的锯切品质、变化的锯切宽度、丝线的振动，乃至丝线的断裂。在最坏的情况下，如果断裂发生，则不希望的结果可能出现。丝线的松动端可能在机器中以不可控制的方式来回运动，如此可能损害丝线导向器系统或所述机器的其他部分。此外，若丝线断裂而继续移动，则丝线将被从待锯切的物体中扯出。

对于众多应用，晶片或切片相对于锭料的横截面或直径而言具有非常小的厚度。因此，晶片具有相当的柔性且晶片可折曲和弯曲以与邻近切片接触。此折曲对于切割的精确度和平面度是不期望的，且此折曲可在锯切切片的表面上引起起伏、条纹和不期望的不规则性。所述不规则性，即使是几微米的不规则性，也足以使切片对于某些应用无法使用，诸如对于太阳能和半导体应用。切片的变形可甚至导致微破裂和破裂，尤其在切片被连接到所述切片的支持件的耦合点附近。

锯切工艺还须经优化以将成本保持得尽可能小。除了避免由于例如变化的丝线性质所致的不适当锯切品质，或甚至由于丝线的故障或断裂所致的停机时间，还必须优化工艺的整体馈送速率以获得最大产量。

已知丝线锯切通常包括带有以下各项预置值的设置：锭料通过丝网的馈送速率、丝线速度、进入和退出丝网的丝线张紧力、浆料流动速率，和浆料温度。例如，一旦切割开始，就监控浆料密度且可任选地监控浆料粘度或浆料温度，以允许操作者跟踪且必要时修改工艺相关参数。然而，结果是此举并没有给出用于优化锯切工艺的足够信息，且无法充分地避免在切割工艺期间的不规则性。特别地，令人所关心的是，切割工艺相关参数要在整体切割工艺期间基本上保持恒定，以确保对于生产高精度晶片必不可少的恒定且可再生的切割结果。为了提高切割质量，已知的线锯已被配置为例如通过决定丝线部分相对于参考的弯曲，来检测丝线部分在锯切期间在待锯切的块体内的位置。

鉴于上文，本公开的目的是提供克服现有技术中的至少一些问题的线锯装置。此目的至少在某种程度上是通过根据独立权利要求的用于线锯装置的锭料馈送系统和用于在切割期间馈送锭料的方法获得。从附属权利要求、描述和附图可显见本公开的进一步方面、优点和特征。

发明内容

鉴于上文，提供了用于线锯装置或仅用于线锯的锭料馈送系统。线锯适于将锭料切割成为晶片。锭料馈送系统包括：运动机构结构；至少一个致动器，用于移动运动机构结构的至少一个部分；支撑台，用于将锭料耦合到运动机构结构；和至少一个传感器，用于测量作用于运动机构结构上的力。

根据进一步方面，现有线锯可加装如本文所述的锭料馈送系统。公开了用于加装线锯的方法，所述方法包括提供具有如本文所述的锭料馈送系统的线锯。

根据本公开的另一方面，提供了线锯装置，所述线锯装置包括至少两个丝线导向筒和如本文所述的锭料馈送系统。

根据本公开的进一步方面，提供了用于在切割期间馈送锭料的方法，其中所述方法包括：通过利用运动机构结构来馈送锭料到线锯；通过测量运动机构结构中的力来监控在切割期间作用于锭料的力；和基于所监控的力来控制至少一个切割工艺参数。

本公开还针对一种设备，该设备用于进行所公开的方法且包括用于进行各所描述的方法步骤的设备元件。可经由硬件元件，或由适当软件而编程的计算机，或所述两者的任何组合、或任何其他方式，来执行所述方法步骤。此外，本发明也针对所述设备的操作方法。所述方法包括用于执行设备的每个功能的方法步骤。

本公开的进一步方面、优点和特征是从附属权利要求、描述和附图显而易见。

附图说明

可参考实施方式来获得上文简要总结的本公开的更特定描述，从而可详细地理解本公开的上述特征的方式。附图涉及本公开的实施方式且附图描述在下文中：典型的实施方式被图示于附图中且详述在以下的描述中。在附图中：

图1示意地图示根据本文所述的实施方式的锭料馈送系统；

图2图示根据本文所述的实施方式的包括锭料馈送系统的线锯装置的示意侧视图；

图3图示根据本文所述的实施方式的布置在线锯的锯切区域中的锭料的透视图；

图4图示根据本文所述的进一步实施方式的包括锭料馈送系统的线锯装置的透视图；

图5图示根据本文所述的进一步实施方式的包括锭料馈送系统的线锯装置的侧视图；

图6图示根据本文所述的更进一步实施方式的包括锭料馈送系统的线锯装置的侧视图；

图7图示根据本文所述的进一步实施方式的包括锭料馈送系统的线锯装置的透视图；

图8图示根据实施方式的锭料馈送系统的透视图；

图9图示根据本文所述的实施方式的用于馈送锭料的方法的实施方式。

具体实施方式

现将对本公开的各种实施方式进行详细参考，所述实施方式的一或多个实例图示于诸图中。在诸图的以下描述中，相同元件符号代表相同元件。通常，仅描述对于各实施方式的差异。各实例是作为对本公开的说明而提供的，且各实例并不意图作为对本公开的限制。此外，图示或描述为一个实施方式的一部分的特征可用于其他实施方式或结合其他实施方式一起使用，以产生更进一步实施方式。本描述意图包括所述修改和变化。

在以下描述中，可将“锭料馈送系统”，或仅“馈送系统”理解为控制待锯切的块体（例如锭料）的位置的系统。特别地，此举可通过锭料馈送系统的控制器进行。

通常，如本文所理解的线锯装置可以是截断器、裁方器，或晶片切割线锯。

通常，在本公开中，锯切工艺对应于切割工艺。因此，带有所有适当语法变化的动词“锯切”被用作与带有所有适当语法变化的动词“切割”带有相同意义。

在本公开中，将术语“运动机构结构”定义为典型地连接至少两个主体的至少两个元件的布置，其中所述至少两个元件彼此连接，以使得所述至少两个元件中的至少一个元件，例如通过围绕铰链轴的旋转和/或沿着轴线平移，相对于所述布置的至少两个元件中的另一元件或其他诸元件可动。

在本公开中，将术语“平行运动机构结构”定义为一种“运动机构结构”，其中典型地至少两个主体中的至少一个主体在两个或两个以上不同位置处被连接至“平行运动机构结构”。因此，并联运动机构结构的诸个元件中的一个元件的运动典型地转化为运动机构结构的至少一部分（例如，运动机构结构的另一元件）的运动。

通常，且不限于本文所述的任何具体实施方式，术语“切割平面”包括切割方向。典型地，切割平面的定向在整个完整切割工艺期间保持恒定。典型地，切割平面的定向对应于线锯的丝线的定向。

在本公开中，将术语“切割方向”定义为其中在切割工艺期间切割前进的方向。典型地，切割方向是垂直方向。

此外，在本公开中，将术语“工作区域”定义为由线锯的丝线所跨越的面积，丝线网也可典型地被称为丝线层。一般地，工作区域是其中待锯切的单个块件（典型地为锭料）在切割期间与线锯丝线相互作用的区域。

如图1中示意地图示，根据本文所述的实施方式的用于线锯装置100的带有锭料317的锭料馈送系统300包括：运动机构结构350；至少一个致动器352，用于移动运动机构结构350的至少一个部分；支撑台312，用于将锭料317耦合到运动机构结构350；和至少一个传感器401，用于测量作用于运动机构结构350上的力。

根据实施方式，线锯装置100可以是多丝线锯。多丝线锯允许对于半导体和光生伏打工业的硅晶片的高生产率和高品质切片。多丝线锯典型地包括高强度钢丝线，所述高强度钢丝线可被单向（即，仅在向前方向）或双向（即，前后方向）移动以执行切割动作。丝线可在丝线的表面上具有金刚石。

测量作用于本文所述的实施方式的运动机构结构上的力的效果在于，可以获得关于在切割工艺期间经由切割丝线传递到锭料的力的信息。所述信息可进一步被用于在切割期间的切割工艺参数的力反馈控制，以确保恒定且可再现的切割结果。因此，典型地使用基于控制算法的力，该控制算法实现闭合环路切割工艺控制。因此，根据本文所述的实施方式，在整个切割工艺期间的切割力可根据预定义的力分布曲线（profile）控制，所述力分布曲线诸如是锭料位置和/或切割工艺时间进程的函数。例如，切割力可被控制以使得切割力在整个切割工艺期间保持基本上恒定。或者，切割工艺可被控制以使得例如切割力随着线锯丝线通过锭料前进而增加或减少。此外，根据本文所述的实施方式，切割力可作为至少一个切割工艺参数的函数来控制，所述参数诸如锭料馈送速度、丝线速度、丝线张紧力、丝线温度、冷却剂供给速率，和冷却剂温度。

根据实施方式，馈送系统进一步包括控制器，所述控制器用于通过利用力反馈控制来控制切割工艺参数。此外，控制器也可典型地用于监控作用于运动机构结构上的力。典型地，用于测量作用于锭料馈送系统的运动机构结构上的力的传感器被连接到控制器。控制器典型地处理通过传感器产生的信号且控制器计算各个力测量数据。因此，控制器得以能够执行作用于运动机构结构上的力的实时在线监控，且控制器从而得以实时在线监控在锯切工艺期间作用于锭料上的力。

典型地，可使用控制算法基于力测量数据来控制切割工艺参数。因此，馈送系统的实施方式适合于切割工艺参数的闭合环路的力反馈控制，所述切割工艺参数诸如为锭料位置、锭料定向、锭料馈送速度、丝线速度、丝线温度、丝线张紧力、冷却剂供给速率，和冷却剂温度。

根据本文所述的实施方式，锭料馈送系统、线锯和用于馈送锭料的方法可通过计算机程序、软件、计算机软件产品和相关联的控制器操作，所述控制器可典型地具有CPU、存储器、用户界面，和与包括馈送系统的线锯的相应元件通信的输入和输出手段。所述元件可为以下元件中的一或更多个元件：馈送系统的致动器、电动机或断路器；丝线导向筒的致动器、电动机或断路器；冷却剂供给等等，上述元件将在下文中更详细地描述。

根据实施方式，切割工艺参数包括锭料位置和/或锭料定向和/或锭料馈送速度和/或丝线速度和/或丝线温度和/或丝线张紧力和/或冷却剂供给和/或冷却剂温度。典型地，使用控制算法基于力测量数据来控制切割工艺参数。

根据实施方式，至少一个传感器为应变计传感器。应变计传感器的益处在于所述应变计传感器可以简单方式且在基本上任何感兴趣之处连接到运动机构结构。

根据实施方式，至少一个致动器352是电动机，所述电动机用于经由运动机构结构350来控制锭料位置。典型地，致动器是通过能量源操作，所述能量源的形式为将能量转换成为动作的电流、液压流体压力或气压。根据一些实施方式，馈送系统的至少一个致动器可以是电动机、线性电动机、气动致动器、液压致动器或压电致动器。典型地，使用致动器来实现运动机构结构的动作，特别是在运动机构结构之内的动作（例如通过运动机构结构的至少一个元件的线性运动）。因此，典型地，电动机的旋转运动被例如使用螺钉和螺丝转换器转换成为线性运动。在其中使用压电致动器的实施方式中，所述线性转换是没有必要的，因为压电致动器本质上为线性。

在圆弧和线性运动之间的转换通常是经由螺旋原理或轮轴原理进行。根据螺旋原理操作的螺旋致动器包括螺旋千斤顶、滚珠丝杠和滚柱丝杠致动器。通过旋转致动器的螺母，螺旋轴沿着线移动。相应地，通过移动螺旋轴，螺母旋转。根据轮轴原理操作的致动器包括升降机、绞车、齿轮齿条副、链传动、皮带传动、刚性链和刚性皮带。通过旋转轮/轴（例如鼓、齿轮、滑轮或轴），线性构件（例如电缆、齿条、链或皮带）移动。相应地，通过移动线性构件，轮/轴旋转。

典型地，单个锭料317通过诸如安装板376的临时支撑件安装在支撑台312上。所述支撑台312可通过利用致动器组件310在Z轴方向上垂直地移动，所述致动器组件310可包括柱311和电动机315，所述致动器组件310适合于将锭料317推抵向丝线323的层319以便晶片切割。

根据典型的实施方式，用于测量作用于运动机构结构350上的力的至少一个传感器401、402、403和404是应变计传感器。典型地，包括应变计传感器，所述应变计传感器一般地是由绝缘柔性衬板制成，所述绝缘柔性衬板支撑金属箔图案。典型地，传感器是通过诸如氰丙烯酸酯的适当粘合剂连接到运动机构结构。在晶片切割期间，将作用于锭料上的力传输到运动机构结构中，引起在运动机构结构之内的机构中的应变。所述应变典型地由传感器测量，所述传感器被布置在运动机构结构的元件上，以使得可以测量典型地沿着元件的纵轴引入元件中的力。随着物体变形，箔也变形，引起箔的电阻改变。典型地使用惠斯顿电桥测量的电阻变化通过被称为应变系数的量与应变相关。应变计传感器利用电导的物理性能和所述应变计传感器对导体的几何形状的依赖。当导电体在所述导电体的弹性极限之内伸展以使得所述导电体不断裂或永久地变形时，所述导电体将变得更窄或更长，所述变化增加导电体的端到端电阻。相反地，当将导体压缩以使得所述导体不弯曲时，导体将变宽和缩短，引起减少所述导体的端到端电阻的变化。根据应变计的测量电阻，可以推断在运动机构结构中施加的应力和应变的量，且因此可以推断在晶片切割期间作用于锭料上的力。

根据本文所述的实施方式，用于测量典型地在运动机构结构中的力的力传感器适于工业应用。典型地，用于实施方式中的力传感器是基于如上所述的技术原理。根据实施方式，使用的应变计传感器被封装且使用的应变计传感器可通过螺栓、螺钉或粘合剂被固定到感兴趣的位置，例如，固定到运动机构结构，尤其固定到运动机构结构的悬臂。或者，可以使用基于如上所述的不同技术的其他适当力传感器。

为了以高灵敏度检测和测量，传感器被典型地布置在运动机构结构的诸个位置处，例如在悬臂的表面上的中央部中，在所述诸个位置中，作为引入力的结果，发生由应变引起最高变形。典型地，传感器被定向以使得所述传感器的具有最高测量灵敏度的方向对应于传输至运动机构结构的各个元件中的力的方向，典型地对应于运动机构结构的元件的纵向。

在图2中，图示了包括锭料馈送系统300的线锯装置100的实施方式的示意侧视图，所述锭料馈送系统300包括线性运动机构结构。典型地，线锯装置包括丝线导向器321、322，所述丝线导向器321、322用于在丝线运动方向输送和导向丝线324、325。丝线323可被缠绕在丝线导向器上，所述丝线导向器在本文中也称为导向筒。通常，将导向筒以恒定间距开槽，形成平行丝线的水平网或丝网，所述水平网或丝网在本文中也称为丝线层319。丝线导向器通过驱动装置而旋转，所述驱动装置引起整个丝网以相对较高的速度移动，例如，以5m/s到20m/s的速度移动。

如果需要，若干高流速喷嘴可为移动丝线馈送浆料。如本文所理解的料浆是指具有典型为悬浮的研磨颗粒（例如，碳化硅颗粒）的液体载剂。如上所述，在切割动作期间，可将锭料推过丝网。或者，锭料可为固定，而将丝网推过锭料。丝线馈送绕线管典型地提供所需的新丝线且丝线收紧绕线管典型地存储使用过的丝线。

通常，如本文所述的线锯装置的实施方式包括框架305，在所述框架305上安装有丝线导向器321、322，其中所述丝线导向器321、322的旋转轴彼此平行布置。此外，致动器组件310典型地用以将锭料317推抵向丝线323的层319。

如图2中所示，从供应绕线管326接收丝线323，且然后丝线323围绕例如导向筒的丝线导向器321、322缠绕，以在锯切区域中形成平行丝线的至少一个层319。丝线323然后返回到诸如收紧绕线管327的适当接收装置。典型地，至少其中一个导向筒被耦合到驱动电动机，所述驱动电动机适合于以单个方向，或特别地以往复运动移动布置在锯切区域318中的丝线（多个）323。丝线导向器321、322可通过一或多个轴承来支撑，所述一或多个轴承可被耦合至丝线张紧系统（未图示），所述丝线张紧系统适合于通过相对于另一个导向筒移动一个导向筒来提供期望张紧力到丝线（多个）323。典型地，线锯控制系统可提供丝线张紧的控制。

在如图2中所示的实施方式中，仅安置单个锭料317且将所述单个锭料317在线锯装置100之内锯切一次。然而，本文所述的单个线锯装置的实施方式可形成包括数个线锯装置的线锯系统的一部分。典型地，在不同工作区域中同时切割两个、三个或四个锭料。

丝线路径逐个环路地将在工作区域处的一或多个锭料切片，且丝线路径通过导向筒输送到进一步工作区域，或再次输送到相同工作区域。典型地，丝网将在上部工作区域处的一或多个锭料切片，然后丝网被输送到下部工作区域，且丝网将在下部工作区域处的一或多个锭料切片。此后，丝线通常被输送回到上部工作区域。如果运动方向在锯切期间变化，而不是被输送到下一个工作区域，那么丝线可能被输送回到丝线从其到达的工作区域。

应理解，丝网可包含一个以上工作区域，所述工作区域被定义为其中执行锯切工艺的区域。因此，根据本文所述的典型实施方式，丝网可具有通过一个或若干丝线形成的多个工作区域。例如，根据本文所述的典型实施方式，线锯可包括两个水平定向的丝网，例如，包括两个或四个水平定向的工作区域。在此情况下，锯切是通过在典型垂直的方向上推动锭料通过界定工作区域的丝网来执行（见图3）。

图3图示锭料317的透视图，所述锭料317由于馈送系统300将锭料317推抵向丝线323（多个）的层319的运动而被部分地锯切，所述丝线（多个）323的层319布置在线锯装置100的锯切区域中。典型地，在丝线323的层319的相邻丝线之间的间距是通过在丝线导向筒的周边上的刻槽所界定，所述刻槽决定锯切切片331的厚度。所述锯切切片331通过槽或锯切间隙332彼此分离。典型地，丝线323可包括直径在0.1mm和0.2mm之间的弹簧钢丝线，锯切具有硬质材料的锭料，或更具体而言锯切组合物，诸如硅、陶瓷，III至V族和II至VI族元素的化合物、钆镓石榴石(gadolinium gallium garnet;GGG)、蓝宝石等等，以便锯切成理想的约300μm或更少厚度的切片，或典型地用于下一代基板的180μm或更少厚度的切片。典型地使用研磨剂，所述研磨剂通常是商业产品，诸如金刚石、碳化硅、矾土，或用于改进锭料锯切工艺的其他有用材料。研磨剂可被固定到丝线323，或研磨剂可为在诸如浆料的液体（例如，PEG）中悬浮的自由形式，所述浆料用于输送研磨颗粒。

有可能锯切同时在上部工作区域和下部工作区域处进行。此外，线锯可包括两个垂直布置的网（未图示）。根据一些实施方式，垂直布置的网用于在水平定向的工作区域之间输送丝线。在工作区域之间的输送期间，丝线可冷却。根据其他实施方式，工作区域被垂直地定向。

根据本文所述的实施方式，线锯是用于以高速切割诸如半导体材料的硬质材料，所述半导体材料例如，硅、石英，等等。丝线速度，也就是丝线穿过线锯的速度可例如为10m/s或甚至更高。典型地，丝线速度可在10m/s到15m/s的范围中。然而，还可期望诸如20m/s、25m/s或30m/s的较高丝线速度。根据一些实施方式，丝线的运动仅为单向，即总是在向前方向中。根据其他实施方式，所述运动可包括在向后方向中的运动，特别地，所述运动可为丝线的往返运动，其中丝线的运动方向被反复地修正。

为了以期望的丝线速度退绕丝线，具有未使用丝线的馈线管326以高达数千转每分钟的旋转速度旋转。例如，可提供1000rpm至2000rpm的旋转速度用于退绕丝线。

在可与本文所述的其他实施方式结合的实施方式中，丝线可取决于装置类型具有不同直径。在关于裁方器的实施方式中，丝线直径可为从约250μm到约450μm，例如，从300μm到350μm。在关于晶片切割线锯的实施方式中，丝线直径可为从80μm到180μm，更典型地从120μm到140μm。

根据可与本文所述的其他实施方式结合的进一步实施方式，用于切割的丝线为金刚石线。与传统钢线相比，通过使用金刚石线，产量可增加到2倍或甚至更多倍。待锯切的材料相对于移动丝线移动的速度可被称为材料馈送速率。在本文所述的实施方式中的材料馈送速率可分别为：对于晶片切割丝锯，在2μm/s到20μm/s，典型地约6μm/s到10μm/s的范围内；对于关于裁方器的实施方式，从10μm/s到50μm/s，典型地从28μm/s到36μm/s。或者，对于在本文所述的实施方式中的材料馈送速率可分别为：对于晶片切割线锯，高于20μm/s；对于关于裁方器的实施方式，高于50μm/s。

通常，在穿过整个线锯之后，与锯切工艺之前的丝线的初始直径相比，丝线以减小的直径退出线锯的操作区域。丝线中的磨损具有工艺依赖性。特别地，切割速率越高，所产生的温度越高，则丝线磨损也越高。另外，在锯切期间，丝线在锭料内部发生磨之处被加热，即，典型地在晶片内部被加热。因此，丝线在切割锭料的同时升温。在锭料外部，丝线通过与丝线的围绕物交换热量来冷却，所述围绕物诸如料浆、空气，和导向筒或进一步丝线导向器。因此，随着切割丝线的直径和从而切割丝线的机械性能在切割工艺期间作为时间和温度的函数变化，通过丝线作用于锭料上的切割力和因此丝线的磨损性质在切割工艺期间变化，产生锭料的不希望的非均匀切割表面。

因此，示例性参考图5的本文所述的实施方式提供线锯100，所述线锯100包括锭料馈送系统300，所述锭料馈送系统300能够在切割工艺期间测量作用于锭料317上的力。特别地，锭料定位包括：运动机构结构350；至少一个致动器352，用于移动运动机构结构的至少一个部分；支撑台312，用于将锭料耦合到运动机构结构；和至少一个传感器401、402，用于测量作用于运动机构结构350上的力。因此，关于在切割工艺期间经由切割丝线传输到锭料的信息可通过测量作用于运动机构结构上的力获得。

根据本文所述的典型实施方式，所述信息可进一步被用于在切割期间的切割工艺参数的力反馈控制，以确保恒定且可再现的切割结果。

因此，可使用实现闭合环路切割工艺控制的基于控制算法的力。因此，根据本文所述的实施方式，在整个切割工艺期间的切割力可根据可选择的力分布曲线控制，所述力分布曲线作为锭料位置和/或切割工艺时间进程的函数。

例如，切割力可被控制以使得切割力在整个切割工艺期间保持基本上恒定。或者，切割工艺可被控制以使得例如切割力随着线锯丝线通过锭料的前进而增加或减少。此外，根据本文所述的实施方式，切割力可作为至少一个切割工艺参数的函数来加以控制，所述参数诸如锭料位置、锭料定向、锭料馈送速度、丝线速度、丝线温度、丝线张紧力、冷却剂供给速率，和冷却剂温度。此外，作用于锭料上的被测量力还可以被用作线锯控制系统的输入，所述线锯控制系统经设置以控制丝线张紧力。典型地，线锯的实施方式可包括用于测量切割工艺参数的进一步传感器，所述传感器例如，用于测量丝线温度的温度传感器等等。

或者，根据实施方式，通过弯曲测量系统获得的数据可用于在切割期间控制切割力。典型地，弯曲测量系统经设置以测量和监控丝线部分在待锯切的块件内部的弯曲。根据实施方式，弯曲测量系统被连接到控制器以便控制切割工艺参数。典型地，控制器使用弯曲测量数据以便控制切割力，所述切割力可作为至少一个切割工艺参数的函数来控制，所述参数诸如锭料位置、锭料定向、锭料馈送速度、丝线速度、丝线温度、丝线张紧力、冷却剂供给速率和冷却剂温度。

图4图示根据本文所述的实施方式的包括锭料馈送系统的线锯装置的透视图。如图4中示例性地图示，馈送系统300包括：线性运动机构结构350；电动机315，充当用于经由运动机构结构350产生线性运动的致动器；和多个传感器401、402、403、404、405，用于测量作用于运动机构结构上的力。典型地，作用于运动机构结构上的力由在切割期间作用于锭料317上的力传输到运动机构结构中所产生。通过将锭料安装在支撑台312上而将锭料耦合到运动机构结构350，其中通过诸如安装板376的临时支撑件将锭料安装到所述支撑台。

如图4中所示，线性运动机构结构350是根据螺旋原理。特别地，电动机315被布置以使得运动机构结构的螺旋轴可被驱动。如图4中示例性地图示，螺旋轴与相应螺母啮合，所述螺母被连接到运动机构结构的进一步元件，其中所述进一步元件被布置以使得所述元件可以线性方向运动。典型地，如图4中所示，进一步元件被配置为弯头元件。弯头元件被连接到线锯的框架，以使得可以实现典型地沿着切割方向的轴线的平移运动，典型地为垂直移动。典型地，在弯头元件和框架之间的连接是通过使用滑动机构实现。

通常，导轨可附着于线锯的框架305且相应滑动元件（未图示）可附着于运动机构结构的进一步元件，所述进一步元件例如弯头元件。它们被典型地用于实现运动机构结构沿着切割方向的轴线的导向运动。典型地，使用至少两个导轨和至少两个滑动元件，一般地四个滑动元件。如图4中示例性地图示，导轨典型地在切割方向中平行布置。典型地，螺旋轴和滑动元件具备用于测量力，特别是作用于运动机构结构上的力的分力的传感器401、402、403、404、405。典型地，在滑动元件上提供的部分传感器被布置和设置用于在切割期间测量作用于运动机构结构上的力的水平分力，所述水平分力示例性地以F1和F2图示。相应地，诸如图4中所示的传感器405的典型地至少一个传感器被布置且设置用于在切割期间测量作用于运动机构结构上的力的垂直分力，所述垂直分力示例性地以F3图示。根据如图4中所示的实施方式，用于测量垂直力的传感器提供在螺旋轴上。虽然没有明确地图示在图4中，但是传感器可被布置在运动机构结构的其他位置上，所述其他位置适合于在切割期间测量作用于运动机构结构上的力的垂直和水平分力。例如，可在支撑台312和/或安装板376和/或导轨上提供力传感器。

图5图示根据本文所述的实施方式的包括锭料馈送系统300的线锯装置的侧视图。锭料馈送系统300包括并联运动机构结构350，所述并联运动机构结构350具有至少一个导轨341、具有第一端和第二端的至少两个悬臂343，和一或多个致动器352，所述致动器诸如所图示的两个线性电动机342，所述两个线性电动机被设置以实现沿着至少一个导轨341的运动（由致动器之下的箭头所指示）。

根据如图5中示例性图示的实施方式，运动机构结构为包括至少两个悬臂的并联运动机构结构，其中各悬臂343包括第一端和第二端。

包括根据本文所述的实施方式的并联运动机构结构的锭料定位系统的效果在于，所述锭料定位系统实现锭料在切割平面之内的平移运动和围绕旋转轴的旋转运动，所述旋转轴典型地垂直于所述切割平面。因此，可以提供切割工艺在开始和/或结束条件方面的柔性，所述条件诸如锭料相对于线锯丝线的定向。进一步，可以控制切割长度，即丝线与锭料的接触长度。特别地，丝线与锭料的接触长度可通过定位（例如旋转锭料）来被控制为在切割期间如在运动机构结构中所测量的作用于锭料上的力的函数。

根据实施方式，运动机构结构被设置以实现锭料在切割平面之内的至少一平移运动。典型地，切割平面包括切割方向。或者，运动机构结构被设置以实现平移运动和/或旋转运动。典型地，旋转运动是围绕垂直于切割平面的旋转轴进行。典型地，切割平面的定向在整个切割工艺期间保持恒定。典型地，切割平面的定向对应于线锯的丝线的方向。

根据本文所述的实施方式，旋转轴可位于锭料之内。或者，例如当锭料的摇摆运动是通过运动机构结构执行时，旋转轴可位于锭料之外。根据实施方式，旋转轴垂直于切割平面的位置可在切割工艺期间变化。根据本文所述的其他典型实施方式，运动机构结构被设置以实现围绕两个旋转轴的两个旋转运动，所述两个旋转轴典型地垂直于切割平面。举例来说，例如在锭料的摇摆运动的情况下，第一旋转运动围绕位于锭料外部的第一旋转轴；例如在枢转或旋转锭料的情况下，第二旋转运动围绕位于锭料内部的第二旋转轴。

根据实施方式，至少两个悬臂相对于旋转轴被布置在相对侧上，其中至少两个悬臂的第一端经由铰接连接到支撑台，如图5中示例性地图示。典型地，虽然没有图示在图5中，但是根据本文所述的实施方式，运动机构结构进一步包括至少一个滑块，其中至少两个悬臂的第二端被典型经由铰接连接到至少一个滑块。根据本文所述的实施方式，滑块经由轨道被导向，如图8中示例性地图示。

典型地，致动器被配置以使得各致动器可分别地沿着至少一个导轨341移动。典型地，如图5中所示，至少两个悬臂343的第一端被例如经由铰接可旋转地连接到支撑台312，而至少两个悬臂343的第二端被例如经由铰接可旋转地连接到致动器352。因此，通过移动致动器，可移动悬臂343、支撑台312和从而可移动例如通过安装板376连接到支撑台的锭料317。例如，当两个致动器都在朝向中心移动时，锭料按图5中所示地被向下推动，特别地被朝向线锯丝线推动。在两个致动器都在以相同速度朝向中心移动的情况下，可实现在切割方向上的纯平移运动。相应地，在两个致动器中的一个致动器与另一个致动器相比移动较快或较慢的情况下，可实现锭料的旋转运动，例如如图5中所示的具有角度θ的旋转。因此，致动器353彼此之间和致动器353相对于导轨341的相对运动可用于在Z轴方向上移动锭料317和/或还用于提供锭料317的倾斜，所述倾斜具有例如相对于丝线323的层的角度。在锯切工艺的初始阶段期间改变锭料317的角度θ，或锭料317相对于丝线323的倾斜的能力可与允许槽（见图3）横跨锭料317均匀地形成有关。相反，立刻将锭料的整个表面推抵向丝线323可导致丝线移出在丝线导向器321、322上形成的丝线导向凹槽和/或丝线断裂。

进一步，通过前后移动两个致动器中的至少一个致动器，可实现锭料的摇摆运动。典型地，摇摆运动是包括旋转运动的运动，其中旋转轴典型地位于被摇摆的物体内部或外部，且其中旋转轴可在摇摆运动期间变化。典型地，摇摆运动是沿着轨道的往复运动。

根据典型实施方式，诸如图5中所示的并联运动机构结构350能够将锭料定位在包括切割方向的平面之内，例如定位在诸如如图5中所示的x-z平面的垂直平面之内。或者，包括切割方向的平面被定位成与丝线323的定向平行。进一步，类似于图2和图5中所示的馈送系统的实施方式，图5的馈送系统的实施方式包括至少两个传感器，所述至少两个传感器用于测量在切割晶片期间作用于运动机构结构上的力。

典型地，在并联运动机构结构的悬臂343上提供传感器。典型地，其中一些传感器，例如传感器401和402，被配置和布置以使得可测量传输到悬臂343中的力。典型地，因为悬臂343被可旋转地连接在所述悬臂343的第一端和第二端上，所以传输到悬臂中的力的方向大体上只沿着悬臂343的纵向延伸的方向。

虽然没有明确地图示在图5中，但是传感器可被布置在运动机构结构的其他位置上，所述其他位置适合于在晶片切割期间测量作用于运动机构结构上的力的垂直和水平分力。例如，可在支撑台312和/或安装板376和/或导轨341上提供力传感器。

图6图示锭料馈送系统300的进一步实施方式的线锯装置的侧视图。与如图5中所示的实施方式相比，图6的实施方式的不同之处在于，锭料馈送系统350包括杆353的两个“二连杆机构”，所述两个“二连杆机构”被耦合到底板313。此外，提供一或多个致动器352，所述一或多个致动器352被设置以分别移动各二连杆机构。典型地，如图6中所示，致动器作用于二连杆机构的内部铰链轴。典型地，两个“二连杆机构”的各第一端被例如经由铰接可旋转地连接到支撑台312，而两个“二连杆机构”的各第二端例如经由铰接可旋转地连接到底板313。因此，通过由致动器产生二连杆机构的内部铰链轴的运动，可移动支撑台312，且从而移动例如通过安装板376连接到支撑台的锭料317。例如，当两个致动器都在朝向中心产生二连杆机构的内部铰链轴的运动时，锭料按图6中所示地被向下推动，特别地被朝向线锯丝线推动。在两个致动器在以相同速度产生朝向中心的两个二连杆机构的内部铰链轴的运动时，可实现在切割方向上的纯平移运动。相应地，在两个致动器中的一个致动器与另一个致动器相比移动较快或较慢的情况下，可实现锭料的旋转运动，例如如图6中所示的具有角度θ的旋转。因此，由于各致动器352施加的运动所致的二连杆机构的相对运动可用于在Z轴方向上移动锭料317，且所述相对运动还提供锭料317相对于丝线323的层319的倾斜，所述倾斜可同结合图5中所示的实施方式所示例性论述的倾斜相关。

此外，类似于本文所述的馈送系统的其他实施方式，如图6中所示的馈送系统的实施方式包括传感器401、402、403和404，以便测量在切割晶片期间作用于运动机构结构上的力。典型地，在并联运动机构结构的两个“二连杆机构”的各悬臂343上提供传感器。典型地，传感器被配置和布置以使得可测量传输到悬臂343中的力。虽然没有明确地图示在图6中，但是传感器可被布置在运动机构结构的其他位置处，所述其他位置适合于在晶片切割期间测量作用于运动机构结构上的力的垂直和水平分力。例如，可在支撑台312和/或安装板376和/或底板313上提供力传感器。

图7图示包括锭料馈送系统300的进一步实施方式的线锯装置100的透视图。如图7中示例性地图示，馈送系统300包括并联运动机构结构350、三个具有第一端和第二端的悬臂343，和两个或两个以上致动器352。如图7中所示，悬臂的第一端被例如经由铰接可旋转地连接到支撑台312，而悬臂的第二端被例如经由铰接可旋转地连接到致动器352。根据未图示的实施方式，并联运动机构结构可包括四个悬臂，其中两个悬臂被布置在支撑台的左侧上，且另两个悬臂被布置在支撑台的右侧上。

致动器典型地被设置以实现沿着平移轴，典型地沿着垂直轴的运动。典型地，致动器是经由线锯的框架305上提供的导轨（未图示）导向，其中所述导轨典型地是沿着切割方向的轴线，具体而言在垂直方向中布置。此外，致动器被设置以使得各致动器可单独运动。因此，通过移动致动器352，可移动悬臂343、支撑台312并因此可移动例如通过安装板376连接到支撑台的锭料317。

例如，当所有三个致动器正在以相同速度在相同方向移动时，锭料按图7中所示地被向下推动，具体而言，是典型地沿着切割方向的轴线，朝着线锯丝线向下推动。在致动器中的至少一个致动器与另一个致动器相比以不同速度或在不同方向移动的情况下，可实现锭料的旋转运动，例如与如图5和图6中所示的实施方式一样的旋转类似的旋转。因此，致动器彼此之间和致动器对导轨的相对运动可用于在切割平面中，例如在图7的z-x平面中移动锭料317，和/或还提供锭料317的倾斜，例如以相对于丝线323的层的一角度倾斜，所述倾斜可同结合图5中所示的实施方式而示例性论述的倾斜相关。

此外，如图7中所示，支撑台典型地包括棱镜类元件，其中棱镜类元件的矩形表面形成基座部分，所述棱镜类元件包括安装板376和相对基座部分定位的尖端部分。典型地，三个悬臂343中的一个悬臂被可旋转地连接到棱镜类元件的尖端部分，其中其他两个悬臂被可旋转地连接到棱镜类元件的基座部分，特别地在基座部分的相对侧上，如图7中所示。典型地，与可旋转地连接到在相对侧上的基座部分的另一悬臂相比，可旋转地连接到棱镜类元件的基座部分的两个悬臂中的一个悬臂可具有增加的侧向延伸。藉此可以实现运动机构结构的较高刚性。

此外，类似于本文所述的馈送系统的其他实施方式，如图7中所示的馈送系统的实施方式包括传感器401、402、403和404，以便测量在切割晶片期间作用于运动机构结构上的力。典型地，可在并联运动机构结构的各悬臂343上提供所述传感器的其中部分传感器，所述部分传感器诸如图7中所示的传感器401和402。或者，传感器401、402、403和404被设置和布置以使得可测量传输到悬臂343中的力，如通过F₁、F₂和F₃示例性地图示。在如图7中所示的实施方式中，可旋转地连接到棱镜类元件的基座部分的两个悬臂中的一个悬臂，与可旋转地连接到相对侧上的基座部分的另一悬臂相比，具有增加的侧向延伸，具有增加的侧向延伸的悬臂典型地包括两个或两个以上传感器。虽然没有明确地图示在图7中，但是传感器可被布置在运动机构结构的其他位置上，所述位置适合于在晶片切割期间测量作用于运动机构结构上的力的垂直和水平分力。例如，可在支撑台312和/或安装板376上提供力传感器。

图8图示根据实施方式的锭料馈送系统的透视图。如图8中所示，馈送系统300包括并联运动机构结构350、三个具有第一端和第二端的悬臂343，和两个或两个以上致动器352。根据图8的实施方式，两个悬臂被设置为框架结构且另一悬臂被设置为展开/收缩臂。典型地，如图8中所示，悬臂343的第一端被例如经由铰接可旋转地连接到支撑台312，而悬臂343的第二端被典型地经由铰接可旋转地连接到滑块。

典型地，滑块装配有致动器，所述致动器被设置以实现沿着平移轴，典型地沿着垂直轴的运动。典型地，致动器经由线锯的框架305上提供的导轨341来导向，其中所述导轨典型地沿着切割方向的轴线，具体而言在垂直方向中布置。此外，致动器被设置以使得各致动器可单独运动。因此，通过移动致动器352，可移动悬臂343、支撑台312和从而可移动例如通过安装板376连接到支撑台的锭料317。例如，当诸个滑块致动器（未图示）以相同速度在相同方向移动滑块时，例如参照向下或向上的图8，锭料可被分别地朝向线锯丝线推动或远离线锯丝线向上移动。在滑块致动器中的至少一个致动器与另一个滑块致动器相比以不同速度和/或以不同方向移动的情况下，可实现锭料的旋转运动，例如与相对于图5至图7中所示的实施方式而描述的旋转类似的旋转。因此，滑块致动器彼此之间和滑块致动器对导轨的相对运动可用于在切割平面中移动锭料317，和/或还提供锭料317的倾斜，所述倾斜例如具有相对于丝线323的层的一角度，所述倾斜可同结合图5中所示的实施方式而示例性论述的倾斜相关。

此外，根据如图8中所示的馈送系统的实施方式，展开/收缩臂包括能够展开和收缩所述展开/收缩臂的致动器。因此，锭料的旋转运动也可通过简单展开或收缩展开/收缩臂来实现。典型地，展开/收缩臂用于倾斜或旋转锭料。

此外，如图8中所示的馈送系统的实施方式包括传感器（未图示），以便在切割锭料期间测量作用于运动机构结构上的力。典型地，在并联运动机构结构的各臂上提供传感器。典型地，传感器被设置和布置以使得可测量传输到悬臂中的力。在如图8中所示的实施方式中，其中提供具有框架结构的两个悬臂，两个或两个以上力传感器典型地被布置在各框架结构上。然而，力传感器可被布置在图8中所示的运动机构结构的其他位置上，所述其他位置适合于在晶片切割期间测量作用于运动机构结构上的力的垂直和水平分力。另外，可在支撑台312和/或安装板376上提供力传感器。

图9图示在切割期间用于馈送锭料的方法的实施方式。典型地，在切割期间用于馈送锭料的方法包括：通过利用运动机构结构将锭料馈送501到线锯；通过测量运动机构结构中的力来监控502在切割期间作用于锭料上的力；基于所监控的力控制503至少一个切割工艺参数。典型地，根据本文所述的实施方式的馈送系统用以执行用于在切割期间馈送锭料的方法的典型实施方式。通常，将锭料馈送到线锯包括推动锭料朝向线锯丝线。

根据在切割期间，特别地在晶片切割期间用于馈送锭料的方法的实施方式，将锭料馈送到线锯包括交替运动锭料，特别地是摇摆运动锭料。

此外，根据用于在切割期间馈送锭料的方法的实施方式，监控作用于锭料上的力包括基于通过至少一个传感器或通过至少一个致动器产生的信号测量力。典型地，所产生的信号被传输到控制器以便通过利用力反馈控制来控制切割工艺参数。典型地，所传输的信号通过控制器处理以便计算各个力测量数据。典型地，通过控制器执行作用于运动机构结构上的力的实时在线监控和在锯切工艺期间作用于锭料上的力的实时在线监控。

根据用于在切割期间馈送锭料的方法的实施方式，控制至少一个切割工艺参数包括闭环控制。典型地，至少一个切割工艺参数包括锭料位置和/或锭料定向和/或锭料馈送速度和/或丝线速度和/或丝线温度和/或丝线张紧力和/或冷却剂供给速率，或冷却剂温度。

Claims (20)

1.一种用于线锯装置(100)的锭料馈送系统(300)，包含：

运动机构结构(350)；

至少一个致动器(352)，用于移动所述运动机构结构(350)的至少一个部分；

支撑台(312)，用于将锭料(317)耦合到所述运动机构结构(350)；和

至少一个传感器(401,402,403,404,405)，用于测量作用于所述运动机构结构(350)上的力。

2.如权利要求1所述的锭料馈送系统(300)，其中所述馈送系统进一步包含控制器，所述控制器用于以下项的至少其中一项：通过利用力反馈控制来控制切割工艺参数，和监控作用于所述运动机构结构(350)上的所述力。

3.如权利要求2所述的锭料馈送系统(300)，其中所述切割工艺参数包括所述锭料(317)的位置、锭料馈送速度、丝线速度、冷却剂供给和冷却剂温度中的至少一个。

4.如权利要求1至3中任一项所述的锭料馈送系统(300)，其中所述至少一个传感器(401,402,403,404,405)是力传感器。

5.如权利要求1至3中任一项所述的锭料馈送系统(300)，其中所述至少一个传感器(401,402,403,404,405)是应变计传感器。

6.如权利要求1所述的锭料馈送系统(300)，其中所述运动机构结构(350)是并联运动机构结构，所述并联运动机构结构包含至少两个悬臂(343)，其中各悬臂包括第一端和第二端。

7.如权利要求1所述的锭料馈送系统(300)，其中所述运动机构结构(350)被设置以实现在切割平面之内的所述锭料(317)的平移运动和围绕垂直于所述切割平面的旋转轴(318)的旋转运动中的至少一个，其中所述切割平面包括切割方向。

8.如权利要求6所述的锭料馈送系统(300)，其中所述至少两个悬臂(343)相对于所述旋转轴(318)布置在相对侧上，其中所述至少两个悬臂(343)的所述第一端是经由铰接连接到所述支撑台(312)。

9.如权利要求7所述的锭料馈送系统(300)，其中所述运动机构结构进一步包含至少一个滑块(344)。

10.如权利要求6或权利要求8所述的锭料馈送系统(300)，其中所述运动机构结构进一步包含至少一个滑块(344)，其中所述至少两个悬臂(343)的所述第二端经由铰接连接到所述至少一个滑块(344)。

11.如权利要求10所述的锭料馈送系统(300)，其中所述滑块(344)经由导轨(341)被导向。

12.一种线锯装置(100)，包含至少两个丝线导向筒(312,322)和如权利要求1至9中任一项所述的锭料馈送系统(300)。

13.一种用于馈送锭料的方法，其中所述方法包含：

a)通过利用运动机构结构将锭料馈送(501)到线锯；

b)通过测量在所述运动机构结构中的力来监控(502)在切割期间作用于所述锭料上的力；

c)基于所述监控的力控制(503)至少一个切割工艺参数。

14.如权利要求13所述的用于馈送锭料的方法，其中将所述锭料馈送到所述线锯包括：交替运动所述锭料。

15.如权利要求13所述的用于馈送锭料的方法，其中将所述锭料馈送到所述线锯包括：摇摆运动。

16.如权利要求13所述的用于馈送锭料的方法，其中监控作用于所述锭料上的力包括：基于通过至少一个传感器或通过至少一个致动器产生的信号测量所述力。

17.如权利要求13所述的用于馈送锭料的方法，其中所述控制至少一个切割工艺参数包括：闭环控制。

18.如权利要求14所述的馈送锭料的方法，其中所述控制至少一个切割工艺参数包括：闭环控制。

19.如权利要求15所述的用于馈送锭料的方法，其中所述控制至少一个切割工艺参数包括：闭环控制。

20.如权利要求13至19中任一项所述的用于馈送锭料的方法，其中所述至少一个切割工艺参数包括以下中的至少一个：在切割期间相对于与切割方向垂直的平面定位所述锭料，控制锭料馈送速度，控制丝线速度，控制冷却剂供给且控制冷却剂温度。