CN115742051A

CN115742051A - 一种浸入式超声波辅助多线切割装置及切割方法

Info

Publication number: CN115742051A
Application number: CN202211638010.9A
Authority: CN
Inventors: 高冰; 吴鲁; 穆栋梁
Original assignee: Zhejiang Jingyue Semiconductor Co ltd
Current assignee: Zhejiang Jingyue Semiconductor Co ltd
Priority date: 2022-12-20
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明半导体加工领域，尤其涉及一种浸入式超声波辅助多线切割装置及切割方法，所述装置包括：切割室，其包括一个封闭式的箱体，其内部填充有砂浆液，所述箱体的顶部设置有工作台，其端部固定连接有待切割的工件，所述箱体的内部设置有用于切割工件的切割辊组，所述箱体还设置有由用于对砂浆液释放超声波的超声波发生器；切割线组，其包括设置在箱体外部的供线轮、收线轮以及切割线，所述切割线穿过箱体，并缠绕于切割辊组的外侧并形成多个切面，从而对工件进行切割。本发明中待切割的工件在切割过程中可以完全被砂浆液所浸没，使得在切割过程中所产生的热量能够迅速被砂浆液所吸收，从而防止了因切割面温度过高而造成的切割面质量下降的问题。

Description

一种浸入式超声波辅助多线切割装置及切割方法

技术领域

本发明半导体加工领域，尤其涉及一种浸入式超声波辅助多线切割装置及切割方法。

背景技术

目前现有的专用于固体材料、例如硅、碳化硅、氧化铝、钻石等硬脆晶体材料的多线切割的方法，通常步骤有:使用多根切割线，通过布线系统排列成多条切割线的切割线网，切割设备让切割线做切割运动的同时，使待切割固体材料与切割侧切割线网接触，通过切割线本身的切割力作用，或切割线携带的研磨砂浆的切割作用，实现待切割固体材料的切割，包括例如半导体硅的切割，蓝宝石晶体的切片，碳化硅的切片等等。其中切割线的切割运动包括例如单向运动、双向往复运动、旋转运动、振动及其复合运动等等。

使用现有的线切割方法切割硬脆材料时，由于在切割过程中冷却不到位，切割丝的切割力不均匀，导致切割产品表面质量较差，因而容易产生线痕和台阶甚至在被切割材料的边缘产生崩边等损伤。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中在切割过程中冷却不到位，切割质量较差的缺陷，提供了一种浸入式超声波辅助多线切割装置及切割方法以克服上述缺陷。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

本发明第一个目的在于，提供了一种浸入式超声波辅助多线切割装置，包括：

切割室，其包括一个封闭式的箱体，其内部填充有砂浆液，所述箱体的顶部设置有能够上下调整高度的工作台，所述工作台的端部固定连接有待切割的工件，所述箱体的内部设置有用于切割工件的切割辊组，且所述切割辊组浸没于砂浆液之中，所述箱体还设置有用于对砂浆液释放超声波的超声波发生器；

切割线组，其包括设置在箱体外部的供线轮、收线轮以及与供线轮、收线轮相配合的切割线，所述切割线穿过箱体，并缠绕于切割辊组的外侧并形成多个切面，从而对工件进行切割。

现有技术中的多线切割装置其在切割过程中是通过在切割面喷洒冷却液或者砂浆液，从而带走切割过程中产生的热量，然而在切割过程中由于切割线与待切割的工件之间的相对速度较快，因而产热也更快，导致冷却液或者砂浆液对于切割面的冷却效率较慢，导致切割线在切割过程中的切割力不足，切割能力下降。同时在作业过程中，冷却液或者研磨液会出现沉淀的情况，同时切割的废料会粘在或者吸附在切割线上，导致线带砂或线的表面被包裹，导致切割质量不佳。并且被切固体的表面脏污，不利于清洁清洗。

本发明中由于设置有封闭式的箱体，因而使得待切割的工件在切割过程中可以完全被砂浆液所浸没，使得在切割过程中所产生的热量能够迅速被砂浆液所吸收，从而防止了因切割面温度过高而造成的切割面质量下降的问题。

同时，本发明中在箱体内部还设置有超声波发生器，超声可以直接作用于砂浆液中，间接的通过砂浆液作用于被切割物体，从而在切割室中形成一个震动的环境，切割线在切割中也做一定的震动，从而实现更好的排屑，因而能够保证切割能力和被切物体的表面质量，使得切割晶片获得更好的切割面型质量和表面质量。同时超声还能够使得切割面位置处的砂浆液能够产生流动，从而进一步提升了对于切割面处的热量的散发。同时超声波还能够清除粘附在切割线表面的废料，从而能够在保持切割能力的同时防止废料对于切割质量的下降。

现有技术中砂浆液中包含有固体研磨剂，由于其密度较高，因此容易沉积在箱体底部，从而无法进入到切割面中无法对切割起到辅助作用。而本发明中由于超声波发生器设置，能够使得砂浆液中的固体研磨剂不会沉积在箱体底部，从而更容易进入到切割面中，进而能够辅助切割，提升切割速度以及切割质量。

作为优选，所述工作台包括一个台座以及一个设置在台座上的升降机构，所述升降机构的端部设置有用于对待切割的工件起到固定作用的固定装置。

作为优选，所述升降机构包括液压升降缸、气动升降缸、丝杠中的任意一种。

作为优选，所述切割辊组包括两个水平位置相同的上辊，两个上辊之间形成用于切割工件的切割区。

作为优选，所述上辊的下方还设置有下辊，所述上辊与下辊之间形成倒三角结构。

作为优选，所述切割线组还包括若干设置在切割室用于调节切割线方向以及张紧程度的张紧轮。

作为优选，所述切割线组还包括用于对于供线轮以及收线轮进行导线的导线轮。

作为优选，所述超声波发生器产生的超声波发生频率≥20KHz。

作为优选，所述超声波发生器的数量至少为1，其设置在箱体底部或者侧壁。

本发明第二个目的在于，还提供了一种浸入式超声波辅助多线切割方法，其基于如上所述装置，其包括以下步骤：

（S.1）将待切割工件固定在工作台；

（S.2）向切割室的箱体中注入砂浆液并启动超声波发生器；

（S.3）启动切割线组使得供线轮以及收线轮带动切割线运动；

（S.4）将工作台逐渐向下移动，使得待切割工件与切割线相接触，从而对待切割工件进行切割。

因此，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中待切割的工件在切割过程中可以完全被砂浆液所浸没，使得在切割过程中所产生的热量能够迅速被砂浆液所吸收，从而防止了因切割面温度过高而造成的切割面质量下降的问题；

（2）新增了超声波装置，从而在切割室中形成一个震动的环境，从而能够在保持切割能力的同时防止切割质量的下降；

（3）本发明中由于超声波发生器设置，能够使得砂浆液中的固体研磨剂不会沉积在箱体底部，从而更容易进入到切割面中，进而能够辅助切割，提升切割速度以及切割质量。

附图说明

图1 为本发明的一种结构示意图。

其中：切割室100、箱体110、工作台120、台座121、升降机构122、固定装置123、工件130、切割辊组140、上辊141、下辊142、砂浆液150、超声波发生器160、切割线组200、供线轮210、收线轮220、切割线230、张紧轮240、导线轮250、线性导轨260、驱动组件270。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其包括切割室100，其主体为一个封闭式的箱体110，箱体110的内部填充有用于辅助切割带切割工件的砂浆液150，砂浆液150中包含有用于对带切割面起到冷却的冷却液以及用于辅助切割的固体研磨剂，在线切割过程中固体研磨剂能够沿着切割线230进入到切割面中，从而提升了对于带切割的工件130的切割效率。

本实施例中箱体110的顶部还设置有一个可向下调节高度的工作台120，其包括一个与箱体110的顶部相连接的台座121以及一个设置在台座121上的升降机构122，该升降机构122可以选择液压升降缸、气动升降缸、丝杠中的任意一种，可以根据实际的使用情况灵活选择，在升降机构122的端部则设置有一个固定装置123，其可以用于对待切割的工件130起到固定作用，从而在切割过程中防止待切割的工件130掉落。当升降机构122启动后，待切割的工件130能够向下移动，最终浸没在砂浆液150内部，从而使得整体的切割工序在砂浆液150内部进行。

箱体110的内部还设置有用于缠绕切割线230的切割辊组140，其由两个水平位置相同的上辊141以及一个位于上辊141的下方还设置有下辊142构成，两个上辊141与下辊142之间形成倒三角结构，当切割辊组140表面缠绕切割线230后，两个上辊141之间形成用于切割工件130的切割区。当待切割的工件130能够向下移动时，其逐渐与切割线230相接触，由于切割线230与待切割的工件130之间的相对速度较快，因而切割线230对待切割的工件130产生切割作用，在切割过程中产生的热量会被砂浆液150中的冷却液所带走，从而防止因为过高的温度而造成的切割线230的切割效率的下降。

本实施例中，箱体110的内部还设置有用于对砂浆液150释放超声波的超声波发生器160，间接的通过砂浆液150作用于被切割物体，从而在切割室100中形成一个震动的环境，切割线230在切割中也做一定的震动，从而实现更好的排屑，因而能够保证切割能力和被切物体的表面质量，使得切割得到的晶片具有更好的切割面型质量和表面质量。同时超声还能够使得切割面位置处的砂浆液150能够产生流动，从而进一步提升了对于切割面处的热量的散发。同时超声波还能够清除粘附在切割线230表面的废料，从而能够在保持切割能力的同时防止废料对于切割质量的下降。

此外，上文中已经提及砂浆液150中包含有固体研磨剂，由于其密度较高，因此容易沉积在箱体110底部，从而无法进入到切割面中无法对切割起到辅助作用。而本发明中由于超声波发生器160的设置，能够使得砂浆液150中的固体研磨剂不会沉积在箱体110底部，从而更容易进入到切割面中，进而能够辅助切割，提升切割速度以及切割质量。

超声波发生器160的数量可根据实际的使用条件进行安排，其至少为一个，其可设置在箱体110的底部或者侧部，其产生的超声波发生频率≥20KHz。

本实施例中，切割室100之外，还包括用于对工件130起到切割作用的切割线组200，其包括设置在箱体110外部的供线轮210、收线轮220以及与供线轮210、收线轮220相配合的切割线230，切割线230穿过箱体110，并缠绕于切割辊组140的外侧并形成多个切面，从而对工件130进行切割。工件130切割后形成的晶片的数量以及晶片的厚度由切割线230在切割辊组140上缠绕的圈数以及切割线230之间的间距决定。

为了更好地控制切割线230对于工件130的切割效果，本实施例中还需要在切割室100的外部添加若干用于调节切割线230方向以及张紧程度的张紧轮240，从而能够根据不同的切割过程控制切割线的松紧。

同时，为了辅助供线轮210以及收线轮220的供线以及放线，本实施例中还在切割线组200中加入导线轮250，其可在供线以及放线过程中水平移动，从而防止切割线130发生打结，其水平移动可通过线性导轨260以及与导轨260相适配的驱动组件270构成，该驱动组件270可以是与导线轮向连接的电机或者皮带，此功能可实现的方式较多，在此不一一列举。

实施例2

一种浸入式超声波辅助多线切割方法，其基于实施例1所述装置，其包括以下步骤：

S.1将待切割的工件130通过固定装置123在固定在工作台120的升降机构122的顶部；

S.2向切割室100的箱体110中注入包含有冷却液以及固体研磨剂的砂浆液150并启动超声波发生器160，使得固体研磨剂能够均匀分散于砂浆液150内部；

S.3启动切割线组200使得供线轮210以及收线轮220带动切割线230运动，并通过调节张紧轮240，从而调节切割线230的张紧度；

S.4将升降机构122将待切割的工件130逐渐向下移动，使得待切割工件与切割线230相接触，从而在砂浆液150内部完成对待切割工件130的切割。

Claims

1.一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，包括：

切割室（100），其包括一个封闭式的箱体（110），其内部填充有砂浆液（150），所述箱体（110）的顶部设置有能够上下调整高度的工作台（120），所述工作台（120）的端部固定连接有待切割的工件（130），所述箱体（110）的内部设置有用于切割工件（130）的切割辊组（140），且所述切割辊组（140）浸没于砂浆液（150）之中，所述箱体（110）还设置有用于对砂浆液（150）释放超声波的超声波发生器（160）；

切割线组（200），其包括设置在箱体（110）外部的供线轮（210）、收线轮（220）以及与供线轮（210）、收线轮（220）相配合的切割线（230），所述切割线（230）穿过箱体（110），并缠绕于切割辊组（140）的外侧并形成多个切面，从而对工件（130）进行切割。

2.根据权利要求1所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述工作台（120）包括一个台座（121）以及一个设置在台座（121）上的升降机构（122），所述升降机构（122）的端部设置有用于对待切割的工件（130）起到固定作用的固定装置（123）。

3.根据权利要求1所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述升降机构（122）包括液压升降缸、气动升降缸、丝杠中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述切割辊组（140）包括两个水平位置相同的上辊（141），两个上辊之间形成用于切割工件（130）的切割区。

5.根据权利要求4所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述上辊（141）的下方还设置有下辊（142），所述上辊（141）与下辊（142）之间形成倒三角结构。

6.根据权利要求1所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述切割线组（200）还包括若干设置在切割室（100）外部用于调节切割线（230）方向以及张紧程度的张紧轮（240）。

7.根据权利要求1或6所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述切割线组（200）还包括用于对于供线轮（210）以及收线轮（220）进行导线的导线轮（250）。

8.根据权利要求1所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述超声波发生器（160）产生的超声波发生频率≥20KHz。

9.根据权利要求1或8所述的一种浸入式超声波辅助多线切割装置，其特征在于，

所述超声波发生器（160）的数量至少为1。

10.一种浸入式超声波辅助多线切割方法，其特征在于，其基于权利要求1~9中任意一项所述装置，其包括以下步骤：

（S.1）将待切割工件固定在工作台（120）；

（S.2）向切割室（100）的箱体（110）中注入砂浆液（150）并启动超声波发生器（160）；

（S.3）启动切割线组（200）使得供线轮（210）以及收线轮（220）带动切割线（230）运动；

（S.4）将工作台（120）逐渐向下移动，使得待切割工件与切割线（230）相接触，从而对待切割工件进行切割。