CN114750310A - 一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及单晶硅切割领域,尤其涉及一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置及方法,附加轴,还包括套在所述附加轴前端的轴座,所述轴座边缘垂直其径向左右对称开设有两个腰型孔,所述两个腰型孔通过螺栓连接有圆柱状的垫块,所述垫块轴线与轴座轴线之间不共线,所述垫块前面设置有用于固定单晶硅棒的强力胶。由于垫块轴线和轴座轴线不共线形成一个偏心距,进而固定在垫块上的单晶硅棒实现工件的偏心旋转,从而实现工件偏心旋转点切割,锯丝不是时刻与单晶硅棒接触切割,因此排屑效果好,有效降低了切削温度,从而提高了锯丝寿命和工件表面加工质量,适合广泛推广。

Description

一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置及方法
技术领域
本发明涉及单晶硅切割领域,尤其涉及一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置及方法。
背景技术
半导体硬脆材料被广泛应用于芯片、太阳能电池、大功率晶体管等,比如单晶硅是制造半导体材料的重要原材料,半导体器件的制备工序一般经过“锯切-粗研-精研-抛光”。锯切为第一道加工工序,单晶硅的切割加工通常采用线锯等机械加工方式。另外其他半导体硬脆材料也由于自身材料特性的原因多使用线锯加工。线锯切割技术按锯丝种类可以分为两大类:游离磨粒锯丝和金刚石磨粒锯丝,大量的实验和事实证明金刚石锯丝线锯切割有着更好的加工质量和效率,是线锯切割技术发展的重要方向。金刚石线锯切割技术主要是指使用较细的具有高强度的金刚石锯丝切割工件的方法,锯丝直径一般为0.3-0.5mm左右,锯丝基体为不锈钢丝,上面通过电镀、钎焊等方式固结大量的金刚石磨粒,在加工过程中,磨粒不断磨削工件以去除材料,因此会产生大量的热量,这严重地影响了锯丝的寿命。
现有技术中,工件切割时,一般工件进给方式采用平推切割和旋转点切割。采用平推切割方式时,锯丝与工件始终保持线接触,加工质量较差,同时由于切缝过深,排屑和散热困难,影响锯丝寿命;采用旋转点切割方式时,工件绕其轴线以一定的角速度自转,使锯丝与工件的接触区域长度缩短到极短,从而可以认为线锯与工件仅在一点接触,如图1所示,这比平推切割具有更好的切割质量,但是在锯缝中,锯丝始终与工件接触,不利于散热和排屑,对锯丝寿命有一定影响,也对工件表面加工质量有一定影响。
发明内容
本发明提出的一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置及方法,排屑效果好,有效降低了切削温度,从而提高了锯丝寿命和工件表面加工质量,解决了上述问题。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,包括附加轴,还包括套在所述附加轴前端的轴座,所述轴座边缘垂直其径向左右对称开设有两个腰型孔,所述两个腰型孔通过螺栓连接有圆柱状的垫块,所述垫块轴线与轴座轴线之间不共线,所述垫块前面设置有用于固定单晶硅棒的强力胶。
优选的,所述附加轴通过内六角螺栓与所述轴座固定连接。
优选的,所述两个腰型孔下端半圆的圆心之间的连线与所述轴座直径共线。
优选的,所述垫块边缘左右对称开设有两个有内螺纹的固定通孔,所述两个固定通孔之间的连线与所述垫块直径共线。
优选的,所述两个固定通孔通过两个内六角螺栓与所述两个腰型孔上端半圆固定对接,使所述垫块轴线与轴座轴线之间不共线。
优选的,所述附加轴末端可拆卸安装在三爪卡盘上,所述三爪卡盘与所述电机输出端连接,所述电机设置在工作台上。
优选的,还包括锯切机构,所述锯切机构包括由电机驱动的丝筒、位于所述丝筒底部左右两侧的张紧轮、位于所述两个张紧轮底部的两个主导轮、位于所述两个主导轮之间的两个辅助导轮和依次套在所述丝筒、张紧轮、主导轮和辅助导轮上的锯丝,所述锯丝位于单晶硅棒顶部。
优选的,线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置的使用方法,把单晶硅棒末端通过强力胶固定在所述垫块上,将附加轴末端夹在三爪卡盘上,工件加工时,电机带动三爪卡盘旋转从而带动附加轴、轴座、垫块和单晶硅棒转动,由于垫块轴线和轴座轴线不共线,单晶硅棒沿着与自身轴线距离为ρ的轴线做偏心旋转运动,转速为nw,进而固定在垫块上的单晶硅棒实现工件的偏心旋转;
套在所述丝筒、张紧轮、主导轮和辅助导轮上的锯丝形成一个封闭的环形,加工时,张紧轮受到气缸施加的恒定张紧力FTP,使锯丝整体张紧,与丝筒连接的电机带动丝筒转动,丝筒带动锯丝以线速度Vs往复运动,同时丝筒、张紧轮、主导轮和辅助导轮在同一机架的带动下沿竖直方向向下做速度为Vw的进给运动,从而使锯丝实现对单晶硅棒偏心旋转点切割。
本发明的有益效果是:
本发明包括附加轴,还包括套在所述附加轴前端的轴座,所述轴座边缘垂直其径向左右对称开设有两个腰型孔,所述两个腰型孔通过螺栓连接有圆柱状的垫块,所述垫块轴线与轴座轴线之间不共线,所述垫块前面设置有用于固定单晶硅棒的强力胶。把单晶硅棒末端通过强力胶固定在所述垫块上,将附加轴末端夹在三爪卡盘上,工件加工时,电机带动三爪卡盘旋转从而带动附加轴、轴座、垫块和单晶硅棒转动,由于垫块轴线和轴座轴线不共线形成一个偏心距,进而固定在垫块上的单晶硅棒实现工件的偏心旋转,从而实现工件偏心旋转点切割,锯丝不是时刻与单晶硅棒接触切割,因此排屑效果好,有效降低了切削温度,从而提高了锯丝寿命和工件表面加工质量,适合广泛推广。
附图说明
图1为现有技术中同心旋转点切割示意图。
图2为本发明偏心旋转点切割示意图。
图3为本发明切割加工工艺原理图。
图4为本发明切割加工t1时刻状态图。
图5为本发明切割加工t2时刻状态图。
图6为本发明切割加工t3时刻状态图。
图7为本发明切割加工t4时刻状态图。
图8为本发明主视图。
图9为本发明左视图。
图10为本发明轴座结构示意图。
图11为本发明垫块主视图。
图12为本发明腰型孔结构示意图。
图13为本发明结构示意图。
图14为本发明结构示意图。
图中:1-附加轴、2-轴座、3-垫块、4-内六角螺栓、5-强力胶、6-单晶硅棒、21-腰型孔、7-丝筒、8-张紧轮、9-主导轮、10-辅助导轮、11-锯丝、12-电机、13-三爪卡盘、14-工作台。
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。
参照图1~14,一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,包括附加轴1,还包括套在附加轴1前端的轴座2,附加轴1通过内六角螺栓4与轴座2固定连接。轴座2边缘垂直其径向左右对称开设有两个腰型孔21,两个腰型孔21下端半圆的圆心之间的连线与轴座2直径共线。两个腰型孔21通过螺栓连接有圆柱状的垫块3,垫块3边缘左右对称开设有两个有内螺纹的固定通孔31,两个固定通孔31之间的连线与垫块3直径共线。两个固定通孔31通过两个内六角螺栓4与两个腰型孔21上端半圆固定对接,使垫块3轴线与轴座2轴线之间不共线。垫块3前面设置有用于固定单晶硅棒6的强力胶5。附加轴1末端可拆卸安装在三爪卡盘13上,三爪卡盘13与电机12输出端连接,电机12设置在工作台14上。还包括锯切机构,锯切机构包括由电机驱动的丝筒7、位于丝筒7底部左右两侧的张紧轮8、位于两个张紧轮8底部的两个主导轮9、位于两个主导轮9之间的两个辅助导轮10和依次套在丝筒7、张紧轮8、主导轮9和辅助导轮10上的锯丝11,锯丝11位于单晶硅棒顶部。
线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置的使用方法为:
把单晶硅棒6末端通过强力胶5固定在垫块3上,将附加轴1末端夹在三爪卡盘13上,工件加工时,电机12带动三爪卡盘13旋转从而带动附加轴1、轴座2、垫块3和单晶硅棒6转动,由于垫块3轴线和轴座2轴线不共线,单晶硅棒6沿着与自身轴线距离为ρ的轴线做偏心旋转运动,转速为nw,进而固定在垫块3上的单晶硅棒6实现工件的偏心旋转;
套在丝筒7、张紧轮8、主导轮9和辅助导轮10上的锯丝11形成一个封闭的环形,加工时,张紧轮8受到气缸施加的恒定张紧力FTP,使锯丝11整体张紧,与丝筒7连接的电机带动丝筒7转动,丝筒7带动锯丝11以线速度Vs往复运动,同时丝筒7、张紧轮8、主导轮9和辅助导轮10在同一机架的带动下沿竖直方向向下做速度为Vw的进给运动,从而使锯丝11实现对单晶硅棒6偏心旋转点切割。由图4至7可以看出,t1到t2时刻,单晶硅棒6逐渐脱离锯丝11,t2经t3到t4时刻这一段时间锯丝11完全割不到单晶硅棒6,t4到t1时刻,单晶硅棒6又开始逐渐被锯丝11切割,如此周而复始,从而实现断续切割。因此保证了切削过程中的排屑能力,并且降低了切削温度,从而提高了锯丝寿命和工件表面加工质量。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,包括附加轴(1),其特征在于:还包括套在所述附加轴(1)前端的轴座(2),所述轴座(2)边缘垂直其径向左右对称开设有两个腰型孔(21),所述两个腰型孔(21)通过螺栓连接有圆柱状的垫块(3),所述垫块(3)轴线与轴座(2)轴线之间不共线,所述垫块(3)前面设置有用于固定单晶硅棒(6)的强力胶(5)。
2.根据权利要求1所述的线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,其特征在于:所述附加轴(1)通过内六角螺栓(4)与所述轴座(2)固定连接。
3.根据权利要求2所述的线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,其特征在于:所述两个腰型孔(21)下端半圆的圆心之间的连线与所述轴座(2)直径共线。
4.根据权利要求3所述的线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,其特征在于:所述垫块(3)边缘左右对称开设有两个有内螺纹的固定通孔(31),所述两个固定通孔(31)之间的连线与所述垫块(3)直径共线。
5.根据权利要求4所述的线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,其特征在于:所述两个固定通孔(31)通过两个内六角螺栓(4)与所述两个腰型孔(21)上端半圆固定对接,使所述垫块(3)轴线与轴座(2)轴线之间不共线。
6.根据权利要求5所述的线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,其特征在于:所述附加轴(1)末端可拆卸安装在三爪卡盘(13)上,所述三爪卡盘(13)与所述电机(12)输出端连接,所述电机(12)设置在工作台(14)上。
7.根据权利要求6所述的线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置,其特征在于:还包括锯切机构,所述锯切机构包括由电机驱动的丝筒(7)、位于所述丝筒(7)底部左右两侧的张紧轮(8)、位于所述两个张紧轮(8)底部的两个主导轮(9)、位于所述两个主导轮(9)之间的两个辅助导轮(10)和依次套在所述丝筒(7)、张紧轮(8)、主导轮(9)和辅助导轮(10)上的锯丝(11),所述锯丝(11)位于单晶硅棒顶部。
8.根据权利要求7所述的线锯偏心旋转点切割单晶硅棒的装置的使用方法,其特征在于:
把单晶硅棒(6)末端通过强力胶(5)固定在所述垫块(3)上,将附加轴(1)末端夹在三爪卡盘(13)上,工件加工时,电机(12)带动三爪卡盘(13)旋转从而带动附加轴(1)、轴座(2)、垫块(3)和单晶硅棒(6)转动,由于垫块(3)轴线和轴座(2)轴线不共线,单晶硅棒(6)沿着与自身轴线距离为ρ的轴线做偏心旋转运动,转速为nw,进而固定在垫块(3)上的单晶硅棒(6)实现工件的偏心旋转;
套在所述丝筒(7)、张紧轮(8)、主导轮(9)和辅助导轮(10)上的锯丝(11)形成一个封闭的环形,加工时,张紧轮(8)受到气缸施加的恒定张紧力FTP,使锯丝(11)整体张紧,与丝筒(7)连接的电机带动丝筒(7)转动,丝筒(7)带动锯丝(11)以线速度Vs往复运动,同时丝筒(7)、张紧轮(8)、主导轮(9)和辅助导轮(10)在同一机架的带动下沿竖直方向向下做速度为Vw的进给运动,从而使锯丝(11)实现对单晶硅棒(6)偏心旋转点切割。
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