CN1820913A - 切割设备 - Google Patents
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Abstract
公开了一种切割设备，包括用来保持工件的保持装置；可转动地安装着的心轴；固定在所述心轴上的环形切割刀片；用来旋转所述心轴的旋转装置；用来超声振动所述心轴的压电振子；以及将交流电供应至所述压电振子的供电装置。所述心轴被旋转和超声振动，从而旋转和超声振动所述切割刀片。安置用来冷却所述超声振子的冷却装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种切割设备，其通过将环形切割刀片作用在工件上，同时旋转并超声振动所述环形切割刀片，以切割工件。
背景技术
由于切割设备适于切割硬的和脆的工件，例如半导体晶片，日本特开第2000-210928号公报和日本特开第2001-162493号公报分别公开了一种切割设备，其通过以下方式来切割工件，即将环形切割刀片作用在所述工件上，而同时绕所述环形切割刀片的轴线转动其并且沿垂直于所述环形切割刀片的轴线的方向超声振动所述环形切割刀片。这种切割设备包括用来保持工件的保持装置，可转动地安装着的心轴，固定在所述心轴上的环形切割刀片，用来超声振动所述心轴的压电振子，以及用来向所述压电振子供应交流电的供电装置。供有交流电的压电振子沿所述心轴的中心轴线方向超声振动所述心轴，而这种超声振动被转化成沿垂直于所述心轴的中心轴线方向作用的超声振动，并传输至所述切割刀片。
通过简单地将切割刀片作用在工件上而同时将切割刀片绕其中心轴线旋转即可切割工件。在另一方面，以上所述的切割设备通过以下方式来切割工件，即将切割刀片作用在工件上而同时将切割刀片绕其中心轴线旋转并且沿垂直于其中心轴线的方向超声振动切割刀片。即使在工件很硬和脆时，这种切割设备也可高效完成对工件的切割，而避免或抑制破裂。
然而，根据本发明人的经验，如果以上所述的传统切割继续切割相对长的时间，则其切割效率就会下降并且开始产生破裂。
发明内容
因而，本发明的主要目的在于提供一种新颖和改进的切割设备，即使在所述切割设备已经持续切割了长时间后，其也可高效地完成切割操作，而避免或抑制破裂。
本发明人针对传统切割设备的上述问题进行了研究和实验。结果，本发明人认识到在切割操作进行了相对长时间后，构成压电振子的压电元件被加热，并且压电元件的电阻增加，而其结果是，由压电振子所产生的超声振动失效或削弱，因而引起前述问题。基于这种认识，本发明人已经发现通过以下措施可解决这些问题，即安置冷却压电振子的冷却装置以避免或抑制压电元件的温度升高。
根据本发明，提出了一种用来实现上述主要目的的切割设备，这种切割设备包括用来保持工件的保持装置；可转动地安装着的心轴；固定在所述心轴上的环形切割刀片；用来旋转所述心轴的旋转装置；用来超声振动所述心轴的压电振子；以及将交流电供应至所述压电振子的供电装置，所述切割设备被布置成旋转和超声振动所述心轴，从而旋转和超声振动所述切割刀片，并且将所述切割刀片作用在所述工件上，而所述切割设备还包括用来冷却所述压电振子的冷却装置。
所述压电振子可包括由锆钛酸铅(PZT)形成的压电元件。优选地，所述冷却装置将流体，尤其是空气，吹到所述压电振子上，以冷却所述压电振子。
附图说明
图1是剖视图，其示出了根据本发明结构的切割设备的优选
实施例的主要部件；
图2-A和图2-B是曲线图，它们示出了在压电振子不被冷却和用冷却空气冷却压电振子时，随着连续切割时间的持续，供应至超声振子的电能和切割刀片的振幅的变化。
具体实施方式
参看附图现在将详细说明根据本发明所改进的切割设备的优选实施例。
图1示出了根据本发明结构的切割设备的优选实施例的主要部件。所示出的切割设备包括总体上由附图标记2表示的心轴单元，而该心轴单元2包括心轴壳体4。心轴壳体4包括整体为圆柱形的本体6，以及附加构件8，其连接至本体6的后端部(图1中的右端部)。本体6具有相对大外径的后部10，以及相对小外径的前部12。延伸穿过本体6的通孔14包括相对大内径的后部16，以及相对小内径的前部18。环形槽20围绕通孔14的前部18而形成。附加构件8借助于适合的紧固装置(未示出)例如紧固螺栓连接至本体6，并且所述附加构件8具有相对小外径的后部22，以及相对大外径的前部24。在附加构件8中形成有相对小直径的通孔26，其沿中心轴线方向延伸。
总体上由附图标记28表示的心轴可转动地安装在壳体4中。所示的心轴28具有相对大直径的主体部分30，相对小直径的后端部32，以及相对小直径的前端部34。环形凸缘36形成在主体部分30的前部中，并且所述环形凸缘36安放在形成于壳体4的本体6内的环形槽20中。压缩空气借助于形成在本体6中的供应通路(未示出)供应至通孔14的前部18与心轴28的外周表面之间的空隙中，其中所述通孔14形成在壳体4的本体6中。心轴28借助于这种压缩空气可转动地支承在壳体4中。通孔14的前部18用作为向心空气轴承，而围绕通过14形成的环形槽20用作为止推空气轴承。
环形切割刀片38固定在心轴28的前端部34上。更具体地讲，具有平坦前表面的环形毂部40固定在心轴28的前端部34上。在另一方面，切割刀片38的内周边缘部分固定在环形毂部42的平坦后表面的外周边缘部分上。然后，环形毂部42固定附在心轴28的前端部34上，并且环形毂部42借助于适合的固定装置(未示出)例如紧固螺栓被固定在环形毂部40上，从而切割刀片38被固定在心轴28上。切割刀片38优选是非常薄的环形刀片，其通过利用适合的粘合剂例如电铸金属粘结金刚石颗粒而形成。
进一步参看图1，用于高速旋转心轴28的旋转装置44附加在心轴28的后端部32上。在图示的实施例中，旋转装置44是感应电机，其包括安置在心轴28的后端部上的永磁体46，以及绕组48，其固定在通孔14的后部16中并且围绕所述永磁体46。所述绕组48借助于适合的连接线路(未示出)供有交流电，从而永磁体46旋转，以至于心轴28和固定在一起的切割刀片38旋转。
压电振子50连接至心轴28的后端部。压电振子50包括压电元件52，以及安置在所述压电元件52的两侧的极板54。压电元件52优选由锆钛酸铅(PZT)形成。用来将交流电供应至压电振子50的供电装置56也安置在心轴单元2中。所示的供电装置56包括非接触式介电供电装置(non-contact dielectric power supplymeans)。更具体地讲，向后延伸的支承构件58与压电振子50的后部连接，而所述压电振子50与心轴28连接。电能接收绕组或副绕组60安装在支承构件58的小直径后端部上。支承构件58本身必须由绝缘材料制成，或者将副绕组60经由合适的绝缘构件安装在支承构件58上。在另一方面，电能接收绕组或主绕组62安装在通孔26的后端部上，其中所述通孔26形成在壳体4的附加构件8中。附加构件8本身必须由绝缘材料制成，或者将主绕组62经由合适的绝缘构件安装在附加构件8上。主绕组62经由合适的连接线路(未示出)连接至交流电源。在心轴28旋转并且交流电被供应至主绕组62时，在副绕组60中感应出交流电。副绕组60的两个端子分别经由连接线路(未示出)连接至压电振子50的对应极板54。因而，在副绕组60中感应出的交流电被供应至压电振子50，从而压电振子50沿心轴28的中心轴线方向被超声振动，以至于心轴28沿其中心轴线方向被超声振动。心轴28的这种振动通过环形毂部40和42被转化成沿与心轴28的中心轴线垂直的方向(即图1中的上下方向)的振动。结果，切割刀片38沿垂直于其中心轴线的方向被超声振动。环形毂部40和42用作为将沿心轴28的中心轴线方向的超声振动转化成沿与心轴28的中心轴线垂直的方向的超声振动的振动转化装置。在前述日本特开第2000-210928号公报和日本特开第2001-162493号公报中说明了由压电振子50所致的切割刀片38的超声振动的细节。这些文献结合在此引作参考，以省略相关的说明。
在根据本发明结构的切割设备2中，重要的是，设置用来冷却压电振子50的冷却装置64。在图示的实施例中，在构成心轴壳体4的附加构件8中形成通孔形式的输入孔66以及通孔形式的输出孔68，它们沿径向延伸。有利地，输入孔66和输出孔68沿径向对正。输入孔66经由合适的软管(未示出)连接至冷却流体供应源70。冷却流体供应源70通过软管将合适的冷却流体供给至输入孔66。这种冷却流体从输入孔66朝向压电振子50喷射以冷却压电振子50，并且然后通过输出孔68排出至心轴壳体4的外侧。这种冷却流体优选是空气，尤其是冷却到10℃级别的空气。
还参看图1，所示的切割设备装有用来保持诸如半导体晶片的工件72的保持装置74。保持装置74可以是真空吸引工件72的那种类型的保持装置。在切割由保持装置74所保持的工件72的过程中，心轴单元2相对于保持装置74相对下降，以相对于工件72而定位切割刀片38，从而到达预定的切割深度。然后，心轴28以高速旋转，并且沿其中心轴线被超声振动，从而切割刀片38绕其中心轴线高速旋转，并且沿垂直于其中心轴线的方向超声振动。然后，使得切割刀片38作用在工件72上，而保持装置74和心轴单元2沿垂直于图1的纸面的方向相对于彼此而移动。
在根据本发明结构的切割设备中，安置用来冷却压电振子50的冷却装置64，从而超声振子50被适当冷却。因此，即使切割进行了相对长的时间，压电振子50的生热也被避免或抑制。因而，避免或抑制了压电振子50的压电元件52的电阻的增加，并且可以以高效和不产生破裂的方式完成切割操作。
图2-A示出了在切割操作连续进行时，随着切割时间的持续，在由本发明人作为样品所制的心轴单元中，而其中没有对压电振子进行冷却，供应至压电振子的电能的变化(对应于压电元件的电阻的变化)，和切割刀片的超声振动的振幅的变化。图1中示出了该样品心轴单元的结构。使用富士陶瓷公司的商品名为Z4T10X23W-W(C-2B)的压电振子(压电元件：PZT)作为压电振子。心轴的转速为12000。施加至主绕组的电压为60V，并且通过测量由主绕组所消耗的电能来确定供应至压电振子的电能。通过借助于激光测量工具来测量切割刀片的外周边缘的移动长度而确定切割刀片的振幅。正如将从图2-A所清楚的那样，随着时间的持续，供应电能减小，从而压电元件的电阻增加，并且切割刀片的振幅减小。
图2-B示出了在经由输入孔以70ml/min的速度喷射大约10℃的空气以冷却压电振子时，随着切割时间的持续，供应至压电振子的电能的变化(对应于压电元件的电阻的变化)，和切割刀片的超声振动的振幅的变化。通过图2-B，应该理解的是，即使在切割操作持续了相当长的时间后，供应至压电振子的电能没有显著变化，切割刀片的振幅也没有显著变化。
虽然参看附图已经详细说明了根据本发明结构的切割设备的优选实施例，但应该理解的是，本发明并不限于该实施例，在不脱离本发明范围的条件下，可进行各种变化和改型。
Claims (4)
1.一种切割设备，包括：
用来保持工件的保持装置；
可转动地安装着的心轴；
固定在所述心轴上的环形切割刀片；
用来旋转所述心轴的旋转装置；
用来超声振动所述心轴的压电振子；以及
将交流电供应至所述压电振子的供电装置，并且
所述切割设备被布置成旋转和超声振动所述心轴，从而旋转和超声振动所述切割刀片，并且将所述切割刀片作用在所述工件上，
所述切割设备还包括用来冷却所述压电振子的冷却装置。
2.根据权利要求1所述的切割设备，其特征在于，所述压电振子包括由锆钛酸铅形成的压电元件。
3.根据权利要求1所述的切割设备，其特征在于，所述冷却装置将流体吹到所述压电振子上。
4.根据权利要求3所述的切割设备，其特征在于，所述冷却装置将空气吹到所述压电振子上。
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