CN110509445A - 一种多线切割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多线切割装置，包括：第一线网，第一线网包括平行设置的多根第一切割线；第二线网，第二线网包括平行设置的多根第二切割线；其中，第一线网与第二线网以预设倾斜角异面交叉设置。通过将多线切割装置的线网设计两组，即，第一线网和第二线网，并将第一线网和第二线网以预设倾斜角异面交叉设置，相较于现有技术中只有一组水平线网的切割方式，可以实现双线切割，线网张力控制稳定，张力调节快速，有效提升切割的翘曲、弯曲效果，并可降低切割过程中的断线率，且有效提升砂浆或磨砂的利用率，或者切割过程中的热量排出，提升切割过程被切割工件的稳定性，避免被切割工件受切割线及砂浆等影响而抖动，影响切割品质。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种多线切割装置。
背景技术
在半导体和太阳能领域，单晶硅片通常采用多线切割方式进行切片。多线切割时，被切割工件粘结在进给机构上，通过进给机构将工件推向一组平行钢线阵列，来完成晶片的切割过程。
根据切割过程中使用砂浆与否、以及钢线类型的不同，又分为游离磨料切割方式(Free Abrasive Method)和固定磨料切割方式(Fixed Abrasive Method)。
其中，游离磨料切割方式是，将一根直线钢丝往复缠绕于设备主琨，形成平行钢线阵列，被切割的晶锭轴向与平行钢线阵列垂直，并以一定速度缓慢推向平行钢线阵列，同时，向平行钢线阵列上喷淋磨料或者砂浆，钢线带动砂浆或磨料进入晶锭切割面，实现切割过程；固定磨粒切割方式是，直线钢丝为金刚线，金刚线以一根直线钢丝为核心，外围包裹金刚石磨粒而成，这种方式中，取消砂浆的使用，改用冷却液进行简单的降温处理。
现有技术中多线切割装置所存在的问题是：
不管使用固定磨粒方式或者游离磨粒方式，受限于切割线的张力控制问题，晶棒长度有限(目前主流的晶棒长度为300mm，最大长度可达到450mm)，单根切割线以间距1065um平行缠绕于两根或者三根或者四根带有V型凹槽的主轴上。以两根主轴为例，为完成450mm晶棒的切割，切割线应至少缠绕450～500圈，故线网缠绕距离约700m，因切割线缠绕过长，导致切割过程中的线网张力控制困难，从而导致切割硅片的翘曲(Warp)、弯曲(BOW)、厚度偏差(TTV)不均一，产品品质下降；
并且，切割线距离过长，切割线的直径通常为140um或者160um，切割线在高速运动过程中，极易出现断线；
此外，切割线水平移动，砂浆、磨砂或冷却剂无法有效到达切割面内部，砂浆、磨砂或者冷却剂利用率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多线切割装置，能够解决现有技术中切割线距离过长，线网张力控制困难、易断线，及砂浆、磨砂或冷却剂利用率低的技术问题。
本发明所提供的技术方案如下：
一种多线切割装置，包括：
第一线网，所述第一线网包括平行设置的多根第一切割线；
第二线网，所述第二线网包括平行设置的多根第二切割线；
其中，所述第一线网与所述第二线网以预设倾斜角异面交叉设置。
进一步的，所述多线切割装置还包括第一组线轴和第二组线轴，所述第一组线轴和所述第二组线轴均由至少一对平行线轴构成；
所述第一线网由第一钢线缠绕于所述第一组线轴上形成，所述第二线网由第二钢线缠绕于所述第二组线轴上形成。
进一步的，所述第一线网的切割线间距与所述第二线网的切割线间距相同。
进一步的，所述第一线网中的第一切割线与所述第二线网中的第二切割线交错设置。
进一步的，所述第一线网以与水平线呈第一倾斜夹角α的角度倾斜设置；
与所述第二线网以与水平线呈第二倾斜夹角β的角度倾斜设置；
其中α＝180°-β，所述预设倾斜角为180°-2α。
进一步的，所述第一线网与所述第二线网的交叉点正上方设置有用于沿竖直方向推进被切割工件的推进机构，所述被切割工件通过所述推进机构设置于所述第一线网和所述第二线网的交叉点正上方。
进一步的，所述推进机构包括：
驱动部件；
工件板，与所述驱动部件连接，能够在所述竖直方向上往复运动；
以及，切割用横梁，被切割工件固定在所述切割用横梁上；
其中，所述切割用横梁的厚度h满足以下条件：
h≥2*2*(W/2)/cosα。
进一步的，所述工件板在与被切割工件的切割面平行的方向上的横截面形状为等腰梯形，所述梯形包括上底、下底及位于所述上底和所述下底之间的两个腰，其中所述上底位于该工件板的底部，所述下底位于所述工件板的顶部，且所述梯形的腰与所述下底之间的夹角大于等于所述第一倾斜夹角α。
进一步的，在所述第一线网和所述第二线网的交叉点相对两侧，分别设置有第一喷淋装置和第二喷淋装置，所述第一喷淋装置用于向所述第一线网上喷淋磨砂或砂浆，所述第二喷淋装置用于向所述第二线网上喷淋磨砂或砂浆；
或者，在所述第一线网和所述第二线网的交叉点相对两侧，分别设置有第三喷淋装置和第四喷淋装置，所述第三喷淋装置用于向所述第一线网上喷淋冷却剂，所述第二喷淋装置用于向所述第二线网上喷淋冷却剂。
进一步的，所述装置还包括对应于所述第一线网的第一张力调节机构，以及，对应于所述第二线网的第二张力调节机构。
本发明所带来的有益效果如下：
上述方案，通过将多线切割装置的线网设计两组，即，第一线网和第二线网，并将第一线网和第二线网以预设倾斜角异面交叉设置，相较于现有技术中只有一组水平线网的切割方式，可以实现双线切割，线网张力控制稳定，张力调节快速，有效提升切割的翘曲、弯曲效果，并可降低切割过程中的断线率；此外，第一切割线和第二切割线分别倾斜设置，有利于砂浆或者磨砂或者冷却液高效快速进入切割面内，有效提升砂浆或磨砂的利用率，或者切割过程中的热量排出；此外，两组线网交叉倾斜设置，可以提升切割过程被切割工件(如，晶棒)的稳定性，避免被切割工件受切割线及砂浆等影响而抖动，影响切割品质。
附图说明
图1表示本发明实施例中的多线切割装置的立体结构示意图；
图2表示本发明实施例中提供的多线切割装置在切割前的结构主视图；
图3表示本发明实施例中提供的多线切割装置在切割后的结构主视图；
图4表示本发明实施例中提供的多线切割装置中推进机构与线网之间的结构关系图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对现有技术中多线切割装置中存在切割线张力控制困难，易造成产品品质下降，以及，切割线距离过长，易断线，切割线水平移动，砂浆、磨砂或冷却剂利用率低的技术问题，本发明实施例提供了一种多线切割装置，能够解决现有技术中切割线距离过长，线网张力控制困难、易断线，及砂浆、磨砂或冷却剂利用率低的的技术问题。
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种多线切割装置，包括：
第一线网100，所述第一线网100包括平行设置的多根第一切割线；
第二线网200，所述第二线网200包括平行设置的多根第二切割线；
其中，所述第一线网100与所述第二线网200以预设倾斜角异面交叉设置。
上述方案中，通过将多线切割装置的线网设计两组，即，第一线网100和第二线网200，并将第一线网100和第二线网200以预设倾斜角异面交叉设置，相较于现有技术中只有一组水平线网的切割方式，可以实现双线切割，由于线网分为两组，单根切割线长度可缩短，线网张力控制稳定，且每组线网张力可单独调节，张力调节更为快速，可有效提升切割的翘曲、弯曲效果，并可降低切割过程中的断线率；此外，第一切割线和第二切割线分别倾斜设置，有利于砂浆或者磨砂或者冷却液高效快速进入切割面内，有效提升砂浆或磨砂的利用率，或者切割过程中的热量排出；此外，两组线网交叉倾斜设置，可以提升切割过程被切割工件(如，晶棒)的稳定性，避免被切割工件受切割线及砂浆等影响而抖动，影响切割品质。
以下说明本发明实施例所提供的多线切割装置的示例性的具体实施例。
在本发明所提供的示例性的实施例中，如图所示，所述多线切割装置还包括第一组线轴110和第二组线轴210，所述第一组线轴110和所述第二组线轴210均由至少一对平行线轴构成；所述第一线网100由第一钢线缠绕于所述第一组线轴110上形成，所述第二线网200由第二钢线缠绕于所述第二组线轴210上形成。
采用上述方案，所述多线切割装置中每组线网分别单独采用一根钢线缠绕在对应的一组平行线轴上，这样，两组线网分别采用的是两根钢线，相较于现有技术中仅采用一根钢线的方式，每根钢线长度缩短，从而可提高线网张力控制稳定性，可有效提升切割的翘曲、弯曲效果，并可降低切割过程中的断线率。
此外，在本发明所提供的示例性的实施例中，如图1至图3所示，所述第一线网100的切割线间距与所述第二线网200的切割线间距相同，且示例性的，所述第一线网100中的第一切割线与所述第二线网200中的第二切割线交错设置。
采用上述方案，可以保证被切割工件切片均匀性。
此外，在本发明所提供的示例性的实施例中，如图1至图4所示，所述第一线网100以与水平线呈第一倾斜夹角α的角度倾斜设置；与所述第二线网200以与水平线呈第二倾斜夹角β的角度倾斜设置；其中α＝180°-β，所述预设倾斜角为180°-2α。
采用上述方案，所述第一线网100与所述第二线网200均倾斜且对称设置，两组线网交叉倾斜设置，可以提升切割过程被切割工件(如，晶棒)的稳定性，避免被切割工件受切割线及砂浆、磨砂或冷却剂等影响而抖动，影响切割品质。
此外，示例性的，如图所示，所述第一线网100与所述第二线网200的交叉点正上方设置有用于沿竖直方向推进被切割工件的推进机构，所述被切割工件通过所述推进机构设置于所述第一线网100和所述第二线网200的交叉点正上方。
采用上述方案，通过设置推进机构，向第一线网100和第二线网200推进被切割工件，实现切割。
此外，示例性的，如图1至图4所示，所述推进机构包括：
驱动部件(图中未示出)；
工件板310，与所述驱动部件连接，能够在所述竖直方向上往复运动；
以及，切割用横梁320，被切割工件10固定在所述切割用横梁320上；
其中，所述切割用横梁320的厚度h满足以下条件：
h≥2*2*(W/2)/cosα。
采用上述方案，如图所示，由于线网倾斜设置，在切割晶棒等被切割工件10时，会存在被切割工件10尚未完全切割，但是线网已经与切割用横梁320相接触的情况，因此，为了避免线网将工件板310切割，所述切割用横梁320需要具有一定的厚度，如图所示，所述切割用横梁320的厚度h满足以下条件：
h≥2*2*(W/2)/cosα，其中W为所述切割用横梁320的宽度。
优选的，W＝90mm，α＝35°。
此外，示例性的，如图1至图4所示，所述工件板310在与被切割工件10的切割面平行的方向上的横截面形状为等腰梯形，所述梯形包括上底、下底及位于所述上底和所述下底之间的两个腰，其中所述上底位于该工件板310的底部，所述下底位于所述工件板310的顶部，且所述梯形的腰与所述下底之间的夹角γ大于等于所述第一倾斜夹角α。
采用上述方案，为了避免所述工件板310被倾斜的线网切割，所述工件板310的结构也进行了改进，如图4所示，工件板310设计为梯形，底边与腰之间的夹角γ应大于线网的倾斜角度，即，α。
在本发明所提供的优选实施例中，如图1至图4所示，在所述第一线网100和所述第二线网200的交叉点相对两侧，分别设置有第一喷淋装置400和第二喷淋装置500，所述第一喷淋装置400用于向所述第一线网100上喷淋磨砂或砂浆，所述第二喷淋装置500用于向所述第二线网200上喷淋磨砂或砂浆；或者，在所述第一线网100和所述第二线网200的交叉点相对两侧，分别设置有第三喷淋装置和第四喷淋装置，所述第三喷淋装置用于向所述第一线网100上喷淋冷却剂，所述第二喷淋装置500用于向所述第二线网200上喷淋冷却剂。
采用上述方案，第一线网100和第二线网200分别倾斜设置，喷淋装置设置在被切割工件10的相对两侧，有利于喷淋的砂浆或者磨砂或者冷却液因自身重力进入切割面内，从而利于砂浆或者磨砂或者冷却液高效快速进入切割面内，有效提升砂浆或磨砂的利用率，或者切割过程中的热量排出。
此外，在本发明所提供的示例性的实施例中，所述装置还包括对应于所述第一线网100的第一张力调节机构，以及，对应于所述第二线网200的第二张力调节机构。
采用上述方案，两组线网可分别单独设置张力调节机构，以单独调节各自张力，张力控制稳定性高，调节快速。
需要说明的是，所述第一张力调节机构和所述第二张力调节机构的具体结构可采用现有技术中常用张力调节结构，对此不进行限定。
在一种优选实施例中，如图1至图3所示，通过使用两根钢线，以交叉方式组成的“X”型钢线阵列，即，第一线网100和第二线网200，第一线网100的第一倾斜角α为35°，每组线轴之间的间距700mm，钢线运动速度900m/s，每根线轴上设有用于缠绕钢线的槽，且槽间距2130um，每组线网中切割线之间的间距为1065um，砂浆(游离磨粒方式)或冷却剂(固定磨粒方式)分布于被切割工件10两侧。
在切割过程中，两组线网以相反的运动方向、相同的运动速度和频率往复运动，从而使被切割工件10受到的自上而下的切割力与自下而上的切割力，受力达到平衡，被切割工件10受力脱落风险降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多线切割装置，其特征在于，包括：
第一线网，所述第一线网包括平行设置的多根第一切割线；
第二线网，所述第二线网包括平行设置的多根第二切割线；
其中，所述第一线网与所述第二线网以预设倾斜角异面交叉设置。
2.根据权利要求1所述的多线切割装置，其特征在于，
所述多线切割装置还包括第一组线轴和第二组线轴，所述第一组线轴和所述第二组线轴均由至少一对平行线轴构成；
所述第一线网由第一钢线缠绕于所述第一组线轴上形成，所述第二线网由第二钢线缠绕于所述第二组线轴上形成。
3.根据权利要求2所述的多线切割装置，其特征在于，
所述第一线网的切割线间距与所述第二线网的切割线间距相同。
4.根据权利要求1所述的多线切割装置，其特征在于，
所述第一线网中的第一切割线与所述第二线网中的第二切割线交错设置。
5.根据权利要求1所述的多线切割装置，其特征在于，
所述第一线网以与水平线呈第一倾斜夹角α的角度倾斜设置；
与所述第二线网以与水平线呈第二倾斜夹角β的角度倾斜设置；
其中α＝180°-β，所述预设倾斜角为180°-2α。
6.根据权利要求5所述的多线切割装置，其特征在于，
所述第一线网与所述第二线网的交叉点正上方设置有用于沿竖直方向推进被切割工件的推进机构，所述被切割工件通过所述推进机构设置于所述第一线网和所述第二线网的交叉点正上方。
7.根据权利要求6所述的多线切割装置，其特征在于，
所述推进机构包括：
驱动部件；
工件板，与所述驱动部件连接，能够在所述竖直方向上往复运动；
以及，切割用横梁，被切割工件固定在所述切割用横梁上；
其中，所述切割用横梁的厚度h满足以下条件：
h≥2*2*(W/2)/cosα。
8.根据权利要求7所述的多线切割装置，其特征在于，
所述工件板在与被切割工件的切割面平行的方向上的横截面形状为等腰梯形，所述梯形包括上底、下底及位于所述上底和所述下底之间的两个腰，其中所述上底位于该工件板的底部，所述下底位于所述工件板的顶部，且所述梯形的腰与所述下底之间的夹角大于等于所述第一倾斜夹角α。
9.根据权利要求6所述的多线切割装置，其特征在于，
在所述第一线网和所述第二线网的交叉点相对两侧，分别设置有第一喷淋装置和第二喷淋装置，所述第一喷淋装置用于向所述第一线网上喷淋磨砂或砂浆，所述第二喷淋装置用于向所述第二线网上喷淋磨砂或砂浆；
或者，在所述第一线网和所述第二线网的交叉点相对两侧，分别设置有第三喷淋装置和第四喷淋装置，所述第三喷淋装置用于向所述第一线网上喷淋冷却剂，所述第二喷淋装置用于向所述第二线网上喷淋冷却剂。
10.根据权利要求6所述的多线切割装置，其特征在于，
所述装置还包括对应于所述第一线网的第一张力调节机构，以及，对应于所述第二线网的第二张力调节机构。
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- 2019-08-16 CN CN201910758263.1A patent/CN110509445A/zh active Pending
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