CN110587840A - 金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了金刚石多线电火花放电切削线切割装置，包括切割装置主体，所述切割装置主体的中部一侧设置有一号切割辊，所述一号切割辊的一侧设置有二号切割辊，所述一号切割辊的前端设置有一号主动主轴，所述二号切割辊的前端设置有二号主动主轴，所述一号切割辊的后端外表面设置有一号从动主轴。本发明将固定磨料金刚石线锯与电火花线切割进行结合，进而产生金刚石线锯电火花复合加工，进一步提高金刚石多线切割光伏硅片的加工效率且降低加工成本，针对金刚线多线切割加工半导体硅片的加工表面微裂纹等加工质量问题，将在金刚线多线切割的基础上加入电火花放电加工实现加工表面的质量提升。

Description

金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置
技术领域
本发明涉及金刚石切割技术领域，具体为金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置。
背景技术
金刚石俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质，金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石，也是贵重宝石，由于硬度最高，金刚石的切削和加工必须使用钻石粉或激光(比如532nm或者1064nm波长激光)来进行，金刚石的密度为3.52g/cm，折射率为2.417(在500纳米光波下)，色散率为0.044。
在实际的使用过程中，金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置可实现以下形式的操作：能够进一步提高金刚石多线切割光伏硅片的加工效率，降低加工成本，将传统电火花放电加工与金刚石多线切割技术相结合实现电火花金刚石线复合加工光伏硅片；针对金刚线多线切割加工半导体硅片的加工表面微裂纹等加工质量问题，将在金刚线多线切割的基础上加入电火花放电加工实现加工表面的质量提升，为其在半导体行业的推广应用提供帮助，最终使得整体的操作更加高效、便捷。
现有的金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置虽结构简单，操作方便，但是功能单一，且单一的加工方式导致实际使用的效率较低，且容易造成半导体硅片的加工表面出现微裂纹，进而导致整体的加工工艺水平难以提高，为此，我们提出金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：金刚石多线电火花放电切削线切割装置，包括切割装置主体，所述切割装置主体的中部一侧设置有一号切割辊，所述一号切割辊的一侧设置有二号切割辊，所述一号切割辊的前端设置有一号主动主轴，所述二号切割辊的前端设置有二号主动主轴，所述一号切割辊的后端外表面设置有一号从动主轴，所述二号切割辊的后端外表面设置有二号从动主轴，所述切割装置主体的上端中部外表面设置有P型硅棒。
优选的，所述一号切割辊与金刚线网之间设置有进电辊，所述P型硅棒的一侧与脉冲电源的正极一侧通过进电金属固定连接。
优选的，所述P型硅棒与硅棒粘板之间通过树脂板采用胶粘的方式联接，所述硅棒粘板的上端外表面开设有连接孔。
优选的，所述一号主动主轴与二号主动主轴的前端与后端均设置有连接法兰。
优选的，所述一号主动主轴位于二号主动主轴的一侧，所述一号从动主轴位于二号从动主轴的一侧。
优选的，所述切割装置主体的下端一侧设置有负极进电线，所述P型硅棒与脉冲电源之间设置有正极进电线，所述负极进电线的上端设置有金刚线网，所述负极进电线的数量为两组，且两组负极进电线分别位于切割装置主体下端两侧呈对称结构。
优选的，所述P型硅棒的上端设置有硅棒粘板，所述脉冲电源通过负极进电线为电刷供电。
一种金刚石多线电火花放电切削方法，包括以下步骤：
S1、金刚线经排线轮、张力轮和导向轮，缠绕到两个加工辊，再经过导向轮、张力轮和排线轮，最后缠绕到收放线轮上；
S2、当缠绕到收放线轮上，工件接到脉冲电源进电线正极上，金刚线接到脉冲电源负极上，金刚线往复运动，在加工辊和加工辊之间形成的线网利用磨削方式和放电加工方式将硅料切割成硅片。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明与金刚线多线切割技术和机床相比，固定磨料金刚石线锯+电火花线切割＝金刚石线锯电火花复合加工，放电加工可以减少硅表面的划痕，避免金刚石线切割在硅片表面产生的表面微裂纹，改善了表面质量，减小金刚线切割的切削力，降低了金刚线磨损，抑制碳元素的残留，加工效率更高；可以实现在机械磨削去除方式的基础上对硅材料进行放电加工；增加的辅助进电辊实现对金刚石线网的进电，同时从空间上看可以切割更大直径的硅料；放电加工的蚀刻作用在金刚石线划痕上形成更均匀凹坑，加工质量较金刚石线切割机获得的质量更好；应用领域上，以往金刚线切割技术和机床在对表面质量要求较低的光伏硅片应用领域得到了普遍应用，但在半导体切片等对加工质量有显著要求的领域很难满足要求，无法得到普及应用，本发明技术方法和机床相比金刚线切割技术和机床获得的加工质量更高，更适用于半导体切片领域。
2、本发明与电火花多线切割技术和电火花加工机床相比，可以提高材料去除率，同时机械磨削去除电火花放电残留的热影响区，提高加工质量和材料表面性能；相对于电火花多线切割设备，材料去除率和加工效率大幅增加；电火花线切割无法实现大装载量上千个切缝的集中切片，本发明可以解决电火花加工无法实现的多线切割效率提升，相比于传统电火花线切割，新方法无论是在单线切割效率还是增加多线功能都可大幅提高切割效率，相比于金刚石多线切割，新方法在此基础上辅助电火花放电加工，一定程度上也提高了加工效率。
3、本发明与静电吸附游离磨料加工方法和装备相比，金刚石线切割比游离磨料加工效率更高、磨料损耗更少、切割线寿命更长；不同于放电吸附磨料进入切割区，金刚线直接进入切割区在放电作用下机械去除和电蚀去除，可以显著提升切割硅片的效率，新方法还可以降低切口宽度，降低切割成本。
4、本发明与更换金刚石线的电火花线切割方法和设备相比，金刚线机械切割作用为主去除方式，加工效率更高；切割机床为金刚线切割机床的基础上增加放电加工装置，加工设备较电火花加工机床更换金刚石线的机床性能更突出，表现为刚度更高，精度更高；对于金刚石多线切割机床，线网数量会明显增多，进一步提升切割效率。
附图说明
图1为本发明的多线机构整体结构示意图；
图2为本发明的电火花金刚石线多线复合加工示意图；
图3为金刚石线切割示意图；
图4为电火花线切割示意图；
图5为本发明主动主轴的放大图；
图6为本发明硅棒粘板的放大视图；
图中：1、一号切割辊；2、P型硅棒；3、硅棒粘板；4、一号从动主轴；5、脉冲电源；6、二号从动主轴；7、一号主动主轴；8、二号主动主轴；9、进电辊；10、二号切割辊；11、金刚线网；12、正极进电线；13、负极进电线；14、切割装置主体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
本发明提出一种金刚石多线切割复合电火花线切割工艺的方法。金刚石线电火花多线切割原理如图1所示，所述切割装置主体14的中部一侧设置有一号切割辊1，一号切割辊1的一侧设置有二号切割辊10，一号切割辊1的前端设置有一号主动主轴7，二号切割辊10的前端设置有二号主动主轴8，一号切割辊1的后端外表面设置有一号从动主轴4，二号切割辊10的后端外表面设置有二号从动主轴6，切割装置主体14的上端中部外表面设置有P型硅棒2，在金刚线多线切割机的基础上为硅料和金刚线接入脉冲电源，在金刚线磨削去除方式的基础上加入电火花放电加工去除材料的方式，金刚线起初缠绕在收放线轮上，经排线轮、张力轮和导向轮，缠绕到两个加工辊，再经导向轮、张力轮和排线轮，最后缠绕到收放线轮上，工件通过正极进电线12接到脉冲电源负极进电线13正极上，金刚线通过负极进电线13接到脉冲电源负极上，金刚线往复运动，在加工辊和加工辊之间形成的线网利用磨削方式和放电加工方式将硅料切割成硅片。
实施例二：
如图3所示，金刚线起初缠绕在收放线轮上，经排线轮、张力轮和导向轮，缠绕到两个加工辊和，在经导向轮、张力轮和排线轮，最后缠绕到收放线轮上，金刚线往复运动，在加工辊和加工辊之间形成的切割线网通过磨削方式将硅料切割成硅片。
实施例三：
如图4所示，利用往复运动的钼丝或单线运动的铜丝与工件之间脉冲性火花放电产生的瞬间高温实现硅材料局部气话、熔化或热应力引起的脆性崩裂蚀除而实现加工的目的，电极丝从丝筒出发经导轮、导轮和导轮缠绕回丝筒，脉冲电源负极接电极丝，脉冲电源正极接硅料，电极丝单向(铜丝)或往复(钼丝)运动，利用电极丝与硅料之间放电实现硅料切割。
本发明是金刚石多线切割与放电加工的结合，在原有金刚石多线切割基础上增加放电加工装置，与金刚线多线切割技术和机床相比，在金刚线多线切割磨削去除方式的基础上增加了电火花放电蚀除去除方式，提升加工效率，复合加工机床在金刚线多线切割设备的基础上增加了电火花放电装置，包括脉冲电源、进电装置等，在结构上增加了辅助进电辊，采用三辊结构，加工表面由金刚石切削划痕和放电刻蚀凹坑组成，方法应用后获得的精度和质量更高，应用领域上，本发明技术方法和机床相比，金刚线切割技术和机床更适用于半导体切片，与电火花多线切割技术和电火花加工机床相比，在电火花放电蚀除硅材料方式的基础上增加了机械磨削去除方式，材料去除方式不同，集成了放电加工的金刚线切割技术切削效率更高，加工机床也不同于电火花加工机床，相比电火花线切割增加了多线切割机构，机床形式也发生了很大变化，切割设备线网数量明显增加，与静电吸附游离磨料加工方法和装备相比，不同于利用静电吸附作用将游离磨料带入加工区的方法，本发明技术利用放电加工实现电火花线切割，利用金刚线磨削和电火花脉冲刻蚀两种加工方式共同去除材料，提高切割作用，与更换金刚石线的电火花线切割方法和设备相比，不同于电火花放电加工机床更换金刚石线的电火花加工方法及其机床，本发明技术以金刚石线切割为主去除方式，辅助运用放电加工，实现材料的双重去除，同时，在金刚石多线锯机床的基础上增加脉冲放电加工装置，形成全新的金刚石多线锯电火花加工装备，并在其基础上并简化改进功能后的机床结构，使结构紧凑，可以在实现高效切割同时获得更好的加工质量，为其在半导体行业的推广应用提供帮助，最终使得整体的操作更加高效、便捷。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.金刚石多线电火花放电切削线切割装置，包括切割装置主体(14)，其特征在于：所述切割装置主体(14)的中部一侧设置有一号切割辊(1)，所述一号切割辊(1)的一侧设置有二号切割辊(10)，所述一号切割辊(1)的前端设置有一号主动主轴(7)，所述二号切割辊(10)的前端设置有二号主动主轴(8)，所述一号切割辊(1)的后端外表面设置有一号从动主轴(4)，所述二号切割辊(10)的后端外表面设置有二号从动主轴(6)，所述切割装置主体(14)的上端中部外表面设置有P型硅棒(2)。
2.根据权利要求1所述的金刚石多线电火花放电切削线切割装置，其特征在于：所述一号切割辊(1)与金刚线网(11)之间设置有进电辊(9)，所述P型硅棒(2)的一侧与脉冲电源(5)的正极一侧通过进电金属固定连接。
3.根据权利要求1所述的金刚石多线电火花放电切削线切割装置，其特征在于：所述P型硅棒(2)与硅棒粘板(3)之间通过树脂板采用胶粘的方式联接，所述硅棒粘板(3)的上端外表面开设有连接孔。
4.根据权利要求1所述的金刚石多线电火花放电切削线切割装置，其特征在于：所述一号主动主轴(7)、二号主动主轴(8)的前端与后端均设置有连接法兰。
5.根据权利要求1所述的金刚石多线电火花放电切削线切割装置，其特征在于：所述一号主动主轴(7)位于二号主动主轴的一侧，所述一号从动主轴(4)位于二号从动主轴(6)的一侧。
6.根据权利要求2所述的金刚石多线电火花放电切削线切割装置，其特征在于：所述切割装置主体(14)的下端一侧设置有负极进电线(13)，所述P型硅棒(2)与脉冲电源(5)之间设置有正极进电线(12)，所述负极进电线(13)的上端设置有金刚线网(11)，所述负极进电线(13)的数量为两组，且两组负极进电线(13)分别位于切割装置主体(14)下端两侧呈对称结构。
7.根据权利要求6所述的金刚石多线电火花放电切削线切割装置，其特征在于：所述P型硅棒(2)的上端设置有硅棒粘板(3)，所述脉冲电源(5)通过负极进电线(13)为电刷供电。
8.根据权利要求7所述的金刚石多线电火花放电切削方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)金刚线经排线轮、张力轮和导向轮，缠绕到两个加工辊，再经过导向轮、张力轮和排线轮，最后缠绕到收放线轮上；
(S2)当缠绕到收放线轮上，工件接到脉冲电源进电线(12)正极上，金刚线接到脉冲电源负极进电线(13)上，金刚线往复运动，在加工辊和加工辊之间形成的线网利用磨削方式和放电加工方式将硅料切割成硅片。
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