CN109262870B - 用于晶棒的金刚石线切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使用金刚石切割线(2)切割至少一个晶棒(1)的切割方法，其中该晶棒(1)围绕主轴线(DP)被驱动，切割线(2)被保持为张紧并且被驱动经过临时柱状物(3)，该临时柱状物在整个切割操作中使每个晶棒(1)均相对于所述主轴线(DP)被保持在原位，该临时柱状物(3)通过在至少一个粘合至牺牲芯轴(4)上的晶棒(1)上包覆成型涂覆材料(7)而制成，从临时柱状物切割形成圆形切割物(9)，尤其是用加热将具有平行表面的晶体片(10)从圆形切割物上分离。本发明还涉及一种上述切割方法用以制造手表表镜的应用以及一种上述切割方法用以制造钟表宝石的应用。

Description

用于晶棒的金刚石线切割方法
技术领域
本发明涉及一种用于使用尤其是金刚石线的切割线切割至少一个晶棒以制作晶体片的方法。
本发明涉及的领域是制造用于钟表和珠宝的晶体部件，尤其是内接在两个平行表面之间的部件，如手表表镜或类似物。
背景技术
晶棒/晶锭的切割是一项复杂的操作，因为保持这些形状不规则的原材料存在困难。它们的硬度要求用金刚石线切割。切割是一项昂贵的操作，且对振动及遇到的任何杂质也极为敏感。此外，制作具有完全平行的表面且没有划痕或磨损印记的片是很困难的。
以SILTRONIC名义申请的专利申请DE102004043718A1公开了一种方法，该方法用于使用两个或更多个置于旋转支座上的工件来从由脆性材料构成的晶体或棒如半导体晶体切割晶圆/晶片，旋转支座是为了带有多条平行线的钻石锯而设置的。工件保持器绕中心轴线旋转并安装至分度传动装置以将工件供给到锯上。总切割运动来自于往复的锯驱动和工件保持器的旋转运动的组合。
以MEYER BURGER AG名义申请的专利申请WO2010/009881也公开了一种具有旋转的工件保持器的多线切割装置，以及一种用于切割固体基底的方法，该固体基底例如用于在半导体、光电、光学、陶瓷、电气和永磁电机技术行业中作为晶片使用。
发明内容
本发明提出了一种控制切割晶棒操作的方法，允许同时切割多个晶棒，确保控制尤其是在节省金刚石线和切割时间方面的生产成本，并保证良好精加工的产品。
为此，本发明涉及一种用于切割至少一个晶棒的方法。
更具体地，涉及一种用于使用金刚石切割线切割至少一个晶棒的方法，其中，确定晶棒轴线，选择垂直于该晶棒轴线来切割具有晶棒半径的所述至少一个晶棒，所述晶棒围绕平行于所述晶棒轴线的主轴线被驱动，并且所述切割线被保持张紧且沿直的部段在垂直于所述主轴线的平面中被驱动，其中，制作临时柱状物，所述临时柱状物在整个切割操作中使所述至少一个晶棒相对于所述主轴线固定就位，在切割操作中，使所述晶棒轴线在切割所述临时柱状物之内的所述至少一个晶棒的过程中经过所述直的部段的两侧，其中所述临时柱状物是在牺牲芯轴的基础上建立的，所述牺牲芯轴由其旋转轴线与所述主轴线重合且其半径等于偏心距和所述晶棒半径之差的轴向的管或筒体形成，所述至少一个晶棒在经准备处理之后以每一所述晶棒均被定向为其晶棒轴线平行于所述主轴线的方式被粘合至所述牺牲芯轴，以形成粘合组件，其中，在所述晶棒被粘合到所述牺牲芯轴上之后，将所述粘合组件插入到外壳中，在外壳中用涂覆材料包覆所述粘合组件，使所述涂覆材料固化以形成包覆成型组件，其特征在于，在所述涂覆材料固化之后，从所述外壳中移除所述包覆成型组件，并对所述包覆成型组件进行调温处理以获得所述临时柱状物。
附图说明
参考附图阅读下面的详细说明后，本发明的其它特征和优点将显而易见，其中：
图1示出了粘合组件的示意性透视图，该粘合组件包括牺牲芯轴，围绕该芯轴粘合有多个经过表面准备工作的未处理晶棒。
图2示出了图1中的粘合组件的示意性端视图。
图3以与图2类似的方式示出了同一个粘合组件，该粘合组件插入至作为模具的外壳中，在其中用涂覆材料包覆成型。
图4以与图3类似的方式示出了在图3中的包覆成型操作之后的包覆成型组件，该包覆成型组件从外壳中被移出并经热稳定之后，形成待切割的临时柱状物。
图5以与图4类似的方式示出了切割该临时柱状物的操作，以简化方式示出两辊之间的切割线移动经过该柱状物。
图6示出了在切割操作结束时得到的圆形切割物的示意性透视图，通过切除牺牲芯轴以及涂料的任意剩余部分，以将其从剩下的临时柱状物中完全分离。
图7示出了在移除其余的涂料之后圆形切割物剩余部分的示意性透视图。
图8示出了在去除其余的牺牲芯轴以及粘合剂之后留下的晶体片的示意性透视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于使用切割线——特别是金刚石线——来切割至少一个属于蓝宝石或红宝石等晶棒类型的晶棒1以制作晶体片10的方法。
更具体地，确定晶棒轴线DB，选择垂直于该轴线来切割具有晶棒半径RB的所述至少一个晶棒1。
该晶棒半径RB决定了从切割操作中得到的晶体片10的尺寸，且因此也决定了从晶体片10中得到的产品——如手表表镜等——的尺寸。
通过围绕平行于晶棒轴线DB的主轴线DP驱动晶棒1来进行切割。更具体地，该主轴线DP以偏心距E与晶棒轴线DB分离，偏心距E大于晶棒半径RB。
切割线2保持张紧，且沿垂直于主轴线DP的平面中的直的部段被驱动，特别是但不限于在软接近位置和分离位置之间被驱动，其中在软接近位置处，切割线2距主轴线DP的距离的值等于偏心距E与晶棒半径RB之和，而在分离位置处，切割线2距主轴线DP的距离的值等于偏心距E和晶棒半径RB之差。
根据本发明，制作临时柱状物3，在整个切割操作中，该临时柱状物使该至少一个晶棒1的位置相对于主轴线DP固定不动，在切割操作中，在切割临时柱状物3之内的该至少一个晶棒1的过程中，使晶棒轴线DB经过呈切割线2形式的直的部段的两侧。
特别地，在使用金刚石线2切割期间，临时柱状物3旋转。更具体地，其旋转速度恒定，且金刚石线2的移动速度也恒定。
更具体地，且以一种非限制性的方式，在给定时刻，与切割线2的位于临时柱状物3中的接合部分对应的直的部段，垂直于源于主轴线DP的径向直线，主轴线DP与柱状物的轴线重合，且该直的部段关于该径向直线对称。
更具体地，该临时柱状物3被布置用于同时切割多个这样的晶棒1，每个所述晶棒均以相同方式关于主轴线DP径向布置。
有利地，临时柱状物3是在牺牲芯轴4的基础上建立的，以一种非限制的方式，该牺牲芯轴4通过轴向的管或筒体形成。该轴向的管或筒体的旋转轴线与主轴线DP重合且其半径等于偏心距E和晶棒半径RB之差。然后，经过合适的准备处理，每个晶棒1均被如此地粘合到牺牲芯轴4上，即使得其晶棒轴线DB被定向成平行于主轴线DP，以形成粘合组件5。
在另一特别的且非限制性的变型中，使用市售产品进行粘合，例如，由环氧树脂和固化剂如1,4,7,10-四氮杂癸烷组成的双组份粘合剂(环氧树脂和固化剂在混合并固化后一起形成聚环氧化物)，尤其是来自Huntsman
Figure BDA0001732977570000041
产品家族，或者其它任意的适用于待组装的物质的粘合剂。
在另一个特别的且非限制性的变型中，使用另一种市售产品进行粘合，例如甲基丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯或其它任意合适的粘合剂，例如厌氧的
Figure BDA0001732977570000042
641粘合剂，这是一种使用温度高达150℃的甲基丙烯酸酯，且其在250℃时非常容易在例如热空气流的作用下熔化。
在一种特别的应用中，晶棒1纵向延伸且至少在其中心部分具有大致柱形形状；在该例中，晶棒轴线DB是该柱体的轴线。
更具体地，晶棒1基本上彼此平行地被粘合，如果可能，在它们之间有4mm-6mm的距离。
在针对钟表部件的制造的一个特别的应用中，临时柱状物3的外径为约240mm，而在柱状物3中的切割深度在30mm-55mm之间，晶棒的最小内支承直径(internal supportdiameter)接近130mm。自然地，可用其它尺寸特征实施该方法而不背离本发明。
由于切割操作的出色的连续特性，本发明能够节约金刚石线2及操作时间，并且保证在操作结束时获得的晶体片10中由此切割的边缘具有非常规则的表面状态。通过研磨来精加工为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。
有利地，通过对每个晶棒进行喷砂或者微喷砂或者喷丸等完成准备，以及随后用酒精或其它溶剂对其进行清洁来除去任何油脂和固体颗粒，以使金刚石线2不会遇到任何导致加速磨损的颗粒。
更具体地，如图1-8所示，当晶棒1被粘合至牺牲芯轴4上后，由此形成的粘合组件5被插入作为模具的外壳6中，在外壳中该粘合组件5用例如为环氧树脂等具有特定粘度的聚合物涂层7包覆，然后被搁置必要的时间——尤其是至少24小时——并通过冷却至基本恒定的温度来固化，以形成包覆成型组件8。冷却可用室温下的冷水流进行，且冷却可以防止涂覆产物达到过高的温度，由此防止了导致不均匀性的应力。
接下来，在优选为环氧树脂的涂覆产物7固化后，由此形成的包覆成型组件8从其有利地可循环利用的外壳中移除，被调温处理，且特别是在40℃-50℃之间的温度被调温处理至少12小时，以获得临时柱状物3。
因此，将实际切割操作施加至临时柱状物3：通过朝主轴线DP径向移动金刚石线2且至少移动至分离位置，从而将临时柱状物3切成片，以形成圆形切割物9的坯件。
这些圆形切割物9的分离通过借助于车削或其它工具/机床加工或其它手段切下牺牲芯轴4完成。
然后通过升高温度和/或在加热后的流体中浸泡和/或置于翻滚装置等中，涂层7——特别是环氧树脂等——被从圆形切割物9中去除，以释放具有两个平行表面的晶体片10。取决于所选择的涂覆材料及粘合材料，可以同时或者在不同的操作中进行粘合剂的去除——特别是通过升高温度。
更具体地，本方法应用于蓝宝石或红宝石晶棒。
更具体地，通过对由此获得的晶体片进行形状处理和精加工，本方法能应用于制造手表表镜。
更具体地，通过对由此获得的晶体片进行形状处理和精加工，本方法能应用于钟表用珠宝的制造。
本发明能够节省大量的金刚石线2、提供了对减少的切割时间的控制并保证了所获得的晶体片10具有两个完全平行的主表面和非常规则的表面状态。

Claims (15)

1.用于使用金刚石切割线(2)切割至少一个晶棒(1)的切割方法，其中，确定晶棒轴线(DB)，选择垂直于该晶棒轴线来切割具有晶棒半径(RB)的所述至少一个晶棒(1)，所述晶棒(1)围绕平行于所述晶棒轴线(DB)的主轴线(DP)被驱动，并且所述切割线(2)被保持张紧且沿直的部段在垂直于所述主轴线(DP)的平面中被驱动，其中，制作临时柱状物(3)，所述临时柱状物在整个切割操作中使所述至少一个晶棒(1)相对于所述主轴线(DP)被固定在原位，在整个切割操作中，使所述晶棒轴线(DB)在切割所述临时柱状物(3)内部的所述至少一个晶棒(1)的过程中经过所述直的部段的两侧，其中所述临时柱状物(3)是在牺牲芯轴(4)的基础上建立的，所述牺牲芯轴由其旋转轴线与所述主轴线(DP)重合且其半径等于偏心距(E)和所述晶棒半径(RB)之差的轴向的管或筒体形成，所述至少一个晶棒(1)在经准备处理之后以每一所述晶棒(1)均被定向为其晶棒轴线(DB)平行于所述主轴线(DP)的方式被粘合至所述牺牲芯轴(4)，以形成粘合组件(5)，其中，在所述晶棒(1)被粘合到所述牺牲芯轴(4)上之后，将所述粘合组件(5)插入到外壳(6)中，在所述外壳(6)中用涂覆材料(7)包覆所述粘合组件(5)，使所述涂覆材料固化以形成包覆成型组件(8)，其特征在于，在所述涂覆材料(7)固化之后，从所述外壳(6)中移除所述包覆成型组件(8)，并对所述包覆成型组件(8)进行调温处理以获得所述临时柱状物(3)。
2.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，每个所述晶棒(1)的所述准备处理通过如下方式执行：对所述晶棒进行喷砂处理或喷丸处理，然后用能除去任何的油脂和固体颗粒的溶剂清洁所述晶棒，以除去任何的油脂和固体颗粒。
3.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述主轴线(DP)与所述晶棒轴线(DB)相距一偏心距(E)，该偏心距大于所述晶棒半径(RB)，其中，所述切割线(2)被保持张紧且在软接近位置和分离位置之间被驱动，其中，在所述软接近位置处，所述切割线(2)与所述主轴线(DP)的距离的值等于所述偏心距(E)和所述晶棒半径(RB)之和，在所述分离位置处，所述切割线(2)与所述主轴线(DP)的距离的值等于所述偏心距(E)和所述晶棒半径(RB)之差。
4.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，所述主轴线(DP)与所述晶棒轴线(DB)相距一偏心距(E)，该偏心距大于所述晶棒半径(RB)，其中，所述切割线(2)被保持张紧且在软接近位置和分离位置之间被驱动，其中，在所述软接近位置处，所述切割线(2)与所述主轴线(DP)的距离的值等于所述偏心距(E)和所述晶棒半径(RB)之和，而在所述分离位置处，所述切割线(2)与所述主轴线(DP)的距离的值等于所述偏心距(E)和所述晶棒半径(RB)之差。
5.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述临时柱状物(3)被布置用于同时切割多个所述晶棒(1)，每个所述晶棒均以相同的方式相对于所述主轴线(DP)径向布置。
6.根据权利要求3或4所述的切割方法，其特征在于，通过朝所述主轴线(DP)径向移动所述切割线(2)以至少到达所述分离位置，所述临时柱状物(3)被切成片，以形成圆形切割物(9)的坯件。
7.根据权利要求6所述的切割方法，其特征在于，所述圆形切割物(9)的分离通过借助于能切除所述牺牲芯轴(4)的工具加工法来切除所述牺牲芯轴(4)而完成。
8.根据权利要求7所述的切割方法，其特征在于，通过升高温度和/或浸泡在热流体中和/或在翻滚装置中而从所述圆形切割物(9)除去所述涂覆材料(7)，以释放具有两个平行表面的晶体片(10)。
9.根据权利要求1所述的切割方法，其特征在于，所述晶棒被选择为由蓝宝石或红宝石制成。
10.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，所述喷砂处理为微喷砂处理。
11.根据权利要求2所述的切割方法，其特征在于，所述溶剂是酒精。
12.根据权利要求7所述的切割方法，其特征在于，所述工具加工法为车削。
13.根据权利要求1或8所述的切割方法，其特征在于，所述涂覆材料(7)为环氧树脂。
14.根据权利要求8所述的切割方法用以制造手表表镜的应用，其特征在于，对根据所述切割方法制成的所述晶体片(10)执行形状处理和精加工操作。
15.根据权利要求8所述的切割方法用以制造钟表宝石的应用，其特征在于，对根据所述切割方法制成的所述晶体片(10)执行形状处理和精加工操作。
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