CN116765619A - 一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统包括：第一旋转装置、第一磁吸盘、可伸缩工作台、第二磁吸盘、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置，本发明导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统中至少一个水导激光头随切割顺序可水平移动，其中装置的一端由磁吸盘吸附以及辅助固定SiC晶锭，另一端由磁吸盘对要切割的部分进行吸附，装置的两端以一定的速度旋转从而带动晶锭旋转的方式实现导电型晶锭的快速、精准切割。

Description

一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统

技术领域

本发明属于半导体材料的加工技术领域，具体涉及一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统。

背景技术

SiC作为一种典型的硬脆材料，莫氏硬度为9.2～9.5仅次于金刚石，使得其加工制造过程十分困难。SiC单晶衬底的制造过程可分成切割→粗研→细研→抛光几个阶段。切割作为制造SiC单晶衬底首要关键的工序，其加工质量直接影响到材料切割损失、后续工序的材料去除量、最终加工质量(表面粗糙度和平整度)、产品出品率及加工成本等。随着晶体生长技术的发展和市场的需求持续增加，大直径SiC单晶衬底的需求量越来越大；目前SiC单晶衬底正由6英寸向8英寸过渡，对传统的晶片切割技术带来了严峻的挑战，如何高效率、高质量、低成本、低损伤、高出品率切割SiC单晶，已成为当前SiC单晶衬底加工领域重要的研究方向。

目前单晶SiC切割多采用固结金刚石磨粒线锯切割法，之后用复合电镀、钎焊、树脂硬化或烧结等方法把金刚石磨粒均匀固结在高强度不锈钢钢丝表面上来作为切割工具。采用复合电镀方法固结金刚石磨粒制成的线锯具备较高的耐热性与耐磨性，具有切缝窄、锯切晶面微裂纹少和环境污染小等优点，因此采用固结金刚石磨粒线锯切割法应用较为广泛。

但由于碳化硅单晶的莫氏硬度很高，断裂韧性极低且临界切削深度极小(纳米级)，要使锯切的晶片具有较高的表面质量，应在小于SiC单晶临界切削深度下实现SiC的塑性域切割。传统金刚石线锯切割SiC单晶的研究表明，即使在极小的进给速度下，SiC的材料去除模式也是脆性断裂和塑性去除的混合模式。而脆性断裂模式则是通过硬脆材料内部微裂纹的萌生、蔓延、传播扩展和交叉来实现的，因此传统线锯加工方法很容易使SiC单晶衬底的表面产生微观裂纹和使亚表面出现损伤层，这将极大影响SiC单晶衬底的表面和亚表面质量。另一方面，用普通固结金刚石线锯切割大尺寸、超薄SiC晶片时，因切割的锯缝较长，冷却液难以进入切割区，使切割区域温度升高，这不但造成晶片表面由于高温而出现相变层，同时较长的锯缝使切屑排出困难，剥落的切屑和磨粒对SiC晶片造成二次划伤，又直接影响SiC单晶衬底的切割质量。因此，采用单一加工模式切割硬脆材料在很多方面已难以满足需要，如何提高SiC等硬脆材料的加工效率和精度，探索有效的加工新方法已经成为迫切需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明提供的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统包括：第一旋转装置、第一磁吸盘、可伸缩工作台、第二磁吸盘、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置；

第一磁吸盘开口一端用于对导电型SiC晶锭的籽晶部位进行吸附固定，另一端连接第一旋转装置，第二磁吸盘与第一磁吸盘相对设置，第二磁吸盘用于固定导电型SiC晶锭被切割部分，第一旋转装置、第二旋转装置、可伸缩工作台以及应力传感器通过同步传动装置连接，第一旋转装置、第一磁吸盘、第二磁吸盘、第二旋转装置以及应力控制器位于可伸缩工作台上，

在切割过程中至少一个水导激光头正对第二磁吸盘吸附的导电型SiC晶锭的切割点，通过同步传动装置控制第一旋转装置以及第二旋转装置，使得第一磁吸盘与第二磁吸盘同步旋转带动导电型SiC晶锭旋转，同步传动装置控制可伸缩工作台在切割过程中给进导电型SiC晶锭实现切割；应力控制器在切割过程中检测导电型SiC晶锭的拉应力、压应力以及扭转应力，并且调节可伸缩工作台移动消除导电型SiC晶锭的压应力以及拉应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置消除扭转应力。

可选的，第一磁吸盘以及第二磁吸盘都包括：吸盘体以及电磁铁，电磁铁位于吸盘体底部中心位置，导电型SiC晶锭放置在吸盘体中心，电磁铁的电磁力将导电型SiC晶锭固定在吸盘体上。

可选的，第一磁吸盘还设置有多个软卡爪，多个软卡爪均匀设置在第一磁吸盘的吸盘体内部，一端卡接在电磁铁与吸盘体形成的凹槽上，一端相互配合卡紧吸盘体上的导电型SiC晶锭，以对SiC晶锭辅助固定。

可选的，应力控制器集成有拉应力传感器、压应力传感器以及扭转应力传感器，分别用于当导电型SiC晶锭切割晶片时，检测导电型SiC晶锭受到的拉应力、压应力、扭转应力，应力控制器一端与第二磁吸盘连接，一端与第二旋转装置连接，应力控制器如果检测到拉应力、压应力、扭转应力中的任何一个，应力控制器进行报警闪烁，并传输至同步传动装置，同步传动装置通过可伸缩工作台移动消除拉应力以及压应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置同步消除扭转应力。

可选的，可伸缩工作台包括：伺服电机、滚珠丝杠装置、固定座、手轮、控制手柄、导轨、夹具台、第一锥齿轮、第二锥齿轮、开合螺母以及控制凸轮，

夹具台与导轨固定安装，伺服电机安装在夹具台外侧，固定座安装在导轨上，在导轨上移动，伺服电机的转动轴连接有滚珠丝杠装置，滚珠丝杠装置的未连接伺服电机的一端穿过固定座与导轨平行，固定座上设置有手轮以及控制手柄，控制手柄连接有控制凸轮，开合螺母的上下部分通过销与控制凸轮的上下凹槽相连，手轮连接有第一锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第二锥齿轮安装在滚珠丝杠装置上，

手动按下控制手柄，开合螺母的上下两部分通过销与控制凸轮的上下凹槽相连，当控制凸轮转动时上开合螺母的上下两部分闭合，与滚珠丝杠装置接通；滚珠丝杠装置将伺服电机的回转运动转变为直线运动，当滚珠丝杠装旋转时固定座在导轨上按照规定的导程移动，随着切割的进行将夹持的导电型SiC晶锭的切割部位推进；此时旋转手轮，手轮轴的第一锥齿轮将运动传递到滚珠丝杠装置上的第二锥齿轮，以控制可伸缩工作台的进给量。

可选的，同步传动装置包括双轴电机，第一旋转装置为左侧二级齿轮减速结构，第二旋转装置为右侧可移动二级齿轮减速结构，左侧二级齿轮减速结构与右侧可移动二级齿轮减速结构的减速比相同，双轴电机的一个轴连接右侧二级齿轮减速结构，另一个轴连接左侧可移动二级齿轮减速结构，

右侧二级齿轮减速结构以及左侧可移动二级齿轮减速结构呈对称结构，都包括四个齿轮以及固定箱体，第一个齿轮与第二个齿轮啮合，第三个齿轮与第四个齿轮啮合，第一个齿轮与双轴电机的一个输出轴花键连接，第二个齿轮与第三个齿轮套在一个齿轮轴上，左侧可移动二级齿轮减速结构中的第四个齿轮连接应力控制器以及第二磁吸盘相连，右侧二级齿轮减速结构中的第四个齿轮连接第一磁吸盘，在左侧可移动二级齿轮减速结构中还设置有开合拨齿机构，开合拨齿机构卡接在左侧可移动二级齿轮减速结构中第一个齿轮上，开合拨齿机构由上下座以及控制盘构成，上下座的控制销对应插入控制盘的偏心槽；对应侧的固定箱体固定各自侧的二级齿轮减速结构，右侧二级齿轮减速结构与右侧固定箱体固定，左侧可移动二级齿轮减速机构与左侧可移动箱体一起固定在可伸缩工作台的夹具台上，

在切割过程中，将开合拨齿装置闭合夹紧左侧可移动二级齿轮减速机构中的第一个齿轮，第一个齿轮沿着双轴电机左侧轴，随左侧可移动箱体同步移动到对应位置；将开合拨齿装置打开，以避免开合拨齿装置与第一个齿轮旋转时产生摩擦，双轴电机转动从而控制右侧二级齿轮减速结构以及左侧可移动二级齿轮减速结构同步转动。

本发明提供的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统包括：第一旋转装置、第一磁吸盘、可伸缩工作台、第二磁吸盘、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置，本发明导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统中激光微水射流随切割顺序可水平移动，其中装置的一端由磁吸盘吸附以及辅助固定SiC晶锭，另一端由磁吸盘对要切割的部分进行吸附，装置的两端一定的速度旋转从而带动晶锭旋转的方式实现导电型晶锭的快速、精准切割。以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的传统激光切割与微水射流激光切割对比示意图；

图2是本发明实施例提供的激光微水射流在半导体切割方面的应用示意图；

图3是本发明实施例提供的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统的示意图；

图4是本发明实施例提供的多头水导激光与晶锭的相对位置示意图；

图5是本发明实施例提供的第一磁吸盘以及第二磁吸盘的侧视图；

图6是本发明实施例提供的第一磁吸盘的示意图；

图7是本发明实施例提供的第一磁吸盘的侧视示意图；

图8是本发明实施例提供的可伸缩工作台的示意图；

图9是本发明实施例提供的可伸缩工作台的细节示意图；

图10是本发明实施例提供的同步传动装置与旋转装置的示意图；

图11是本发明实施例提供的开合拨齿机构的示意图；

图12是本发明实施例提供的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统旋转工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

在介绍本发明前，首先介绍本发明涉及的滚圆加工工艺中的激光微水技术及其优点。

激光微水射流是细水射流引导激光实现加工的先进技术，也叫激光微水射流加工技术。该技术将激光束聚焦后耦合进高速的水射流，由于水和空气的折射率不同，激光在水束内表面发生全反射，集中的激光能量被限制在水束中。加工时，聚焦到喷嘴位置的激光束在微细的水柱内壁形成全反射后生成截面能量均匀分布的能量束而被引导至工件表面实现工件加工。现已在航空发动机热端部件制造、航空器CFRP结构件加工、天然金刚石切割、大规模集成电路晶片切割等行业明确为行业领先的解决方案。

激光微水射流相比传统激光加工技术具有的优势包括：(1)无需对焦。非片面加工无问题，可进行3D切削，加工深度可深达几厘米；(2)微水射流保持平行水射流中的激光束完全平行，柱形激光束实现平行切边，确保高质量加工壁和切边；(3)大长宽比，可实现30μm以下切边宽度，可以最小的材料损失钻更深的孔；(4)水射流的冷却作用避免热损伤和材料变化从而维持设计的疲劳强度；(5)水膜消除了加工废料粒子的堆积和污染，无需加工表面的保护层；(6)水射流的高动能驱散融化废料粒子，避免毛刺，清洁高质量的形成加工面，如图1所示。

激光微水射流加工技术在大规模集成电路应用广泛且表现出色。以下介绍几种应用：(1)多项目硅基片切割。在集成电路加工中，一块大的圆硅晶片上可以为多个项目加工集成电路，这样圆硅晶片被充分利用，如图2中子图(a)所示。采用激光微水射流加工技术，可以将不同项目的集成电路分别从圆晶片切割下来，切割效果好，成品率很高，远远好于金刚石刀片切割。(2)GaAs(砷化镓)切割。GaAs是最常用的复合半导体材料，由于硬脆性，很难加工。机械加工是以前常用方法，但容易产生崩裂。采用激光微水射流，加工速度快，没有机械损伤，没有热损伤。加工的熔渣等加工产物都溶于水中，不会对砷化镓片的电路部分造成损伤。如图2中子图(b)所示为在厚100μm砷化镓片上切缝。采用平均功率100W的光纤Nd：YAG激光，切缝宽28μm。图2中子图(d)Low-k(低介电常数)材料切割。该材料是大规模集成电路芯片常用的材料，脆性很大，机械加工很容易出现裂纹。采用激光微水射流，可以得到完好的加工效果，如图2中子图(c)所示为100μm厚晶片的切缝，宽30μm，加工质量很好。由于加工过程中对不接触水束的low-k层几乎无力和热作用，对电路板的介电性能无任何影响。综上，激光微水射流技术能够很好的实现SiC晶锭的切割，克服现有切割技术存在的一系列问题。但是目前，激光微水射流加工SiC晶体技术刚刚起步，相关研究进展缓慢尤其是设备方面长期处于空白状态；且现有切割设备完全不适合激光微水射流切割技术。因此本发明采用激光微水射流配合本发明的切割装置可以实现导电型SiC晶锭切割，下面介绍本发明所发明的导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统。

如图3所示，本发明提供的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统包括：第一旋转装置、第一磁吸盘、可伸缩工作台、第二磁吸盘、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置；

第一磁吸盘开口一端用于对导电型SiC晶锭的籽晶部位进行吸附固定，另一端连接第一旋转装置，第二磁吸盘与第一磁吸盘相对设置，第二磁吸盘用于固定导电型SiC晶锭被切割部分，第一旋转装置、第二旋转装置、可伸缩工作台以及应力传感器通过同步传动装置连接，第一旋转装置、第一磁吸盘、第二磁吸盘、第二旋转装置以及应力控制器位于可伸缩工作台上，

在切割过程中至少一个水导激光头正对第二磁吸盘吸附的导电型SiC晶锭的切割点，通过同步传动装置控制第一旋转装置以及第二旋转装置，使得第一磁吸盘与第二磁吸盘同步旋转带动导电型SiC晶锭旋转，同步传动装置控制可伸缩工作台在切割过程中给进导电型SiC晶锭实现切割；应力传感器在切割过程中检测导电型SiC晶锭的拉应力、压应力以及扭转应力，并且调节可伸缩工作台移动消除导电型SiC晶锭的压应力以及拉应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置消除扭转应力。

本发明的装置在切割SiC时，可以使用多个在切割面内均匀或离散分布的水导激光头正对切割部分夹具夹持的导电型SiC晶锭。图4为3个水导头均匀分布在切割面内正对切割部分夹具夹持的SiC晶锭的情况。SiC晶锭的锭籽晶部位与被切割部位分别被夹具夹持且同步做匀速转动，多头激光水射流固定在切割面内实现SiC晶锭切割，且在这个过程中多头水射流有两种同步方式：1.所有的水导激光头以相同的水射流特征尺寸对晶体进行同步切割，2，一号水导激光头以一定的微水射流特征尺寸对晶体进行前序切割，二号水导激光头以一个小于一号水导激光头的水射流特性尺寸的激光水射流沿同一中心位置对SiC晶锭进行同步台阶切割，依次类推，下一编号的水导激光头以更小的特征尺寸沿同一中心位置对SiC晶锭进行同步台阶切割；切割过程中协调、控制多个水导激光头同步切割，在垂直于晶锭的方向调整水射流的位置使得切割点位于激光水射流的核心工作区域；随切割顺序可以水平移动水导激光头流进行下一片材料的切割。

如图5所示，第一磁吸盘以及第二磁吸盘都包括：吸盘体以及电磁铁，电磁铁位于吸盘体底部中心位置，导电型SiC晶锭放置在吸盘体中心，电磁铁的电磁力将导电型SiC晶锭固定在吸盘体上。

值得说明的是，本发明定位原理过程：因导电型SiC晶锭在卡盘体装夹长度小于1mm，如图6以及图7所示，在第一磁吸盘中，采用电磁铁左平面与导电型SiC晶锭4右平面配合定位，定位快速准确。

参考图6，第一磁吸盘还设置有多个软卡爪，多个软卡爪均匀设置在第一磁吸盘的吸盘体内部，一端卡接在电磁铁与吸盘体形成的凹槽上，一端相互配合卡紧吸盘体上的导电型SiC晶锭，以对SiC晶锭辅助固定。

其中，应力控制器集成有拉应力传感器、压应力传感器以及扭转应力传感器，分别用于当导电型SiC晶锭切割晶圆时，检测导电型SiC晶锭受到的拉应力、压应力、扭转应力，应力控制器一端与第二磁吸盘连接，一端与第二旋转装置连接，应力控制器如果检测到上述任何一个，应力控制器进行报警闪烁，并传输至同步传动装置，同步传动装置通过可伸缩工作台移动消除拉应力以及压应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置同步消除扭转应力。

值得说明的是：SiC晶锭硬度高，几乎没有韧性和塑性，在晶锭切割晶圆片时，两侧同步旋转装置必须同步旋转，不能产生扭转应力，不能出现拉压应力，如有上述应力，晶锭切晶圆片时，晶圆片容易碎裂。将拉应力传感器、压应力传感器以及扭转应力传感器组合成应力控制器。当晶锭切割晶圆时，受到拉应力、压应力、扭转应力，应力控制器就会报警闪烁，通过可移动工作台移动可消除拉压应力，通过调节同步旋转装置可消除扭转应力。所有应力消除方可晶锭切割晶圆片，保证晶圆片成品率。应力控制器一端与第二磁吸盘连接，另一端与同步传动装置连接。

可伸缩工作台在切割装置中，起到晶锭切割进给的作用，同时起到调节切割时晶锭拉压应力的作用，可伸缩工作台如图8以及图9所示。

结合图8以及图9，可伸缩工作台包括：伺服电机1、滚珠丝杠装置2、固定座3、手轮4、控制手柄5、导轨6、夹具台7、第一锥齿轮8、第二锥齿轮9、开合螺母10以及控制凸轮11，

夹具台7与导轨6固定安装，伺服电机1安装在夹具台7外侧，固定座3安装在导轨6上，在导轨6上移动，伺服电机1的转动轴连接有滚珠丝杠装置2，滚珠丝杠装置2的未连接伺服电机1的一端穿过固定座3，与导轨6平行，固定座3上设置有手轮4以及控制手柄5，控制手柄5连接有控制凸轮11，开合螺母10的上下部分通过销与控制凸轮11的上下凹槽相连，手轮4连接有第一锥齿轮8，第一锥齿轮8与第二锥齿轮9啮合，第二锥齿轮9安装在滚珠丝杠装置2上，

手动按下控制手柄，开合螺母的上下两部分通过销与控制凸轮的上下凹槽相连，当控制凸轮转动时上开合螺母的上下两部分闭合，与滚珠丝杠装置接通；滚珠丝杠装置将伺服电机的回转运动转变为直线运动，当滚珠丝杠装旋转时固定座在导轨上按照规定的导程移动，随着切割的进行将加持的导电型SiC晶锭的切割部位推进；此时旋转手轮，手轮轴的第一锥齿轮将运动传递到滚珠丝杠装置上的第二锥齿轮，以控制可伸缩工作台的进给量。

值得说明的是：该导电SiC晶锭激光水射流切割装置中可伸缩工作台可以与第一磁吸盘协同工作实现切割部分与晶锭整体的受力平衡。可伸缩工作台移动采用电动和手动两种进给方式。

电动进给模式：手动按下控制手柄5，手柄轴上连接有如图9所示的凸轮机构，开合螺母的上下两部分通过销与凸轮的上下凹槽相连，当凸轮转动时，上下两半闭合，与滚珠丝杠接通，滚珠丝杠机构可以将伺服电机的回转运动转变为直线运动，当丝杠旋转时螺母按照规定的导程移动，此种方式定位准确效率高。随着切割的进行可以将加持的籽晶向切割部位推进。

手动进给模式：手动按下控制手柄5，手柄轴上连接有如图9所示的凸轮机构，开合螺母的上下两部分通过销与凸轮的上下凹槽相连，当凸轮转动时，上下两半闭合，与滚珠丝杠接通，此时旋转手轮，手轮轴的锥齿轮8将运动传递到丝杠上的锥齿轮9，即可通过手动控制工作台的进给量。

其中，同步传动装置包括双轴电机，第一旋转装置为左侧二级齿轮减速结构，第二旋转装置为右侧可移动二级齿轮减速结构，左侧二级齿轮减速结构与右侧可移动二级齿轮减速结构的减速比相同，双轴电机的一个轴连接右侧二级齿轮减速结构，另一个轴连接左侧可移动二级齿轮减速结构，

右侧二级齿轮减速结构以及左侧可移动二级齿轮减速结构呈对称结构，都包括四个齿轮以及固定箱体，第一个齿轮与第二个齿轮啮合，第三个齿轮与第四个齿轮啮合，第一个齿轮与双轴电机的一个输出轴花键连接，第二个齿轮与第三个齿轮套在一个齿轮轴上，左侧可移动二级齿轮减速结构中的第四个齿轮连接应力控制器以及第二磁吸盘相连，右侧二级齿轮减速结构中的第四个齿轮连接第一磁吸盘，在左侧可移动二级齿轮减速结构中还设置有开合拨齿机构，开合拨齿机构卡接在左侧可移动二级齿轮减速结构中第一个齿轮上，开合拨齿机构由上下座以及控制盘构成，上下座的控制销对应插入控制盘的偏心槽；对应侧的固定箱体固定各自侧的二级齿轮减速结构，右侧二级齿轮减速结构与右侧固定箱体固定，左侧可移动二级齿轮减速机构与左侧可移动箱体一起固定在可伸缩工作台的夹具台上，

在切割过程中，将开合拨齿装置闭合夹紧左侧可移动二级齿轮减速机构中的第一个齿轮，第一个齿轮沿着双轴电机左侧轴，随左侧可移动箱体同步移动到对应位置；将开合拨齿装置打开，以避免开合拨齿装置与第一个齿轮旋转时产生摩擦，双轴电机转动从而控制右侧二级齿轮减速结构以及左侧可移动二级齿轮减速结构同步转动。

如图10所示，2、3、4、5右侧固定二级齿轮减速机构与右侧固定箱体12固定在机架，不可移动。6、7、8、9左侧可移动二级齿轮减速机构与左侧可移动箱体11一起固定在可伸缩工作台夹具台7上(图8)，其中齿轮6与双轴电机轴左侧轴采用花键连接，当10开合拨齿装置闭合时，拨齿机构夹紧齿轮6，齿轮6可沿着双轴电机左侧轴，随左侧可移动箱体11同步移动，移动到位后，10开合拨齿装置打开，避免10开合拨齿装置10与齿轮6旋转时产生摩擦。开合拨齿装置10原理图11所示，两根控制销嵌入偏心槽中，当偏心槽旋转，即可开合两根控制销，可实现闭合打开拨齿装置10。

参考图12，图12为本发明的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统旋转之后的图，本发明旋转之后放置也可以实现切割。

本发明提供的一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统包括：第一旋转装置、第一磁吸盘、可伸缩工作台、第二磁吸盘、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置，本发明导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统中激光微水射流随切割顺序可水平移动，其中装置的一端由磁吸盘吸附以及辅助固定SiC晶锭，另一端由磁吸盘对要切割的部分进行吸附，装置的两端一定的速度旋转从而带动晶锭旋转的方式实现导电型晶锭的快速、精准切割。

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”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。

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。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。

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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种导电型SiC晶锭的水射流激光切割系统，其特征在于，包括：第一旋转装置、第一磁吸盘、可伸缩工作台、第二磁吸盘、第二旋转装置、应力控制器以及同步传动装置；

所述第一磁吸盘开口一端用于对导电型SiC晶锭的籽晶部位进行吸附固定，另一端连接所述第一旋转装置，所述第二磁吸盘与所述第一磁吸盘相对设置，所述第二磁吸盘用于固定导电型SiC晶锭被切割部分，所述第一旋转装置、第二旋转装置、可伸缩工作台以及应力传感器通过同步传动装置连接，所述第一旋转装置、第一磁吸盘、第二磁吸盘、第二旋转装置以及应力控制器位于可伸缩工作台上，

在切割过程中至少一个水导激光头正对第二磁吸盘吸附的导电型SiC晶锭的切割点，通过同步传动装置控制第一旋转装置以及第二旋转装置，使得第一磁吸盘与第二磁吸盘同步旋转带动导电型SiC晶锭旋转，同步传动装置控制所述可伸缩工作台在切割过程中给进导电型SiC晶锭实现切割；所述应力控制器在切割过程中检测导电型SiC晶锭的拉应力、压应力以及扭转应力，并且调节所述可伸缩工作台移动消除导电型SiC晶锭的压应力以及拉应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置消除扭转应力。

2.根据权利要求1所述的水射流激光切割系统，其特征在于，第一磁吸盘以及第二磁吸盘都包括：吸盘体以及电磁铁，所述电磁铁位于吸盘体底部中心位置，导电型SiC晶锭放置在所述吸盘体中心，所述电磁铁的电磁力将所述导电型SiC晶锭固定在吸盘体上。

3.根据权利要求2所述的水射流激光切割系统，其特征在于，所述第一磁吸盘还设置有多个软卡爪，多个软卡爪均匀设置在所述第一磁吸盘的吸盘体内部，一端卡接在电磁铁与吸盘体形成的凹槽上，一端相互配合卡紧吸盘体上的导电型SiC晶锭，以对SiC晶锭辅助固定。

4.根据权利要求1所述的水射流激光切割系统，其特征在于，所述应力控制器集成有拉应力传感器、压应力传感器以及扭转应力传感器，分别用于当导电型SiC晶锭切割晶片时，检测导电型SiC晶锭受到的拉应力、压应力、扭转应力，所述应力控制器一端与第二磁吸盘连接，一端与第二旋转装置连接，所述应力控制器如果检测到拉应力、压应力、扭转应力中的任何一个，应力控制器进行报警闪烁，并传输至同步传动装置，同步传动装置通过可伸缩工作台移动消除拉应力以及压应力，通过调节第一旋转装置以及第二旋转装置同步消除扭转应力。

5.根据权利要求1所述的水射流激光切割系统，其特征在于，所述可伸缩工作台包括：伺服电机、滚珠丝杠装置、固定座、手轮、控制手柄、导轨、夹具台、第一锥齿轮、第二锥齿轮、开合螺母以及控制凸轮，

所述夹具台与导轨固定安装，所述伺服电机安装在所述夹具台外侧，所述固定座安装在导轨上，在所述导轨上移动，所述伺服电机的转动轴连接有滚珠丝杠装置，所述滚珠丝杠装置的未连接伺服电机的一端穿过所述固定座与所述导轨平行，所述固定座上设置有手轮以及控制手柄，所述控制手柄连接有控制凸轮，所述开合螺母的上下部分通过销与控制凸轮的上下凹槽相连，所述手轮连接有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮安装在所述滚珠丝杠装置上，

手动按下控制手柄，开合螺母的上下两部分通过销与控制凸轮的上下凹槽相连，当控制凸轮转动时上开合螺母的上下两部分闭合，与滚珠丝杠装置接通；滚珠丝杠装置将伺服电机的回转运动转变为直线运动，当滚珠丝杠装旋转时固定座在导轨上按照规定的导程移动，随着切割的进行将夹持的导电型SiC晶锭的切割部位推进；此时旋转手轮，手轮轴的第一锥齿轮将运动传递到滚珠丝杠装置上的第二锥齿轮，以控制可伸缩工作台的进给量。

6.根据权利要求5所述的水射流激光切割系统，其特征在于，所述同步传动装置包括双轴电机，所述第一旋转装置为左侧二级齿轮减速结构，所述第二旋转装置为右侧可移动二级齿轮减速结构，所述左侧二级齿轮减速结构与右侧可移动二级齿轮减速结构的减速比相同，所述双轴电机的一个轴连接右侧二级齿轮减速结构，另一个轴连接左侧可移动二级齿轮减速结构，

所述右侧二级齿轮减速结构以及左侧可移动二级齿轮减速结构呈对称结构，都包括四个齿轮以及固定箱体，第一个齿轮与第二个齿轮啮合，第三个齿轮与第四个齿轮啮合，第一个齿轮与所述双轴电机的一个输出轴花键连接，第二个齿轮与第三个齿轮套在一个齿轮轴上，左侧可移动二级齿轮减速结构中的第四个齿轮连接应力控制器以及第二磁吸盘相连，所述右侧二级齿轮减速结构中的第四个齿轮连接第一磁吸盘，在左侧可移动二级齿轮减速结构中还设置有开合拨齿机构，所述开合拨齿机构卡接在左侧可移动二级齿轮减速结构中第一个齿轮上，所述开合拨齿机构由上下座以及控制盘构成，所述上下座的控制销对应插入所述控制盘的偏心槽；对应侧的固定箱体固定各自侧的二级齿轮减速结构，所述右侧二级齿轮减速结构与右侧固定箱体固定，左侧可移动二级齿轮减速机构与左侧可移动箱体一起固定在可伸缩工作台的夹具台上，

在切割过程中，将开合拨齿装置闭合夹紧左侧可移动二级齿轮减速机构中的第一个齿轮，第一个齿轮沿着双轴电机左侧轴，随左侧可移动箱体同步移动到对应位置；将开合拨齿装置打开，以避免开合拨齿装置与第一个齿轮旋转时产生摩擦，双轴电机转动从而控制右侧二级齿轮减速结构以及左侧可移动二级齿轮减速结构同步转动。