CN114589601A - 磨粒赋能线切割装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磨粒赋能线切割装置及方法。一种磨粒赋能线切割装置，包括：切割线、切割槽、第一增压模块以及空化发生器。其中。切割槽用于容纳砂浆，切割线的切割区域置于砂浆的液面下；切割槽内的砂浆通过回液管路进入第一增压模块后，经过第一进液管路回流至切割槽内；空化发生器设于切割槽中且位于砂浆的液面下用于使砂浆中产生空化现象。上述磨粒赋能线切割装置，使切割槽中的砂浆发生空化现象，砂浆经空化发生器后产生磨粒空化复合射流，空化现象使砂浆液体中产生的微小气泡在切割线与工件接触时产生的溃破对切割过程起到辅助作用，为磨粒赋能，使磨粒加速磨削工件，提升切割效率。

Description

磨粒赋能线切割装置及方法

技术领域

本发明涉及晶片加工技术领域，特别是涉及磨粒赋能线切割装置及方法。

背景技术

目前的碳化硅切片机在进行晶片切割的过程中，主要采用游离磨粒切割的方式，相比于传统的金刚线切割，游离磨粒切割的方式切割后的晶片质量更高，且材料损耗更低。

游离磨粒的切割方式主要为通过金属件携带配置有金刚石磨粒的砂浆进入工件切割区域，倚靠金属线压迫砂浆中的金刚石磨粒对工件进行磨削实现加工的方式。这种加工方式中，通常工件、金属件以及砂浆液均置于空气中，因此游离磨粒切片机的切割质量及效率不仅受砂浆中的金刚石磨粒浓度及粒径影响，还受金属线携带砂浆的附着能力影响。然而，由于金属线表面能够附着的砂浆有限，且砂浆附着于金属线上的状态为相对金属线静止，在切割的过程中砂浆中的磨粒未能充分发挥切割打磨的功能，导致目前的游离磨粒切割的方式在进行晶片加工时的切割时间预计在100小时以上，切割效率较低。

发明内容

基于此，有必要针对目前的游离磨粒切割的方式切割效率较低的问题，提供一种磨粒赋能线切割装置及方法。

一种磨粒赋能线切割装置，包括：

切割线；

切割槽，用于容纳砂浆，所述切割线的切割区域置于所述砂浆的液面下；

第一增压模块，所述第一增压模块与所述切割槽之间连接有回液管路与第一进液管路，所述切割槽内的砂浆通过所述回液管路进入第一增压模块后，经过所述第一进液管路回流至所述切割槽内；

空化发生器，所述空化发生器设于所述切割槽中且位于所述砂浆的液面下用于使所述砂浆中产生空化现象。

上述磨粒赋能线切割装置，通过将切割线的切割区域置于容纳于切割槽中的砂浆的液面下方，保证切割线表面一直附着有砂浆，且不受切割线的附着能力所限制，从而辅助线切割的过程，提升线切割的效率；并通过设置第一增压模组，使切割槽内的砂浆通过回液管路流至第一增压模组后能够获得常压使砂浆重新回流至切割槽中，增强切割槽中砂浆的流动性，提升砂浆中磨粒在金属线与工件之间的接触效率；通过在切割槽中的砂浆液面下设置空化发生器，使得切割槽中的砂浆发生空化现象，砂浆经空化发生器后产生磨粒空化复合射流，空化现象使砂浆液体中产生微小气泡，通过微小气泡在切割线与工件接触时产生的溃破对切割过程起到辅助作用，借助液体空化的能量增加砂浆中磨粒的动能，为磨粒赋能，提升线切割的切割效率。

在其中一个实施例中，所述空化发生器为缩口变径器；或，所述空化发生器为超声波发生器。

在其中一个实施例中，还包括第二增压模块，所述第一增压模块流出的砂浆一部分进入所述第一进液管路，另一部分进入所述第二增压模块，所述第二增压模块与所述切割槽之间通过第二进液管路连接，所述第二进液管路连接于所述切割槽的一端连接于所述缩口变径器。

在其中一个实施例中，所述第二增压模块的出口压力为0.6-10MPa。

在其中一个实施例中，还包括电源，所述电源为所述超声波发生器提供电能。

在其中一个实施例中，所述空化发生器的数量为多个，多个所述空化发生器分别设于所述切割槽的不同位置，多个所述空化发生器的出口均朝向所述切割区域。

在其中一个实施例中，还包括搅拌模块，所述搅拌模块设于所述回液管路中用于使所述砂浆混合均匀。

在其中一个实施例中，所述搅拌模块设有第一输入通道与第二输入通道，所述第一输入通道用于输入混合液，所述第二输入通道用于输入磨粒。

在其中一个实施例中，所述砂浆包括混合液及磨粒，所述砂浆中的磨粒浓度为3％-20％。

一种磨粒赋能线切割方法，包括如下步骤：

第一进液管路向切割槽内输入砂浆，为砂浆初步赋能；

置于切割槽中且位于砂浆液面下的空化发生器工作，使砂浆中产生空化现象，为砂浆进一步赋能；

置于所述切割槽中的切割线携带赋能后的砂浆进行往复运动或循环式运动；

工件与所述切割线接触，所述切割线携带赋能后的砂浆磨削工件。

上述磨粒赋能线切割方法，通过第一进液管路向切割槽内输入砂浆，增强切割槽中砂浆的流动性，为砂浆初步赋能，提升砂浆中磨粒在金属线与工件之间的接触效率；通过将空化发生器置于切割槽中且位于砂浆液面下，空化发生器使砂浆中产生空化现象，保证切割线表面一直附着有砂浆，且不受切割线的附着能力所限制，从而辅助线切割的过程，并使得切割槽中的砂浆发生空化现象，砂浆经空化发生器后产生磨粒空化复合射流，空化现象使砂浆液体中产生微小气泡，通过微小气泡在切割线与工件接触时产生的溃破对切割过程起到辅助作用，借助液体空化的能量增加砂浆中磨粒的动能，为砂浆进一步赋能，提升线切割的切割效率。

附图说明

图1为第一实施例的磨粒赋能线切割装置的结构简图；

图2为第一实施例的磨粒赋能线切割装置的缩口变径器的结构简图；

图3为第二实施例的磨粒赋能线切割装置的结构简图。

图中：

100、磨粒赋能线切割装置；10、切割线；11、第一传动辊；12、第二传动辊；20、切割槽；21、砂浆；30、第一增压模块；31、第二增压模块；40、搅拌模块；41、第一输入通道；42、第二输入通道；50、工件；51、夹持件；60、空化发生器；61、电源。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参阅图1至图3，本申请提供一种磨粒赋能线切割装置100。图1至图3示出的磨粒赋能线切割装置100，包括：切割线10、切割槽20、第一增压模块30以及空化发生器60。其中，切割槽20用于容纳砂浆21，切割线10的切割区域置于砂浆21的液面下。具体地，砂浆21由磨料与混合液组成。通过将切割线10的切割区域置于砂浆21的液面下，能够保证切割线10的表面一直附着有砂浆21，且不受切割线10的附着能力限制，从而辅助线切割的过程，提升线切割的效率。具体地，砂浆21中的磨粒浓度为3％-20％，使砂浆21能够保持较好的磨削效果与流动性，也能够防止砂浆21在第一增压模块30中出现堵塞的现象。

进一步地，第一增压模块30与切割槽20之间连接有回液管路与第一进液管路，切割槽20内的砂浆21通过回液管路进入第一增压模块30后，经过第一进液管路回流至切割槽20内。具体地，第一增压模块30对砂浆21施加的压力为常压，使砂浆21能够以常压回流至切割槽20中，增强切割槽20中砂浆21的流动性，提升砂浆21中的磨粒在金属线与工件50之间的接触效率。

根据现有的物理学原理可知，空化现象产生的原因为，当温度不变时，若忽略形成小气泡时表面张力的微小作用，在液体局部的绝对压力降低到当地温度下的饱和蒸气压时，液体内部原来含有的微小气泡将会迅速膨胀，在液体内部形成含有水蒸气的空泡，从而产生空化现象。

在本实施例中，空化发生器60设于切割槽20中且位于砂浆21的液面下，用于使砂浆21中产生空化现象。从而砂浆21流经空化发生器60后产生磨粒空化复合射流，砂浆21中产生的微小气泡在于工件接触的瞬间发生溃破，为砂浆21中的磨粒起到辅助赋能的作用，并且借助液体的空化能量增加砂浆21中磨粒在与工件50接触的瞬间能够具有初始动能，从而加速磨削工件50，提升线切割的效率。具体地，空化发生器60可为缩口变径器、超声波发生器等能够使砂浆21中产生空化现象的元器件。

进一步地，在实际应用中，切割线10通常设于切片机中，切片机包括第一传动辊11与第二传动辊12，切割线10的相对两端分别绕设于第一传动辊11与第二传动辊12外。在线切割过程中，通过第一传动辊11与第二传动辊12分别绕其轴线转动，带动切割线10往复运动，切割线10带动将砂浆21中的磨料对工件50进行磨削，实现对工件50的切割。在切割过程中，通过夹持件51夹持工件50的顶部，使工件50逐渐靠近切割线10，从而实现对工件50的切割。

在其中一个实施例中，磨粒赋能线切割装置100还包括第二增压模块31，第一增压模块30流出的砂浆21一部分进入第一进液管路，另一部分进入第二增压模块31，第二增压模块31与切割槽20之间通过第二进液管路连接，第二进液管路连接于切割槽20的一端连接于空化发生器60。第二增压模块31为空化发生器60提供使砂浆21发生空化现象的压力和动能。进一步地，第二增压模块31的出口压力大于第一增压模块30的出口压力，从而在切割槽20中的砂浆21能够具有复合空化射流。具体地，第二增压模块31的出口压力为0.6-10MPa。通过申请人充分的实验验证，当第二增压模块31的出口压力位于0.6-10MPa的范围内时，空化发生器60对磨粒赋能线切割装置100的辅助赋能效果较好，能够实现较高的切割效率。

在其中一个实施例中，磨粒赋能线切割装置100还包括电源61，电源61为空化发生器60提供电能，保证空化发生器60能够持续工作。

在其中一个实施例中，空化发生器60的数量为多个，多个空化发生器60分别设于切割槽20的不同位置，以保证切割槽20内的砂浆21能够得到均匀的空化动能。进一步地，多个空化发生器60的出口均朝向切割区域。由于本申请中的形成的空化射流是在砂浆21中，切割区域也位于砂浆21的液面之下，属于淹没式多相射流。因此，通过空化发生器60的出口朝向切割区域，并在实际应用过程中可使空化发生器60的出口距离切割区域尽可能近，能够防止空化发生器60发出的空化射流的能量在砂浆21中消耗，保证空化气泡能够正好在切割线10与工件50相接触时发生溃破，同时保证切割线10与工件50接触区域的磨粒具有充足的动能辅助切割线10实现切割。优选地，空化发生器60的数量为三个，三个空化发生器60分别朝向切割线10的相对两端及切割线10的中部，保证切割区域能够均匀获得空化现象产生的动能。

在其中一个实施例中，磨粒赋能线切割装置100还包括搅拌模块40，搅拌模块40设于回液管路中用于使砂浆21混合均匀。具体地，在本实施例中，砂浆21的流动方向为从切割槽20中经过回液管路流入搅拌模块40，搅拌模块40完成搅拌后将砂浆21流入第一增压模块30，第一增压模块30增压完成后将砂浆21通过进液管路注入切割槽20中。进一步地，为了使切割槽20中的砂浆21能够持续保证较强的磨削能力，搅拌模块40设有第一输入通道41与第二输入通道42。其中，第一输入通道41用于输入混合液，第二输入通道42用于输入磨粒。混合液与磨粒分别通过第一输入通道41、第二输入通道42进入搅拌模块40后，搅拌模块40使磨粒与混合液得到充分地混合，保证砂浆21中磨粒分布的均匀性，同样能够起到防止砂浆21变质的效果。

上述磨粒赋能线切割装置100，通过将切割线10的切割区域置于容纳于切割槽20中的砂浆21的液面下方，保证切割线10表面一直附着有砂浆21，且不受切割线10的附着能力所限制，从而辅助线切割的过程，提升线切割的效率；并通过设置第一增压模组，使切割槽20内的砂浆21通过回液管路流至第一增压模组后能够获得常压使砂浆21重新回流至切割槽20中，增强切割槽20中砂浆21的流动性，提升砂浆21中磨粒在金属线与工件50之间的接触效率；通过在切割槽20中的砂浆21液面下设置空化发生器60，使得切割槽20中的砂浆21发生空化现象，砂浆21经空化发生器60后产生磨粒空化复合射流，空化现象使砂浆21液体中产生微小气泡，通过微小气泡在切割线10与工件50接触时产生的溃破对切割过程起到辅助作用，借助液体空化的能量增加砂浆21中磨粒的动能，为磨粒赋能，使磨粒加速磨削工件50，提升线切割的切割效率。

根据上述各实施例的描述，以下提出更为具体地实施例及附图予以详细说明。

第一实施例

请参考图1至图2，图1中为第一实施例中的磨粒赋能线切割装置100的结构示意图。具体地，在第一实施例中，空化发生器60为缩口变径器。请参考图2，图2为缩口变径器的结构简图。本实施例的缩口变径器的主要原理为砂浆21经过第二增压组件后获得能量，再通过缩口变径器缩小出口的直径，使得砂浆21的液流截面获得骤减，从而缩口变径器的出口能够喷出能量集中的高速砂浆21，起到缩口变径器由于空化现象产生的微小气泡在切割过程中进行附加性增强切割、以及为切割槽20中砂浆21的磨料赋能的效果。

在第一实施例中，磨粒赋能线切割装置100包括切割线10、切割槽20、第一增压模块30、第二增压模块31、回液管路、第一进液管路、第二进液管路、空化发生器60以及搅拌模块40。具体地，切割槽20中的砂浆21经过回液管路流入搅拌模块40，搅拌模块40将砂浆21进行均匀混合后，砂浆21流入第一增压模块30；经第一增压模块30实现常压增压的砂浆21分为两路，第一路砂浆21通过第一进液管路直接回流至切割槽20中，增强切割槽20中砂浆21的循环，第二路砂浆21流入第二增压模块31，第二增压模块31为空化发生器60提供使砂浆21发生空化现象的压力和动能，第二路砂浆21经过第二增压模块31实现高压增压后通过第二进液管路将砂浆21从空化发生器60的出口射入切割槽20中，在本实施例中即为从缩口变径器的出口射入切割槽20中；具体地，缩口变径器的出口置于切割槽20的砂浆21液面下。进一步地，第二增压模块31的出口压力大于第一增压模块30的出口压力，从而在切割槽20中的砂浆21能够具有复合空化射流。

第二实施例

请参考图3，图3为第二实施例中的磨粒赋能线切割装置100的结构示意图。具体地，在第二实施例中，空化发生器60为超声波发生器。超声波发生器产生超声空化的原理为，当超声波能量足够高时，存在于液体中的微小气泡在超声场的作用下振动、生长并不断聚集能量，当能量达到某个阈值时，微小气泡受到空化作用急剧崩溃闭合的现象。

在第二实施例中，磨粒赋能线切割装置100包括切割线10、切割槽20、第一增压模块30、回液管路、第一进液管路、空化发生器60、电源61以及搅拌模块40。具体地，切割槽20中的砂浆21经过回液管路流入搅拌模块40，搅拌模块40将砂浆21进行均匀混合后，砂浆21流入第一增压模块30，之后砂浆21通过第一进液管路直接回流至切割槽20中，增强切割槽20中砂浆21的循环，空化发生器60提供使砂浆21发生空化现象的压力和动能，在本实施例中即为超声波发生器产生超声空化现象，辅助切割线10在对工件50进行线切割的过程中通过砂浆21中的微小气泡受空化作用崩溃，实现辅助线切割、为砂浆21中的磨粒赋能的效果。

另一方面，本申请提供一种磨粒赋能线切割方法，包括如下步骤：

第一进液管路向切割槽内输入砂浆，为砂浆初步赋能；

置于切割槽中且位于砂浆液面下的空化发生器工作，使砂浆中产生空化现象，为砂浆进一步赋能；

置于所述切割槽中的切割线携带赋能后的砂浆进行往复运动或循环式运动；

工件与所述切割线接触，所述切割线携带赋能后的砂浆磨削工件。

上述磨粒赋能线切割方法，通过第一进液管路向切割槽内输入砂浆，增强切割槽中砂浆的流动性，为砂浆初步赋能，提升砂浆中磨粒在金属线与工件之间的接触效率；通过将空化发生器置于切割槽中且位于砂浆液面下，空化发生器使砂浆中产生空化现象，保证切割线表面一直附着有砂浆，且不受切割线的附着能力所限制，从而辅助线切割的过程，并使得切割槽中的砂浆发生空化现象，砂浆经空化发生器后产生磨粒空化复合射流，空化现象使砂浆液体中产生微小气泡，通过微小气泡在切割线与工件接触时产生的溃破对切割过程起到辅助作用，借助液体空化的能量增加砂浆中磨粒的动能，为砂浆进一步赋能，提升线切割的切割效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对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 (10)

1.一种磨粒赋能线切割装置，其特征在于，包括：

切割线；

切割槽，用于容纳砂浆，所述切割线的切割区域置于所述砂浆的液面下；

第一增压模块，所述第一增压模块与所述切割槽之间连接有回液管路与第一进液管路，所述切割槽内的砂浆通过所述回液管路进入第一增压模块后，经过所述第一进液管路回流至所述切割槽内；

空化发生器，所述空化发生器设于所述切割槽中且位于所述砂浆的液面下用于使所述砂浆中产生空化现象。

2.根据权利要求1所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，所述空化发生器为缩口变径器；或，所述空化发生器为超声波发生器。

3.根据权利要求2所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，还包括第二增压模块，所述第一增压模块流出的砂浆一部分进入所述第一进液管路，另一部分进入所述第二增压模块，所述第二增压模块与所述切割槽之间通过第二进液管路连接，所述第二进液管路连接于所述切割槽的一端连接于所述缩口变径器。

4.根据权利要求3所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，所述第二增压模块的出口压力为0.6-10MPa。

5.根据权利要求2所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，还包括电源，所述电源为所述超声波发生器提供电能。

6.根据权利要求1所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，所述空化发生器的数量为多个，多个所述空化发生器分别设于所述切割槽的不同位置，多个所述空化发生器的出口均朝向所述切割区域。

7.根据权利要求1所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，还包括搅拌模块，所述搅拌模块设于所述回液管路中用于使所述砂浆混合均匀。

8.根据权利要求7所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，所述搅拌模块设有第一输入通道与第二输入通道，所述第一输入通道用于输入混合液，所述第二输入通道用于输入磨粒。

9.根据权利要求1所述的磨粒赋能线切割装置，其特征在于，所述砂浆包括混合液及磨粒，所述砂浆中的磨粒浓度为3％-20％。

10.一种磨粒赋能线切割方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一进液管路向切割槽内输入砂浆，为砂浆初步赋能；

置于切割槽中且位于砂浆液面下的空化发生器工作，使砂浆中产生空化现象，为砂浆进一步赋能；

置于所述切割槽中的切割线携带赋能后的砂浆进行往复运动或循环式运动；

工件与所述切割线接触，所述切割线携带赋能后的砂浆磨削工件。

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