CN111409206A - 一种多线切割机及其槽轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多线切割机及其槽轮，尤其涉及一种通过调整多线切割机槽轮直径来调整切割线张力，达到平衡线网以及切割能力的方法。本发明提供一种多线切割机及其槽轮，通过增大多线切割机槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径，增加槽轮尾部切割线的张力，提高切割能力，平衡线网的切割能力，由此得到切割过程中可平稳进行的切割线网分布，从而得到品质良好的切割后衬底。

Description

一种多线切割机及其槽轮

技术领域

本发明涉及一种多线切割机及其槽轮，尤其涉及一种通过调整槽轮直径来调整切割线张力，达到平衡线网以及切割能力的方法。

背景技术

蓝宝石是现代工业，尤其是微电子、光电子产业极为重要的基础材料。由于其综合了优良的机械、光学、电学以及抗辐射性能，已广泛应用于耐高温高压器件、光学系统、特种窗口、耐磨损器件、红外制导、导弹整统罩等民用、军事、科研高科技领域。蓝宝石是一种硬度值仅次于金刚石的高硬度材料，对其切割成晶片的方法，由于其高硬度，目前国内外切割蓝宝石的方法均采用多线切割技术。

多线切割技术是世界上比较先进的蓝宝石晶片加工技术，其原理是通过一根高速运动的切割线带动附着在线上的切割刃料对蓝宝石等硬脆材料进行摩擦，从而达到切割效果。在整个过程中，切割线通过导线轮的引导，在主轴上形成一张线网，而待加工工件通过工作台的上升下降实现工件的进给，可将蓝宝石硬脆材料一次同时切割成数百片，多线切割技术与其他技术相比有效率高、产能高、精度高等优点。随之，多线切割技术已逐渐取代了传统的刀锯片、砂轮片及内圆切割，成为目前采用最广泛的蓝宝石等硬脆材料切割技术。

多线切割过程中由于槽轮尾部的线网张力不稳定，容易导致切割出的衬底翘曲变大，后续站点需要对此部分翘曲偏大的衬底和正常衬底进行区分和修复，增加了时间和人力成本。

存在前案CN206106121U公开了一种金刚石线切割硅片用槽轮，槽轮主体头部直径和尾部直径相同,槽轮主体中部直径大于槽轮主体头部、尾部直径,槽轮主体的头部、尾部至中部之间的过渡区域直径均按线性变化，前案的有益效果在于:所述的槽轮主体中部直径大于槽轮主体头部、尾部直径,且槽轮主体的头部、尾部至中部之间的过渡区域直径均按线性变化,有效改善槽轮中部线弓及硅片参数离散的情况,提高了硅片成品率。但是前案忽略了多线切割的特征规律是中间切割能力较稳定，切割出的衬底质量较优，槽轮尾部切割能力不稳定，切割出的衬底质量较差。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明通过调整多线切割机的槽轮直径调整切割线的张力，平衡线网以及切割能力。

槽轮的主要结构包括槽轮主体、槽轮主体上用于绕切割线的槽距和切割线，切割线绕进槽轮的一端称为进线端，通常也称为槽轮头部；切割线绕出槽轮的一端称为出线端，通常也称为槽轮尾部，槽轮包括头部、中部和尾部。

槽轮线网及切割能力不平衡的原因主要是槽轮尾部切割能力不足，需要通过增加切割线的张力提高切割能力，另外一个原因是槽轮头部切割能力太强，线网抖动幅度过大。所谓的线网张力就是切割线的张力，在一定范围内满足胡克定律，适当的绷紧或者拉伸都会产生张力，改变槽轮的直径，会改变线的拉伸程度，从而调节张力，因此可以通过增大槽轮绷紧线或者降低槽轮头部直径的方法降低切割能力，稳定头部线网。

平衡槽轮线网以及切割能力可以通过修改槽轮的设计来实现，所述槽轮的设计包括：

增大槽轮头部的直径，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮头部和尾部的直径大于槽轮中部的直径；

或减小槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径；

或槽轮头部的直径不变，增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径；

或槽轮直径从槽轮的头部至尾部逐渐增大；

或其它通过调整槽轮尾部直径，使槽轮尾部直径相对于头部或中部较大的设计。

当所述槽轮的设计为增大槽轮头部的直径，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮头部和尾部的直径大于槽轮中部的直径时：

槽轮头部和尾部的直径改变太大会影响切割线张力传输的连续性，并且可能导致断线，直径改变太小，则改善效果不明显，因此槽轮头部的直径增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%，槽轮尾部的直径增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%。

图1所示为衬底的warp值随线网位置的变化，横坐标代表线网的位置，纵坐标代表切割后衬底的warp值，warp值代表衬底整体上下翘曲的程度，warp值的绝对值越小，表明衬底整体的平整性更好。图2所示为衬底的bow值随线网位置的变化，横坐标代表线网的位置，纵坐标代表切割后衬底的bow值，bow值代表衬底整体弯曲的程度，bow值的绝对值越小，代表衬底的表面更平整。图1和图2表明槽轮头部大概0-18%的位置和槽轮尾部大概0-10%的位置线网非常不稳定，容易导致切割后衬底的翘曲较大，需要对槽轮的线网进行调整。切割线的线网张力就是切割线的张力，在一定范围内满足胡克定律，适当的绷紧或者拉伸都会产生张力，改变槽轮的直径，就会改变线的拉伸程度，从而调节线网的张力。所以增大槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径大于槽轮中部的直径，增大的位置为槽轮头部的0-18%范围内，增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径，增大的位置为槽轮尾部的0-10%范围内。

槽轮切割线张力的变化规律存在着逐渐变化、由快到慢和由慢到快三种情况，与之对应的，槽轮的直径改变包括线性、凸的抛物线型或者凹的抛物线型，更具体的，当槽轮切割线张力的变化规律为逐渐变化时，槽轮的直径改变是线性的；当槽轮切割线张力的变化规律为由快到慢时，槽轮的直径改变是凸的抛物线型；当槽轮切割线张力的变化规律为由慢到快时，槽轮的直径改变是凹的抛物线型。

切割线的材料是影响线网和切割能力的重要因素，切割线一般采用比较耐磨的材质，线芯需要耐磨性较高，采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒，用于切割衬底。

当所述槽轮的设计为减小槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径时：槽轮头部的直径减小的范围为槽轮中部直径的85%-95%，槽轮尾部的直径增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%。

槽轮头部大概0-18%的位置和槽轮尾部大概0-10%的位置线网非常不稳定，容易导致切割后衬底的翘曲较大，需要对槽轮的线网进行调整。切割线的线网张力就是切割线的张力，在一定范围内满足胡克定律，适当的绷紧或者拉伸都会产生张力，改变槽轮的直径，就会改变线的拉伸程度，从而调节线网的张力。所以减小槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，减小的位置为槽轮头部的0-18%范围内，增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径，增大的位置为槽轮尾部的0-10%范围内。

槽轮切割线张力的变化规律存在着逐渐变化、由快到慢和由慢到快三种情况，与之对应的，槽轮的直径改变包括线性、凸的抛物线型或者凹的抛物线型。

切割线的材料是影响线网和切割能力的重要因素，切割线一般采用比较耐磨的材质，线芯需要耐磨性较高，采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒，用于切割衬底。

当所述槽轮的设计为槽轮头部的直径不变，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径时，槽轮尾部直径的改变范围为槽轮中部直径的105%-115%，改变位置为槽轮尾部的0-10%范围内，槽轮直径设计的形状与切割线张力的变化规律相对应，切割线采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒，用于切割衬底。

当所述槽轮的设计为槽轮直径从槽轮的头部至尾部逐渐增大时，减小槽轮头部的直径为槽轮中部直径的85%-95%，增大槽轮尾部的直径为槽轮中部直径的105%-115%，槽轮直径的改变设计为线性，切割线采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒，用于切割衬底。

所述槽轮所组成的多线切割装置可对多种半导体材料进行切割，切割材料包括碳化硅、水晶、蓝宝石、氮化镓或砷化镓。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。

图1为衬底的warp值随线网位置变化的趋势。

图2为衬底的bow值随线网位置变化的趋势。

图3为本发明的槽轮结构示意图a。

图4为本发明的槽轮结构示意图b。

图中：1、槽轮头部，2、槽轮中部，3、槽轮尾部。

具体实施方式

平衡槽轮线网以及切割能力可以通过修改槽轮的设计来实现，下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

槽轮的设计方式为减小槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径。

如图3所示，切割线绕进槽轮的一段为进线端，也称槽轮的头部，与进线端相对的另一头，即切割线绕出槽轮的一端称为出线端，通俗上，也叫作槽轮的尾部，槽轮包括头部1、中部2和尾部3。

图1所示为衬底的warp值随线网位置的变化，warp值代表衬底整体上下翘曲的程度，warp值的绝对值越小，表示衬底整体的平整性更好。图2所示为衬底的bow值随线网位置的变化，bow值代表衬底整体弯曲的程度，bow值的绝对值越小，表示衬底的表面更平整。图1和图2表明槽轮头部大概0-18%的位置和槽轮尾部大概0-10%的位置线网非常不稳定，容易导致切割后衬底的翘曲较大，需要对槽轮的线网进行调整。所谓切割线的线网张力就是切割线的张力，在一定范围内满足胡克定律，适当的绷紧或者拉伸都会产生张力，改变槽轮的直径，就会改变线的拉伸程度，从而调节线网的张力。所以减小槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，减小的位置为槽轮头部的0-18%范围内，增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径，增大的位置为槽轮尾部的0-10%范围内。

槽轮头部和尾部的直径改变太大会影响切割线张力传输的连续性，并且可能导致断线，直径改变太小，改善效果则不明显，因此槽轮头部的直径减小的范围为槽轮中部直径的85%-95%，槽轮尾部的直径增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%。

槽轮切割线张力的变化规律存在着逐渐变化、由快到慢和由慢到快三种情况，与之对应的，槽轮的直径改变包括线性、凸的抛物线型或者凹的抛物线型，更具体的，当槽轮切割线张力的变化规律为逐渐变化时，槽轮的直径改变是线性的；当槽轮切割线张力的变化规律为由快到慢时，槽轮的直径改变是凸的抛物线型；当槽轮切割线张力的变化规律为由慢到快时，槽轮的直径改变是凹的抛物线型。

切割蓝宝石材料时，槽轮切割线张力的变化规律是由快到慢，槽轮的直径设计为凸的抛物线型。

本实施例中除了槽轮头部及尾部位置的直径改变外，其余位置的槽轮直径不变，由此形成切割过程中可平稳进行的切割线网分布，从而得到品质良好的切割后衬底。

切割线的材料是影响线网和切割能力的重要因素，切割硬度较高的材料时，切割线一般采用比较耐磨的材质，线芯需要耐磨性较高，一般采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒，用于切割衬底。

本实施例中切割的衬底为蓝宝石，莫氏硬度为9，硬度较高，切割线线芯采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒。

本实施例中槽轮的硬度为A80°-A99°，硬度在A80°-A99°之间可以满足槽轮在使用时的强度。

本实施例中槽轮开槽的槽型为V型槽，现有的多线切割导轮上的线槽槽型一般呈“V”字型，具有上宽下尖的特点，且槽与槽之间具有一钝边，此种线槽由于其上宽下尖的特点而具有较好的固定线网的作用。

本实施例中槽轮槽距的深度为0.30mm-0.38mm。

本实施例中槽轮槽距的槽角为88°-92°，利用特定的沟槽角度设计，使切割线在切割过程中不容易因为杂质而造成跳线，进而提高稳定性。

本实施例中槽轮的表面上涂覆有提高槽轮表面硬度的优化材料，优化材料为聚乙烯和聚氨酯中的一种，涂覆优化材料可以提高槽轮的强度，降低切割线对槽轮的摩擦，延长槽轮的使用寿命，提高工作效率。

本实施例中的槽轮所组成的多线切割装置可对多种半导体材料进行切割，包括碳化硅、水晶、蓝宝石、氮化镓或砷化镓。

本发明提供的一种多线切割机及其槽轮，通过增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径，增加槽轮尾部切割线的张力，提高切割能力，减小槽轮头部直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，降低槽轮头部的切割能力，平衡线网的切割能力，由此得到切割过程中可平稳进行的切割线网分布，从而得到品质良好的切割后衬底。

实施例二

本实施例的槽轮结构示意图如图4所示，槽轮包括头部1、中部2和尾部3，槽轮的设计方式为槽轮直径从槽轮的头部至尾部逐渐增大。

槽轮线网及切割能力不平衡的原因主要是槽轮尾部切割能力不足，需要通过增加切割线的张力提高切割能力，另外一个原因是槽轮头部切割能力太强，线网抖动幅度过大，所谓切割线的线网张力就是切割线的张力，在一定范围内满足胡克定律，适当的绷紧或者拉伸都会产生张力，改变槽轮的直径，就会改变线的拉伸程度，从而调节线网的张力，可以通过增大槽轮绷紧线或者降低槽轮头部直径的方法降低切割能力，稳定头部线网。

本实施例的槽轮结构示意图如图4所示，槽轮直径从槽轮的头部1至尾部3逐渐增大。

槽轮头部和尾部的直径改变太大会影响切割线张力传输的连续性，并且可能导致断线，直径改变太小，改善效果则不明显，因此槽轮头部的直径减小的范围为槽轮中部直径的85%-95%，槽轮尾部的直径增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%。

本实施例中槽轮头部的直径为槽轮中部直径的90%，槽轮尾部的直径为槽轮中部直径的110%。

切割线的材料是影响线网和切割能力的重要因素，切割硬度较高的材料时，切割线一般采用比较耐磨的材质，线芯需要耐磨性较高，一般采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒，用于切割衬底。

本实施例中切割的衬底为蓝宝石，莫氏硬度为9，硬度较高，切割线线芯采用镍线，外面电镀一层钻石颗粒。

所述槽轮的直径改变设计为线性，槽轮头部的直径最小，逐渐变化至尾部，槽轮尾部的直径最大，线网张力逐渐变化。

本实施例中槽轮的硬度为A80°-A99°，硬度在A80°-A99°之间可以满足槽轮在使用时的强度。

本实施例中槽轮开槽的槽型为V型槽，现有的多线切割导轮上的线槽槽型一般呈“V”字型，具有上宽下尖的特点，且槽与槽之间具有一钝边，此种线槽由于其上宽下尖的特点而具有较好的固定线网的作用。

本实施例中槽轮槽距的深度为0.30mm-0.38mm。

本实施例中槽轮槽距的槽角为88°-92°，利用特定的沟槽角度设计，使切割线在切割过程中不容易因为杂质而造成跳线，进而提高稳定性。

本实施例中槽轮的表面上涂覆有提高槽轮表面硬度的优化材料，优化材料为聚乙烯或者聚氨酯或者两者的混合物，涂覆优化材料可以提高槽轮的强度，降低切割线对槽轮的摩擦，延长槽轮的使用寿命，提高工作效率。

本实施例中的槽轮所组成的多线切割装置可对多种半导体材料进行切割，切割材料包括碳化硅、水晶、蓝宝石、氮化镓或砷化镓。

本发明提供的一种多线切割机及其导轮，通过逐渐增大槽轮的直径，平衡线网的切割能力，由此得到切割过程中可平稳进行的切割线网分布，从而得到品质良好的切割后衬底，减少后续站点对翘曲偏大的衬底和正常衬底进行区分和修复的动作，减少了时间和人力成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的两种实施方式，描述较为具体，除此之外存在其它调整槽轮尾部直径调整切割线张力，平衡线网及切割能力的槽轮设计，并不能因本发明所述的实施例而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种多线切割机，其主要结构包括槽轮、导轮、工作台、冷却循环系统和切割线，槽轮包括头部、中部和尾部，通过调整槽轮直径调整切割线的张力，其特征在于，增加槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径，提高槽轮尾部的切割能力，平衡线网以及切割能力。

2.根据权利要求1所述的一种多线切割机，所述槽轮的设计包括增大槽轮头部的直径，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮头部和尾部的直径大于槽轮中部的直径。

3.根据权利要求2所述的一种多线切割机，其特征在于，

增大槽轮头部的直径，增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%；

且增大槽轮尾部的直径，增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%。

4.根据权利要求2所述的一种多线切割机，其特征在于，

增大槽轮头部的直径，增大的位置为槽轮头部的0-18%范围内；

且增大槽轮尾部的直径，增大的位置为槽轮尾部的0-10%范围内。

5.根据权利要求2所述的一种多线切割机，其特征在于，槽轮的直径改变时，槽轮直径的改变包括线性、凸的抛物线型或者凹的抛物线型。

6.根据权利要求1所述的一种多线切割机，所述槽轮的设计包括减小槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径。

7.根据权利要求6所述的一种多线切割机，其特征在于，

减小槽轮头部的直径，减小的范围为槽轮中部直径的85%-95%；

且增大槽轮尾部的直径，增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%。

8.根据权利要求6所述的一种多线切割机，其特征在于，

减小槽轮头部的直径，减小的位置为槽轮头部的0-18%范围内；

且增大槽轮尾部的直径，增大的位置为槽轮尾部的0-10%范围内。

9.根据权利要求6所述的一种多线切割机，其特征在于，槽轮的直径改变时，槽轮直径的改变包括线性、凸的抛物线型或者凹的抛物线型。

10.根据权利要求1所述的一种多线切割机，所述槽轮的设计包括槽轮头部的直径不变，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径。

11.根据权利要求10所述的一种多线切割机，其特征在于，增大槽轮尾部的直径，增大的范围为槽轮中部直径的105%-115%。

12.根据权利要求10所述的一种多线切割机，其特征在于，增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径，增大的位置为槽轮尾部的0-10%范围内。

13.根据权利要求10所述的一种多线切割机，其特征在于，槽轮直径的改变包括线性、凸的抛物线型或者凹的抛物线型。

14.根据权利要求1所述的一种多线切割机，所述槽轮的设计包括槽轮直径从槽轮的头部至尾部逐渐增大。

15.根据权利要求14所述的一种多线切割机，其特征在于，减小槽轮头部的直径，使槽轮头部的直径小于槽轮中部的直径，同时增大槽轮尾部的直径，使槽轮尾部的直径大于槽轮中部的直径。

16.根据权利要求15所述的一种多线切割机，其特征在于，

减小槽轮头部的直径，减小槽轮头部的直径为槽轮中部直径的85%-95%；

且增大槽轮尾部的直径，增大槽轮尾部的直径为槽轮中部直径的105%-115%。

17.根据权利要求1所述的一种多线切割机，其特征在于，所述槽轮的切割线线芯采用镍线，外表面电镀一层钻石颗粒。

18.根据权利要求1-17任意一项所述的一种多线切割机槽轮，其特征在于，所述槽轮所组成的多线切割装置可对多种半导体材料进行切割，切割材料包括碳化硅、水晶、蓝宝石、氮化镓或砷化镓。

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