CN115922935A - 超声喷头组件、用于多线切割的超声辅助排屑装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种超声喷头组件、用于多线切割的超声辅助排屑装置及方法，组件采用内腔容纳有目标流体的主流体管、与该主流体管的内腔连通的喷头以及用于对目标流体进行超声震荡的超声发生器，其中，目标流体包括：液体和/或气体；主流体管设置在多线切割机中的槽轮与固定台之间，且喷头的流体喷口与多线切割机中的缠绕于槽轮的切割线相对设置，以将处于超声震荡状态的目标流体自流体喷口喷射至切割线上。本申请能够有效提升多线切割机的排屑能力，并能够有效优化多线切割机中切割线的切削能力以及改善线切割的翘曲度，进而能够提高多线切割机的应用有效性及可靠性。

Description

超声喷头组件、用于多线切割的超声辅助排屑装置及方法

技术领域

本申请涉及衬底加工技术领域，尤其涉及超声喷头组件、用于多线切割的超声辅助排屑装置及方法。

背景技术

多线切割是一种通过如金属丝等切割线的高速往复运动，将半导体等物体一次同时切割为数百片薄片的一种新型切割加工方法。目前，高精度数控多线高速切割机床可全面实现对半导体材料及各种硬脆材料的高精度、高速度及低损耗切割。

然而，在目前的多线切割机在对待切割物进行多线切割的过程中，切割部位的切屑会产生堆积，使得排屑能力降低，切割线组成的线网方向和进给方向的翘曲度(Warp)劣化。

因此，目前亟需设计一种能够在多线切割机的作业过程中，辅助多线切割机排屑的装置。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供了超声喷头组件、用于多线切割的超声辅助排屑装置及方法，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。

本申请的一个方面提供了一种超声喷头组件，包括：内腔容纳有目标流体的主流体管、与该主流体管的内腔连通的喷头以及用于对所述目标流体进行超声震荡的超声发生器，其中，所述目标流体包括：液体和/或气体；

所述主流体管设置在多线切割机中的槽轮与固定台之间，且所述喷头的流体喷口与所述多线切割机中的缠绕于所述槽轮的切割线相对设置，以将处于超声震荡状态的所述目标流体自所述流体喷口喷射至所述切割线上。

在本申请的一些实施例中，所述主流体管有多个；

各个所述主流体管的间距基于所述多线切割机中的各个槽轮的沟槽间距设置。

在本申请的一些实施例中，所述主流体管上设有多个喷头；

每个所述主流体管上的所述喷头的数量均等于或大于所述切割线的数量，以使每条所述切割线均与每个所述主流体管上的至少一个所述喷头的流体喷口之间以预设角度相对设置；

所述主流体管上的各个所述喷头与该主流体管之间活动连接。

在本申请的一些实施例中，所述主流体管上设有一个所述喷头，且该喷头的流体喷口包括条形喷口，以使每个所述主流体管上的所述条形喷口分别与全部的所述切割线之间以预设角度相对设置。

在本申请的一些实施例中，所述主流体管的内腔包括：用于容纳所述液体的液体腔和用于容纳气体的气体腔；

所述喷头包括：双流式喷嘴；

所述双流式喷嘴的进液口与所述液体腔连通；所述双流式喷嘴的进气口与所述气体腔连通。

在本申请的一些实施例中，每个所述主流体管上均设有所述超声发生器，以对所述主流体管的内腔中的所述目标流体进行超声震荡。

在本申请的一些实施例中，每个所述喷头中均固定设有所述超声发生器，以对所述喷头中的所述目标流体进行超声震荡。

在本申请的一些实施例中，所述主流体管的两端分别与不同的连接杆固定连接，且连接至同一所述主流体管的两个连接杆分别与一个所述槽轮的两端活动连接。

本申请的另一个方面提供了一种用于多线切割的超声辅助排屑装置，包括：变频器、连接至该变频器的压电器以及所述的超声喷头组件；

所述超声喷头组件中的所述超声发生器连接至所述压电器，以使所述超声喷头组件中的所述目标流体在所述变频器和压电器的驱动下产生超声震荡并喷射至所述切割线上，进而推动所述切割线在垂直于所述多线切割机的切割方向上产生一个周期震荡来排出切削碎屑。

本申请的再一个方面还提供了一种用于多线切割的超声辅助排屑方法，包括：

控制所述的用于多线切割的超声辅助排屑装置中的变频器和压电器运转，以使所述超声喷头组件中的所述目标流体在所述变频器和压电器的驱动下产生超声震荡并喷射至所述切割线上，进而推动所述切割线在垂直于所述多线切割机的切割方向上产生一个周期震荡来排出切削碎屑。

本申请提供的超声喷头组件，通过采用内腔容纳有目标流体的主流体管、与该主流体管的内腔连通的喷头以及用于对目标流体进行超声震荡的超声发生器，其中，目标流体包括：液体和/或气体；主流体管设置在多线切割机中的槽轮与固定台之间，且喷头的流体喷口与多线切割机中的缠绕于槽轮的切割线相对设置，以将处于超声震荡状态的目标流体自流体喷口喷射至切割线上，能够有效提升多线切割机的排屑能力，并能够有效优化多线切割机中切割线的切削能力以及改善线切割的翘曲度，进而能够提高多线切割机的应用有效性及可靠性。

本申请的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本申请的实践而获知。本申请的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本申请实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本申请能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。附图中的部件不是成比例绘制的，而只是为了示出本申请的原理。为了便于示出和描述本申请的一些部分，附图中对应部分可能被放大，即，相对于依据本申请实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中：

图1为本申请一实施例中的超声喷头组件与所述多线切割机的通用切割结构之间的位置关系示意图。

图2为本申请一实施例中的第一种超声喷头组件的结构示意图。

图3为本申请一实施例中的第二种超声喷头组件的结构示意图。

图4为本申请一实施例中的第三种超声喷头组件的结构示意图。

图5为本申请应用实例中的超声震荡多线切割技术的基本原理示意图。

附图标号：

1、主流体管；

2、喷头；

21、条形喷口；

3、超声发生器；

4、槽轮；

5、固定台；

6、切割线；

7、超声喷头组件；

8、待切割物。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本申请做进一步详细说明。在此，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本申请，在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本申请关系不大的其他细节。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在下文中，将参考附图描述本申请的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

为了解决目前的多线切割机在对待切割物进行多线切割的过程中，切割部位的切屑会产生堆积，使得排屑能力降低，切割线组成的线网方向和进给方向的翘曲度(Warp)劣化等问题中的至少一项，本申请分别提供一种超声喷头组件、包含有该超声喷头组件的用于多线切割的超声辅助排屑装置以及用于多线切割的超声辅助排屑方法的实施例，通过对超声技术的改进引入多线切割极大提升排屑能力，缓解晶体各向异性对翘曲度(Warp)的影响，改善线切翘曲度(Warp)。

具体通过下述实施例进行详细说明。

本申请实施例提供一种超声喷头组件，参见图1，所述超声喷头组件具体包含有如下内容：

内腔容纳有目标流体的主流体管1、与该主流体管1的内腔连通的喷头2以及用于对所述目标流体进行超声震荡的超声发生器3，其中，所述目标流体包括：液体和/或气体；所述主流体管1设置在多线切割机中的槽轮4与固定台5之间，且所述喷头2的流体喷口与所述多线切割机中的缠绕于所述槽轮4的切割线6相对设置，以将处于超声震荡状态的所述目标流体自所述流体喷口喷射至所述切割线6上。

在本申请的一个或多个实施例中，所述多线切割机是指能够对半导体等物品进行多线切割的设备，具体可以包含有图1中除超声喷头组件外的通用切割结构，至少包含有两个个间隔设置且平行的槽轮4，各个切割线6缠绕于所述槽轮4；切割线6均匀缠绕在两个间隔设置的平行的槽轮4上以对用于固定待切割物8的固定台5上(也可以成为作业台)的待切割物8进行多线切割。可以理解的是，除上述切割结构之外，多线切割机的其他结构及连接关系设置可以依据实际情况进行设置，即，本申请适用于具备上述通用切割结构的各类型的多线切割机，本申请对此不做限定。

另外，在上述描述中，所述目标流体包括液体和/或气体，具体是指，主流体管1内仅流动液体以使所述喷头2将液体喷射至所述切割线6上、主流体管1内仅流动气体以使所述喷头2将气体喷射至所述切割线6上或者所述主流体管1内流动相互屏蔽的液体和气体，以使所述喷头2将液体和气体均同时或交叠喷射至所述切割线6上。

可以理解的是，所述液体可以指能够在超声发生器3的作用下产生超声震荡的各类液体，例如水、专用的切割液等等；所述气体可以指能够在超声发生器3的作用下产生超声震荡的各类气体，优选为对人体无害的气体，如空气等。

在本申请的一个或多个实施例中，所述主流体管1与所述多线切割机中的槽轮4平行设置，且其长度可以根据所述槽轮4的长度和/或切割线6构成的线网的长度(该长度是指与所述槽轮4的长度方向相同的方向上的距离)来确定，例如可以将所述主流体管1的长度设置为长于所述线网的长度或者等于槽轮4的长度，以便于主流体管1上的喷头2足以覆盖每一条切割线6。

在本申请的一个或多个实施例中，处于超声震荡状态的所述目标流体可以称之为泵式震荡流体。

另外，所述主流体管1设置在多线切割机中的槽轮4与固定台5之间，具体是指：由于多线切割机中的切割线6形成的线网的整体面积远大于待切割物8的表面积，因此固定台5可以设置一个表面积能够完全承载待切割物8但小于线网的整体面积的凸台，这样，在槽轮4与固定台5之间固定设置主流体管1，具体可以在凸台的两侧设置主流体管1，以避免超声喷头组件7影响线网完整切割待切割物8。

在一种举例中，所述固定台5上远离凸台的凸台两侧面板上可以分别可拆卸式设置或固定设置有支架，所述超声喷头组件7可以直接固定设置在该支架上，以实现固定设置。

从上述描述可知，本申请实施例提供的超声喷头组件7，能够有效提升多线切割机的排屑能力，并能够有效优化多线切割机中切割线6的切削能力以及改善线切割的翘曲度，进而能够提高多线切割机的应用有效性及可靠性。

为了进一步提高应用超声喷头组件7在多线切割过程中的排屑有效性，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，所述主流体管1可以包含有至少两个，且各个所述主流体管1之间平行设置；各个所述主流体管1的间距基于所述多线切割机中的各个槽轮4的沟槽间距设置，例如，各个所述主流体管1的间距可以小于所述多线切割机中的各个槽轮4的沟槽间距。

为了进一步提高应用超声喷头组件7在多线切割过程中的排屑可靠性和精确性，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，所述主流体管1上设有多个喷头2；

每个所述主流体管1上的所述喷头2的数量均等于或大于所述切割线6的数量，以使每条所述切割线6均与每个所述主流体管1上的至少一个所述喷头2的流体喷口之间以预设角度相对设置。

具体来说，参见图2，每个所述主流体管1上均设有多个喷头2，每个所述喷头2均对应一条所述切割线6，超声发生器3可以设置在每个主流体管1上，也可以设置在未在图2中示出的各个喷头2内部。

在另一种情形下，参见图3，每个所述喷头2可以均对应多条所述切割线6，具体要根据切割线的直径和间距来设置喷头的流体喷口的长度，若切割线的直径为L，间距为C，那么喷头2的流体喷口的长度要等于或大于2L+C，同时，超声发生器3也可以设置在每个主流体管1上，也可以设置在未在图3中示出的各个喷头2内部。

在本申请的一个或多个实施例中，所述主流体管1上设置的多个喷头2可以称为密排喷头2，每个主流体管1上上的喷头2数量举例为：400-600个。

可以理解的是，所述预设角度可以指流体喷口射出流体的方向与切割线6的长度方向之间呈45°-90°之间。为了进一步提高喷头2的应用灵活性和可靠性，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，所述主流体管1上的各个所述喷头2与该主流体管1之间活动连接，以使得主流体管1上的各个所述喷头2的位置可灵活调整。

具体来说，各个所述喷头2与该主流体管1之间活动连接的实施方式举例可以为：各个所述喷头2的进液口和进进气口与所述主流体管1之间分别通过各个软管连通，基于软管的自身特性，使得各个所述喷头2均可在一定范围内改变位置。

为了进一步提高节省喷头2的使用数量及设置成本，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，参见图4，所述主流体管1上仅设有一个所述喷头2，且该喷头2的流体喷口包括条形喷口21，以使每个所述主流体管上的所述条形喷口21分别与全部的所述切割线之间以预设角度相对设置。也就是说，若切割线的数据为N，切割线的直径为L，间距为C，那么喷头2的条形喷口21的长度要等于或大于N×L+(N-1)×C。同时，超声发生器3也可以设置在每个主流体管1上，也可以设置在未在图4中示出的各个喷头2内部，或者多个超声发生器3在每个主流体管1呈整齐矩阵排列。

另外，针对图4的情形，主流体管1可以设置多个，也可以仅设置一个，来进一步降低喷头2的使用数量及设置成本。

为了进一步提高气/液喷射的可靠性，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，所述主流体管1的内腔包括：用于容纳所述液体的液体腔和用于容纳气体的气体腔；

所述喷头2包括：双流式喷嘴；可以理解的是，双流式喷嘴是指设有两个相互隔离的进口和两个相互隔离的出口的喷嘴，且其中一个入口和一个出口在所述双流式喷嘴连通，另一个入口和另一个出口也在所述双流式喷嘴连通。具体可以采用现有各种型号的双流式喷嘴。

所述双流式喷嘴的进液口与所述液体腔连通；所述双流式喷嘴的进气口与所述气体腔连通。

为了进一步提高超声震荡的可靠性，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，每个所述主流体管1上均设有所述超声发生器3，以对所述主流体管1的内腔中的所述目标流体进行超声震荡。

而为了进一步提高超声震荡的可靠性，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，每个所述喷头2中还可以均固定设有所述超声发生器3，以对所述喷头2中的所述目标流体进行超声震荡。其中，考虑到喷头2的体积较小，还可以采用现有各种型号的微型超声发生器3，其超声震荡部件由换能器连接变幅杆构成，通过变幅杆接触所述喷头2中的容纳目标流体的腔体的外壁以向目标流体传动超声震荡。

当然，出于设置成本的考虑，在所述主流体管1上设置所述超声发生器3和在每个所述喷头2中均固定设置所述超声发生器3可以择一设置。

为了进一步提高超声喷头组件7的应用可靠性和设置灵活性，在本申请实施例提供的一种超声喷头组件7中，所述主流体管1的两端分别与不同的连接杆固定连接，且连接至同一所述主流体管1的两个连接杆分别与一个所述槽轮4的两端活动连接。

为了有效提升多线切割的排屑能力，优化切削能力，改善线切割的翘曲度，本申请实施例还提供一种用于多线切割的超声辅助排屑装置，所述用于多线切割的超声辅助排屑装置具体包含有如下内容：

变频器、连接至该变频器的压电器以及前述实施例所述的超声喷头组件7；以有效实现超声喷头组件7的应用自动化。

所述超声喷头组件7中的所述超声发生器连接至所述压电器，以使所述超声喷头组件7中的所述目标流体在所述变频器和压电器的驱动下产生超声震荡并喷射至所述切割线上，进而推动所述切割线在垂直于所述多线切割机的切割方向上产生一个周期震荡来排出切削碎屑。

从上述描述可知，本申请实施例提供的用于多线切割的超声辅助排屑装置，能够有效提升多线切割机的排屑能力，并能够有效优化多线切割机中切割线的切削能力以及改善线切割的翘曲度，进而能够提高多线切割机的应用有效性及可靠性。

为了有效提升多线切割的排屑能力，优化切削能力，改善线切割的翘曲度，本申请实施例还提供一种用于多线切割的超声辅助排屑方法，用于多线切割的超声辅助排屑方法具体包含有如下内容：

控制前述实施例所述的用于多线切割的超声辅助排屑装置中的变频器和压电器运转，以使所述超声喷头组件7中的所述目标流体在所述变频器和压电器的驱动下产生超声震荡并喷射至所述切割线上，进而推动所述切割线在垂直于所述多线切割机的切割方向上产生一个周期震荡来排出切削碎屑。

从上述描述可知，本申请实施例提供的用于多线切割的超声辅助排屑方法，能够有效提升多线切割机的排屑能力，并能够有效优化多线切割机中切割线的切削能力以及改善线切割的翘曲度，进而能够提高多线切割机的应用有效性及可靠性。

为了进一步说明本方案，本申请还提供一种应用超声喷头组件7实现超声辅助多线切割方法的具体应用实例，解决了通过对超声技术的改进引入多线切割极大提升排屑能力，缓解晶体各向异性对Warp影响，改善线切Warp。具体说明如下：

(一)超声喷头组件

1)可以在多线切割机的两只槽轮上方安装喷头，每个喷头位置可以进行适当移动。喷头数量范围：400-600颗，可依具体机台槽轮沟数而定。

2)喷头有液体和气体两种进气口，可依据使用需求选择性开启一种或两种流体。

3)在喷头另一侧安装有微型超声发生器对主流体管中的料液或气体进行超声震荡，或是由设置在主流体管上的超声发生器统一提供气体和/或液体的超声震荡。

4)其超声震荡部件由：换能器、变幅杆构成，通过变幅杆向流体传动超声震荡。

(二)超声辅助多线切割方法

1)具有一套具有特定频率密排针孔的超声喷头,其密排针孔喷头的孔径<槽距。

2)整套密排喷头采用一套或多套超声发生系统驱动。

3)喷头可以用于喷气或喷液。

4)这套密排喷头相对位置可以依据槽轮沟槽间距进行微调。

5)为实现排屑能力的最大化，本切割方法引入共振概念，超声能量值大约是每根锯丝张力的30-130％的范围之间,泵式震荡流体的振幅在0.5-25um范围内。

超声频率与摇摆循环周期相近约10-70KHz。

超声震荡多线切割技术的基本原理参见图5，其基本工作原理如下：

变频器和压电器驱动超声发生器产生超声震荡，这种超声震荡传递给与之连接的多只泵式震荡器，将切削液或某种气体或其他流体物质从针孔喷头泵出并以一定角度(45°-90°)径直击中往复运行的线网，推动线网在垂直于切割方向上产生一个周期震荡，从而起到及时排出切削碎屑提升切削能力，及时矫正晶体各向异性引发的线网切割位置偏移问题，从而改善线切Warp，切削能力提升幅度约10％-60％，Warp改善幅度约在10％-30％。

综上所述，本申请应用实例通过采用超声辅助多线切割、针孔超声震荡技术和泵式震荡激流，能够提升多线切割的排屑能力，优化切削能力，改善线切Warp。同时，其中的多线切割机也可以替换为激光切割机、电火花切割机等。

需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

本申请中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超声喷头组件，其特征在于，包括：内腔容纳有目标流体的主流体管、与该主流体管的内腔连通的喷头以及用于对所述目标流体进行超声震荡的超声发生器，其中，所述目标流体包括：液体和/或气体；

所述主流体管设置在多线切割机中的槽轮与固定台之间，且所述喷头的流体喷口与所述多线切割机中的缠绕于所述槽轮的切割线相对设置，以将处于超声震荡状态的所述目标流体自所述流体喷口喷射至所述切割线上。

2.根据权利要求1所述的超声喷头组件，其特征在于，所述主流体管有多个；

各个所述主流体管的间距基于所述多线切割机中的各个槽轮的沟槽间距设置。

3.根据权利要求1所述的超声喷头组件，其特征在于，所述主流体管上设有多个喷头；

每个所述主流体管上的所述喷头的数量均等于或大于所述切割线的数量，以使每条所述切割线均与每个所述主流体管上的至少一个所述喷头的流体喷口之间以预设角度相对设置；

所述主流体管上的各个所述喷头与该主流体管之间活动连接。

4.根据权利要求1所述的超声喷头组件，其特征在于，所述主流体管上设有一个所述喷头，且该喷头的流体喷口包括条形喷口，以使每个所述主流体管上的所述条形喷口分别与全部的所述切割线之间以预设角度相对设置。

5.根据权利要求1所述的超声喷头组件，其特征在于，所述主流体管的内腔包括：用于容纳所述液体的液体腔和用于容纳气体的气体腔；

所述喷头包括：双流式喷嘴；

所述双流式喷嘴的进液口与所述液体腔连通；所述双流式喷嘴的进气口与所述气体腔连通。

6.根据权利要求1所述的超声喷头组件，其特征在于，每个所述主流体管上均设有所述超声发生器，以对所述主流体管的内腔中的所述目标流体进行超声震荡。

7.根据权利要求1或6所述的超声喷头组件，其特征在于，每个所述喷头中均固定设有所述超声发生器，以对所述喷头中的所述目标流体进行超声震荡。

8.根据权利要求1所述的超声喷头组件，其特征在于，所述主流体管的两端分别与不同的连接杆固定连接，且连接至同一所述主流体管的两个连接杆分别与一个所述槽轮的两端活动连接。

9.一种用于多线切割的超声辅助排屑装置，其特征在于，包括：变频器、连接至该变频器的压电器以及如权利要求1至8任一项所述的超声喷头组件；

所述超声喷头组件中的所述超声发生器连接至所述压电器，以使所述超声喷头组件中的所述目标流体在所述变频器和压电器的驱动下产生超声震荡并喷射至所述切割线上，进而推动所述切割线在垂直于所述多线切割机的切割方向上产生一个周期震荡来排出切削碎屑。

10.一种用于多线切割的超声辅助排屑方法，其特征在于，包括：

控制如权利要求9所述的用于多线切割的超声辅助排屑装置中的变频器和压电器运转，以使所述超声喷头组件中的所述目标流体在所述变频器和压电器的驱动下产生超声震荡并喷射至所述切割线上，进而推动所述切割线在垂直于所述多线切割机的切割方向上产生一个周期震荡来排出切削碎屑。

Images