CN203317580U - 丝线导引器和激光烧蚀系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了丝线导引器和激光烧蚀系统。本实用新型描述用于形成丝线导引器(200)的方法。所述方法包括：相对于激光源布置圆柱状单元(210)，其中圆柱状单元(210)包括外圆周表面；且通过将由激光源产生的激光束导向到圆柱状单元(200)的外圆周表面以在圆柱状单元(210)内形成圆周凹槽(220)，而形成待用于丝锯装置(100)的丝线导引器(200)。另外，本实用新型描述丝线导引器和用于在丝线导引器中形成凹槽的系统。
Description
技术领域
本实用新型的实施方式涉及用于丝锯装置的丝线导引器、用于形成丝线导引器的方法和丝线导引器形成系统。本实用新型的实施方式尤其涉及具有凹槽的丝线导引器、用于在丝线导引器中形成凹槽的方法和用于在丝线导引器中形成凹槽的系统。
背景技术
丝锯用于从诸如硅的一片硬质材料上切割大块或块、薄片(例如，半导体晶圆)。在这样的装置中，丝线是由绕线管馈送且通过丝线导引筒引导，丝线导引筒在本文也称为丝线导引器。用于将材料切片的丝线缠绕在丝线导引器周围，所述丝线导引器被开槽以在切割工艺期间引导丝线。凹槽的轮廓通常为V形，且取决于所使用的丝线类型具有开度角、深度和从一个凹槽到下一个凹槽的节距。例如，凹槽的上述参数取决于丝线特性，诸如外部丝线直径、丝线材料，或丝线材料是否为平直的、结构化的或金刚石涂布的。凹槽的节距也取决于在切割工艺结束时获得的切片的期望厚度。
现今，使用成形工具在例如车床上将丝线导引器开槽，所述成形工具通常含有金刚石。凹槽通常通过若干切割步骤一个接一个地产生。开槽工艺和工具的形状必须被精细调整以考虑到丝线导引器材料的蠕变，凹槽是在丝线导引器材料中形成且丝线导引器材料经常为在丝线导引器的主体表面上的软涂层材料。通常，丝线导引器材料在形成凹槽期间或形成凹槽之后经常发生蠕变且蠕变对凹槽的品质有影响。为对抗蠕变且获得更好结果，将硬涂层用来涂布丝线导引器的表面。例如，选取具有硬度在90邵氏A与95邵氏A之间的材料。
然而，在熟知技术中形成用于丝线导引器的凹槽仍然是挑战，因为无法很好控制在丝线导引器上的凹槽形状的重复性以及品质。
存在为什么无法将凹槽的持续品质保持在期望和已定义的水平下的数个原因。第一原因在于将金刚石工具用于开槽，而金刚石工具易受磨损影响。金刚石工具在凹槽形成工艺期间的磨损影响从丝线导引器上的第一凹槽到丝线导引器上的最后凹槽的重复性。对于凹槽品质的有限可靠性的进一步原因在于其中形成凹槽的材料易受蠕变影响，如上文所说明。必须在开槽期间对丝线导引器材料的蠕变行为进行平衡。此外，为了平衡丝线导引器材料的蠕变行为，已知有不同的方法，所述方法从一个制造商到另一制造商而不同，或甚至从一个丝线导引器到另一丝线导引器而不同。因此，无法期望丝线导引器开槽的连续品质。
对于时常品质不足的另一原因在于以下事实:必须在凹槽的节距与凹槽的形状之间进行一些折衷。因为多个凹槽必须形成在相当小的长度上以在切割工艺之后获得薄片，所以必须相应地设定节距，由此小的节距经常影响凹槽的品质。
鉴于上述，本实用新型的目标是提供一种用于在丝锯的丝线导引器中形成凹槽的方法和用于在丝锯的丝线导引器中形成凹槽的系统，所述系统和方法克服本技术中的至少一些问题且提供凹槽的连续且足够的品质。
实用新型内容
鉴于上文，提供根据独立权利要求的方法、丝线导引器和激光烧蚀系统，并且本实用新型的进一步方面、优点和特征从从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
根据一个实施方式，提供一种方法。所述方法包括:相对于激光源布置圆柱状单元，其中圆柱状单元包括外圆周表面;和通过将由激光源产生的激光束导向到圆柱状单元的外圆周表面以在圆柱状单元中形成圆周凹槽，而形成待在丝锯装置中使用的丝线导引器。
根据另一实施方式，提供一种方法。所述方法包括:相对于激光源布置圆柱状单元，其中圆柱状单元包括外圆周表面;和通过将由激光源产生的激光束导向到圆柱状单元的外圆周表面以通过激光烧蚀在圆柱状单元中形成圆周凹槽，而形成待在丝锯装置中使用的丝线导引器。
根据另一实施方式，提供用于丝锯装置的丝线导引器，所述丝锯装置包括用于丝线导引器中的凹槽的标称尺寸。丝线导引器包括圆柱状单元，所述圆柱状单元包括外圆周表面;和多个凹槽，所述多个凹槽是通过激光烧蚀形成在圆柱状单元的外圆周表面中，其中每个凹槽通过至少一个实际尺寸来定义，且其中每个凹槽的实际尺寸具有小于标称尺寸约5%的偏差。
根据另一实施方式，提供一种激光烧蚀系统。所述激光烧蚀系统包括:支撑件，用于支撑待用作丝锯装置的丝线导引器的圆柱状单元，其中圆柱状单元包括外圆周表面;激光源，经调适用于将激光束导向到圆柱状单元的圆周表面，以通过在圆柱状单元中通过激光烧蚀形成圆周凹槽而形成丝线导引器。
实施方式也针对用于执行所公开方法的设备且实施方式包括用于执行每个所描述方法步骤的设备部分。所述方法步骤可通过硬件组件、通过适当软件编程的计算机、通过两者的任何组合或以任何其他方式来执行。此外，根据本实用新型的实施方式也针对方法，所描述的设备通过所述方法而操作。所述方法包括用于执行设备的每一功能的方法步骤。
附图说明
因此，可详细理解本实用新型的上述特征的方式，上文简要概述的本实用新型的更特定描述可参照实施方式获得。附图涉及本实用新型的实施方式且在下文描述为:
图1图示根据本文描述的实施方式的具有丝线导引器的丝锯装置的示意图;
图2图示根据本文描述的实施方式的具有凹槽的丝线导引器的示意图;
图3图示图2中所示的丝线导引器的一部分的示意图;
图4图示根据本文描述的实施方式的丝线导引器中的凹槽几何形状的示意图;
图5图示根据本文描述的实施方式的丝线导引器中的凹槽几何形状的示意图;
图6图示根据本文描述的实施方式的丝线导引器中的凹槽几何形状的示意图;
图7图示根据本文描述的实施方式的丝线导引器中的凹槽几何形状的示意图;
图8图示根据本文描述的实施方式的方法的流程图;
图9图示根据本文描述的实施方式的方法的流程图;
图10图示根据本文描述的实施方式用于在丝线导引器中形成凹槽的激光烧蚀系统的示意图;以及
图11图示根据本文描述的实施方式用于在丝线导引器中形成凹槽的具有光学模块的激光烧蚀系统的示意图。
具体实施方式
现在将对本实用新型的各种实施方式详细地进行参考，在附图中说明所述实施方式中的一个或多个实例。在附图的下列描述内，相同元件符号指代相同的元件。通常，仅描述关于个别实施方式的差异。每个实例是通过本实用新型的说明而提供，且每个实例不意味着作为本实用新型的限制。另外，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可用于其他实施方式或连同其他实施方式一起使用以产生进一步的实施方式。本说明书旨在包括所述修改和变化。
图1图示根据本文公开的实施方式的丝锯100的示意性侧视图，作为实例，丝锯100包括四个丝线导引器112、114、116和118。可将每个丝线导引器112、114、116、118连接到马达或驱动器(未图示)用于旋转丝线导引器。例如，丝线120可为成螺旋形缠绕在丝线导引器112、114周围，且丝线120在两个丝线导引器之间形成一层平行丝线。这一层通常称为丝线网。在图1中，大体上沿在丝线120旁边图示的直线箭头的方向引导丝线120。
在丝锯100的切割动作期间，可推动一个或多个铸块102、104、106、108穿过丝线网以将所述一个或多个铸块切片。此动作分别通过夹在铸块102与铸块104和铸块106与铸块108之间的箭头来指示。一个或多个铸块可通过工作台(未图示)支撑。或者，铸块102、104、106、108可为固定的，而推动丝线网穿过铸块。根据实施方式，将一个或多个铸块中的每个铸块切片成为大量的晶圆，诸如至少500个或甚至更多个的晶圆。铸块的典型长度可在多达250mm的范围内，尤其在多晶体硅的情况下;且铸块的典型长度可在多达500mm的范围内，尤其在单晶体硅的情况下。
根据典型实施方式，丝线馈送绕线管134具有丝线储存器。丝线馈送绕线管134，如果仍然是完整的，可保持数百公里的丝线长度。在丝锯的操作期间，丝线是通过丝线馈送绕线管134馈送到丝线导引器112、114、116、118用于锯切工艺。
可提供丝线卷绕线管138，在所述丝线卷绕线管138上重绕已使用的丝线120。通常，可提供诸如低惯性滑轮(未图示)和张力臂(未图示）的进一步装置，用于利用张力臂上的可选数字编码器进行丝线张力调节。
图2从左侧图示根据本文描述的实施方式的丝线导引器200的更详细示意图。丝线导引器200可具有纵轴240，丝线导引器200可绕纵轴240旋转。如本文所述，丝线导引器200可包括圆柱状单元210，多个凹槽220形成在圆柱状单元210的圆周表面上。作为实例，将多个凹槽中的第一个凹槽用参考符号221表示，且将最后一个凹槽用参考符号222表示。
在图2的右侧，图示丝线导引器200的主视图，所述主视图指示丝线导引器或圆柱状单元的径向292和圆周方向291。凹槽通常形成在丝线导引器的圆周表面上且凹槽具有沿径向292到丝线导引器内的延伸。另外，圆柱状单元200可提供沿丝线导引器的横向的宽度290，丝线导引器的横向大体上垂直于径向292。在图2图示的实施方式中，凹槽220在丝线导引器200的整个宽度290上形成。
在本文描述的一个实施方式中，多个凹槽220中的每个凹槽是通过至少一个实际尺寸来定义。图3图示图2中所示的丝线导引器200的圆柱状单元210的部分280。在图3的部分280中，可更详细地看见示例性图示为V形凹槽的凹槽220。同样地，图3的部分280图示，多个凹槽220中的每个凹槽具有沿数个方向的延伸(沿一个方向的延伸也可称为凹槽的尺寸)，诸如在圆柱状单元内的深度、宽度和节距，这些延伸将在下文相对于图4而详细说明。
通常，丝线导引器的凹槽具有标称尺寸，所述标称尺寸可为尺寸的预定值，或尺寸的期望值或理想值。在一些实施方式中，标称尺寸值对于圆柱状单元中的每一凹槽来说是相等的，以便对于凹槽的一个尺寸恰好存在一个标称尺寸值。根据一些实施方式，每个凹槽可具有标称尺寸，所述标称尺寸可例如取决于凹槽在丝线导引器上的位置。凹槽的实际尺寸为凹槽在圆柱状单元中形成之后具有的尺寸。由于工艺和材料变化，实际尺寸可不同于标称尺寸。在本文描述的实施方式中，圆柱状单元中每个凹槽的实际尺寸具有偏差，所述偏差通常小于凹槽的标称尺寸的约5%、更通常小于凹槽的标称尺寸的约3%，和甚至更通常小于凹槽的标称尺寸的约2%。
当形成凹槽时，理想情况是随着开槽工艺非常精确地形成凹槽且所得凹槽几何形状对不同的因素有影响，所述因素诸如待通过丝锯装置切割的晶圆的厚度或在切割工艺期间的丝线振动，当开槽节距不是沿着丝线导引器的宽度非常有规则地形成时，产生所述丝线振动。
通常，凹槽中的丝线位置和保持、凹槽的深度和形状确保在丝线导引器旋转的同时将丝线维持在规定的位置。如果开槽轮廓是不规则的，那么丝线在切割期间可能振动和/或跳出一个凹槽，从而产生跳线。这些振动和/或跳线损害晶圆且为丝线断裂的起源。所导致的切割工艺的中断是昂贵且耗时的。
因此，理想情况是在丝线导引器上提供规则且可靠的连续尺寸的凹槽。根据一些实施方式，每个凹槽的实际尺寸与标称尺寸的偏差小于约5微米可足以获得符合要求的丝锯处理品质，以及足够且可重复的切片品质或晶圆品质，尤其是关于丝线锯切的实际趋势。
根据本文描述的实施方式，与标称尺寸的凹槽几何形状仅具有小偏差的可靠连续形状形成是通过由激光烧蚀形成凹槽来实现。通过使用根据本文描述的实施方式的激光烧蚀，晶圆生产中的实际趋势仍然可通过丝锯处理，当执行机械式开槽时，所述丝锯可能只在有限程度上是可能的。例如，实际趋势指代减少的外丝线直径和更薄的晶圆切片。虽然机械式开槽可为目前工艺水平的丝锯提供可能足够的凹槽品质，但是难以通过使用机械式开槽实现满足丝线锯切中的实际趋势的品质。
由于数个原因，激光烧蚀显著改善丝线导引器的开槽工艺。由于激光烧蚀是非接触式开槽工艺，所以例如减少或甚至完全避免了材料蠕变的影响。
与熟知技术相比，通过根据本文描述的实施方式使用用于在丝线导引器中形成凹槽的激光烧蚀技术，可更好控制几何尺寸，诸如凹槽的深度和形状。同样地，当根据本文描述的实施方式使用用于在丝线导引器中形成凹槽的方法和系统时，避免了通过用于开槽的金刚石工具的磨损引入的问题。另外，根据本文描述的实施方式，大力增强了凹槽在丝线导引器中的重复性和品质。
通过激光烧蚀形成丝线导引器凹槽的另一方面是可形成几乎任意形状的凹槽。如下文将详细说明，激光烧蚀技术允许凹槽形状的极大可变性，所述凹槽形状的极大可变性在使用机械式开槽时是不可能的-或仅在具有不经济的高付出的情况下才可能。
在图4中，图示根据本文描述的实施方式的丝线导引器中的凹槽的一些可能尺寸。作为凹槽形状的实例，图4中的凹槽420大体上以V形形状形成，但本文参考的尺寸不局限于凹槽在丝线导引器中的V形形状，如在下文将见到。在图4中，可见凹槽420是形成在丝线导引器的圆柱状单元410的圆周表面415中，如上文所说明。根据一些实施方式，凹槽420是形成在被布置在圆柱状单元410的主体的圆周表面上的涂层中。
如本文所使用的术语“大体上”可意味着，可能与用“大体上”表示的特性有某一偏差。例如，术语“大体上V形成形的”是指可能与准确的V形有某些偏差的形状，诸如V形沿一个方向延伸的约1%到10%的偏差。进一步特性也可用“大体上”表示，且应理解，可应用上文关于V形所示例性提供的类似解释，诸如允许与所描述特性有1%到10%偏差的解释。
丝线导引器的凹槽具有数个几何尺寸。例如，根据本文描述的实施方式的丝线导引器中的凹槽420可具有从圆柱状单元410的表面415测量的深度430、在圆柱状单元410的表面415处沿圆柱状单元的横向的宽度440、定义为在一个凹槽的中心到邻近凹槽的中心之间的距离的节距450、在圆柱状单元410的表面415处在一个凹槽的末端与邻近凹槽的起点之间的距离470、开度角460及类似物。
根据可与本文描述的进一步实施方式组合的一些实施方式，范围从圆柱状单元410的表面415到凹槽420的底部的凹槽的深度430可通常在约100微米与约250微米之间、更通常在约120微米到约200微米之间，且甚至更通常在约150微米与约200微米之间，诸如170微米。凹槽的宽度440可通常在约120微米与约250微米之间、更通常在约150微米与约230微米之间，且甚至更通常约220微米。根据一些实施方式，节距450可通常在约100微米与约400微米之间、更通常在约150微米到约350微米之间，且甚至更通常在约150微米与约200微米之间。在一个实例中，节距可为约355微米。应注意，凹槽的中心可通过介于在圆柱状单元的表面处凹槽的起点与在圆柱状单元的表面处凹槽的末端之间的中间点来定义。
根据本文描述的一些实施方式，介于一个凹槽在圆柱状单元的表面处的起点与邻近凹槽在圆柱状单元的表面处的起点之间的距离470可通常在约10微米与约50微米之间、更通常在约15微米与约30微米之间，且甚至更通常约20微米。开度角460可通常在约30°到100°之间、更通常在约40°到约90°之间，且甚至更通常为约80°。
应理解，给定值仅为对于各个尺寸的实例。例如，诸如用于宽度的值的尺寸值可取决于凹槽形状且可偏离取决于形状的上述实例值。
在图4中，将一个丝线480示例性图示在一个凹槽420中。丝线480可具有通常约50微米到200微米、更通常约70微米到150微米，且甚至更通常在约80微米到约140微米之间的外丝线直径485。
根据一些实施方式，如本文描述的丝线导引器的圆柱状单元可具有通常约500mm到约1000mm、更通常在约600mm到约800mm之间，且甚至更通常为约700mm的横向宽度。将圆柱状单元沿横向的宽度在图2中示例性图示为宽度290。形成于丝线导引器的圆柱状单元的表面上的凹槽在一个丝线导引器上的数量可示例性为通常在约1000个凹槽与约6000个凹槽之间、更通常在1200个凹槽与约4000个凹槽之间，且甚至更通常在约1700个凹槽与约3500个凹槽之间。
根据本文描述的实施方式，类似深度430、宽度440、节距450、开度角460和距离470的上述尺寸可与丝线导引器的标称尺寸有小于约5微米或小于5%的偏离。每个凹槽在圆柱状单元的整个宽度(诸如图2中图示的宽度290)上小于约5%的偏差的准确度可通过使用如在本文的实施方式中所述的用于形成凹槽的激光烧蚀技术而实现。
也应注意，如上所述的凹槽尺寸的标称值可随着圆柱状单元的宽度而改变。例如，重新参考图2，由于这些凹槽的不同标称值的原因，在圆柱状单元的左侧的凹槽221可具有不同于在圆柱状单元的右侧的凹槽222的尺寸。在一个实例中，节距的标称值在从丝线导引器的左侧到丝线导引器的右侧时不同。换句话说，凹槽节距的值可彼此不同(且可例如彼此具有大于节距的5%的差异)，但凹槽节距的值对于各个节距的特定标称值可仅有5%或甚至更少的不同。
在与标称尺寸有小于约5%的尺寸偏差的情况下，下列尺寸偏差可发生在根据本文描述的实施方式的丝线导引器中。例如，深度430与标称深度的偏差可通常小于约12微米、更通常小于约8微米，且甚至更通常小于约5微米。宽度440与标称宽度的偏差可通常小于约12微米、更通常小于约10微米，或甚至更通常小于约5微米。节距450与标称节距的偏差可通常小于20微米、更通常小于约10微米，且甚至更通常小于约7.5微米。
开度角460与标称开度角的偏差可通常小于5°、更通常小于约4°，且甚至更通常小于约3°。距离470与标称距离的偏差可通常小于约3微米、更通常小于约2微米，且甚至更通常小于约1微米。
在一些实施方式中，尤其当凹槽的实际尺寸与凹槽的标称尺寸的偏差小于3%时，深度430与标称深度的偏差可通常小于约7微米、更通常小于约5微米，且甚至更通常小于约3微米。宽度440与标称宽度的偏差可通常小于约7微米、更通常小于约5微米，或甚至更通常小于约4微米。节距450与标称节距的偏差可通常小于约12微米、更通常小于约6微米，且甚至更通常小于4.5微米。
开度角460与标称开度角的偏差可通常小于约3°、更通常小于约2°，且甚至更通常小于约1°。距离470与标称距离的偏差可通常小于约2微米、更通常小于约1微米，且甚至更通常小于约0.6微米。
然而，在一些实施方式中，约1%的凹槽的实际尺寸可与标称尺寸具有超出上文参考值的偏差，例如，约1%的凹槽的实际尺寸可与标称尺寸具有大于5%的偏差。
根据本文描述的实施方式的丝线导引器的圆柱状主体可由钢或碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer；CFRP)材料组成且所述圆柱状主体的圆柱状表面可被软材料涂覆，所述软材料诸如聚合材料，例如聚氨酯化合物。根据一些实施方式，在从第一个凹槽到最后一个凹槽的几何尺寸中具有上述可靠性的凹槽可通过激光烧蚀形成在圆柱状单元的软材料涂层中。
在使用激光烧蚀技术以在丝线导引器中形成凹槽时，可在圆柱状单元的表面上形成更精细的凹槽。通常，市场趋势是通过使用更精细丝线降低晶圆厚度且减少切口。因此，机械式开槽迟早将面临尺寸限制，所述尺寸限制在使用激光烧蚀技术时是不存在的。当使用根据本文描述的实施方式的激光烧蚀技术时，可实现对于更小晶圆厚度的更小节距。
激光烧蚀技术提供进一步益处，如对于凹槽形成且使用新形状的可能性，因此允许丝线在锯切工艺期间的更好定位和保持。在已知丝线导引器中，因为金刚石工具的限制，将V形用于凹槽。然而，利用根据本文描述的实施方式的方法和系统，可产生具有圆形或平坦底部的形状或具有各种斜面的形状，如下文将相对于图5到图7图示。
图5图示丝线导引器的圆柱状单元510的表面515的示意图。形成于圆柱状单元510的表面515上的凹槽520示例性具有U形形状。根据一些实施方式，在圆柱状单元510的表面515上的凹槽520可具有如根据图4描述的相同尺寸，所述尺寸诸如深度430、沿圆柱状单元的横向的宽度440、节距450和在圆柱状单元510的表面处介于一个凹槽的起点与邻近凹槽的起点之间的距离470。
图6图示丝线导引器的圆柱状单元610的表面615的示意图。形成于圆柱状单元610的表面615上的凹槽620示例性具有一种形状，所述形状具有凹槽壁625的平坦底部和陡峭斜面。如在图6的实施方式中可见，凹槽壁625大体上以90°延伸到圆柱状单元610的表面615。根据一些实施方式，在圆柱状单元610的表面615上的凹槽620可具有如根据图4描述的相同尺寸，所述尺寸诸如深度430、沿横向的宽度440、节距450和在圆柱状单元610的表面处介于一个凹槽的起点与邻近凹槽的起点之间的距离470。
图7图示丝线导引器的圆柱状单元710的表面715的示意图。形成于圆柱状单元710的表面715上的凹槽720示例性具有带圆形底部的形状。同样地，凹槽壁725的斜面不如例如图6的凹槽壁625的斜面陡峭。根据一些实施方式，在圆柱状单元710的表面715上的凹槽720可具有如根据图4描述的相同尺寸，诸如深度430、沿横向的宽度440、节距450和在圆柱状单元710的表面处介于一个凹槽的起点与邻近凹槽的起点之间的距离470。
尽管图4到图7图示凹槽形状的一些实例，但应理解，可任意选取通过激光烧蚀形成的凹槽的形状。例如，可调整如下所述的激光烧蚀系统以同样形成未图示在附图中的凹槽形状，但所述凹槽形状可包括不对称或阶梯式的凹槽形状。
在图8中，图示用于形成根据本文描述的实施方式的丝线导引器的方法的流程图1000。根据一些实施方式，在方框1010中，在丝线导引器中的凹槽可通过相对于激光源布置圆柱状单元而形成，所述丝线导引器可为如上所述的丝线导引器。例如，可布置圆柱状单元以便能够围绕圆柱状单元的纵轴旋转。在一些实施方式中，所述方法包括:通过驱动单元或类似物驱动圆柱状单元。圆柱状单元可进一步包括外圆周表面，所述外圆周表面环绕圆柱状单元。在方框1020中，通过激光源产生的激光束可指向圆柱状单元的外圆周表面，以通过激光烧蚀在圆柱状单元中形成圆周凹槽。根据一些实施方式，通过激光烧蚀形成的凹槽可具有上文相对于图2到图7描述的特性。
例如，在一个丝线导引器中的凹槽的数量可为通常在约1000个凹槽与约6000个凹槽之间、更通常在1200个凹槽与约4000个凹槽之间，且甚至更通常在约1700个凹槽与约3500个凹槽之间。同样地，可形成凹槽以便使凹槽适于引导具有通常约50微米到200微米、更通常约70微米到150微米，且甚至更通常在约80微米到约140微米之间的外直径的丝线。因此，可调适凹槽的尺寸以便具有所述直径的丝线可以可靠且稳定地滑动穿过凹槽，从而通过丝线导引器。
图9图示用于在丝锯的丝线导引器中形成凹槽的方法的流程图1100。方框1110和1120可分别对应于如上所述的方法1000的方框1010和1020。在流程图1100中，圆柱状单元可由钢或CFRP组成且圆柱状单元的圆周表面可被诸如聚氨酯化合物的聚合物涂层涂覆。方法1100进一步包括:在方框1130中，在圆柱状单元的聚合物涂层中通过激光烧蚀形成凹槽。
在一些实施方式中，用于形成凹槽的方法可包括形成具有以下形状的凹槽:U型横截面形状、V型横截面形状、提供凹槽的平坦底部的形状、提供凹槽的圆形底部的形状或具有从约30°到约90°的开度角的凹槽形状，如在图4到图7中示例性图示。
根据本文描述的实施方式，用于在圆柱状单元中形成凹槽的方法可包括:在圆柱状单元的整个宽度上扫描激光束，以在圆柱状单元中形成多个大体上平行的凹槽。
可将通过激光源产生的光束借助于诸如光束扫描光学模块的光学组件而引导到圆柱状单元。根据一些实施方式，激光束可在击中用于形成凹槽的圆柱状单元之前通过光学组件转向或重定向。例如，产生的激光束可在切割下一个凹槽之前沿宽度方向产生位移，所述位移通常在约100微米与约400微米之间、更通常在约150微米到约350微米之间，且甚至更通常在约150微米与约200微米之间。在一些实施方式中，将激光束位移以便提供邻近凹槽的期望节距。
根据本文描述的实施方式的方法也可包括:控制激光的参数以便使激光适应该材料，凹槽将形成在所述材料中。例如，可提供控制单元用于执行控制步骤。在一个实施方式中，控制单元可监视至少一个凹槽尺寸且因此调适激光源的参数，即，当侦测到多于5%或多于5微米的偏差时，修改激光源的设定。在一些实施方式中，可将控制单元连接到一或多个传感器装置，所述传感器装置可输送关于凹槽尺寸的信息。控制单元可由传感器装置的接收信息计算激光源的设定的修正是否是理想的，且如果是理想的，那么计算设定的修正需要进行到什么程度。
当执行根据本文描述的实施方式的方法时，可获得凹槽的实际尺寸与标称尺寸的偏差，所述偏差小于标称尺寸的5%或小于标称尺寸5微米，如上文所详细说明。
图10图示激光烧蚀系统800，所述激光烧蚀系统800可用来执行上述方法和/或用来形成如上所述的丝线导引器。在图10中，提供圆柱状单元810，所述圆柱状单元810可通过支撑件830支持，所述支撑件830用于支撑待用作丝线导引器的圆柱状单元。根据一些实施方式，圆柱状单元可具有连接部分815，所述连接部分815用于将圆柱状单元810连接到激光烧蚀系统800的支撑件830。
激光烧蚀系统800可进一步包括激光源840，所述激光源840经调适用于产生激光束850且将激光束850导向到圆柱状单元810的圆周表面，以通过激光烧蚀在圆柱状单元810中形成圆周凹槽820。在图示于图10的实施方式中，激光束850已经在圆柱状单元810的圆周表面内切割数个凹槽820，而一部分圆柱状单元810仍未通过激光烧蚀处理。根据一些实施方式，激光源840可在x方向上沿着(例如大体上平行于)圆柱状单元810的表面而移动以在圆柱状单元中切割凹槽。
根据一些实施方式，圆柱状单元810以及凹槽820可具有如上所述的特性。例如，激光烧蚀系统可经调适用于在圆柱状单元的圆周表面内形成约1200个凹槽到约3500个凹槽。同样地，激光束可适合于切割具有期望形状的凹槽，诸如图示于图4到图7中的凹槽形状。
在可与本文描述的其他实施方式组合的一些实施方式中，激光烧蚀系统可具有调整单元，以便不仅在沿着圆柱状单元的表面的x方向，而且在垂直于圆柱状单元的表面的z方向(在图10中图示的方向)调整激光源。例如，其中形成凹槽的圆柱状单元上的聚氨酯涂层可易受磨损影响。因此，当凹槽的磨损负面影响凹槽的准确度时，可将所述凹槽从涂层除去且在涂层中产生新的凹槽。在一些实施方式中，移除涂层的已定义层，诸如具有约2mm厚度的层，且新的凹槽形成于涂层的新的表面上。根据一些实施方式，将激光源定位在相对于圆柱状单元的表面的已定义高度。例如，激光源可在工艺开始时沿z方向移动通常达约0mm到约20mm、更通常达约0mm到约12mm，且甚至更通常达约0mm到约10mm。在一些实施方式中，精确地测量在移除涂层的已定义层之后的丝线导引器直径，且取决于测量的直径执行激光源沿z方向的运动。
根据可与本文描述的其他实施方式组合的一些实施方式，激光烧蚀系统可经调适以在圆柱状单元中形成具有不同标称尺寸值的凹槽。例如，激光烧蚀系统可经调适用于储存每个凹槽的尺寸的标称值，且激光烧蚀系统可进一步经调适用于根据储存的标称值以小于5%的偏差形成凹槽，如上文所详细说明。
在如本文所述用于在丝线导引器中形成凹槽的激光烧蚀系统或方法的实施方式中，可使用任何切实可行的激光源。优选地，激光源为高频脉冲固态激光器，所述高频脉冲固态激光器经调适以提供约1ps到约200ns的脉冲宽度和通常约100nm到约800nm、更通常在约250nm与约600nm之间，且甚至更通常约300nm到约500nm的波长。另外，用于根据本文描述的实施方式的激光烧蚀系统的激光源可提供约100kHz或更高的脉冲重复频率。
所述激光源的实例包括三次谐波固态激光器，所述三次谐波固态激光器的波长为约355nm(340nm到360nm)，脉冲宽度是在5ps到15ps的范围内，诸如来自圆盘激光器;或脉冲宽度是在1ns到100ns的范围内，诸如来自二极管泵浦固态激光器或纤维激光器。
根据一些实施方式，激光束可取决于凹槽尺寸要求而具有高斯分布或成形分布，所述成形分布诸如顶帽形分布。
图11图示激光烧蚀系统900的实施方式，所述激光烧蚀系统900具有用于使用连接部分915保持圆柱状单元910的支撑件930和用于产生激光束950的激光源940。根据本文描述的一些实施方式，激光烧蚀系统940的支撑件930可经调适用于旋转圆柱状单元910，同时激光束在圆柱状单元910的圆周表面内形成凹槽920。例如，可将支撑件930连接到驱动器935，所述驱动器935可为马达或类似物。
如在图11中可见，激光烧蚀系统900包括光束扫描光学模块960，所述光束扫描光学模块960用于将激光束950导向到圆柱状单元910的期望位置。转向的激光束955能够根据光学模块960的调整在圆柱状单元910中形成凹槽。在一个实例中，由激光源940产生的激光束950在击中圆柱状单元910之前通过光束扫描光学模块960，诸如检流计扫描系统或多面镜扫描系统。束扫描光学模块960可用来在完成划线一个凹槽之后将激光束重定位到下一个凹槽位置。
根据一些实施方式，如本文所述的光束扫描光学模块可适合于可调整的，例如通过调整光学模块到入射激光束的角度。光束扫描光学模块可通过驱动单元驱动以提供光学模块的不同设定。光学模块的不同设定可允许例如在不移动激光源本身的情况下，激光束在圆柱状单元的整个宽度上扫描。
根据实施方式，当使用所描述的激光烧蚀系统时，可实现凹槽的实际尺寸与标称尺寸的偏差，所述偏差小于标称尺寸的5%，或小于标称尺寸5微米，如上文所详细说明。
应注意，在激光烧蚀系统的实施方式中描述的组件也可用于执行用于形成丝线导引器的方法的实施方式，反之亦然。本文相对于系统、丝线导引器或方法所描述的特征也可分别用于方法、系统或丝线导引器的实施方式。
尽管前文是针对本实用新型的实施方式，但在不脱离本实用新型的基本范围的情况下可设计本实用新型的其他及进一步实施方式，且本实用新型的范围通过所附权利要求书确定。
Claims (16)
1.一种用于丝锯装置(100)的丝线导引器(112;114;116;118;200)，所述丝锯装置(100)包括用于所述丝线导引器中的凹槽的标称尺寸，所述丝线导引器包括:
圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)，包括外圆周表面(415;515;615;715);以及
多个凹槽(220;420;520;620;720;820;920)，通过激光烧蚀形成在所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)的所述外圆周表面(415;515;615;715)内，其中每个凹槽(220;420;520;620;720;820;920)通过至少一个实际尺寸(430;440;450;460;470)来定义;
其中每个所述凹槽(221)的所述实际尺寸(430;440;450;460;470)与所述标称尺寸(430;440;450;460;470)具有小于约5%的偏差。
2.如权利要求1所述的丝线导引器，其特征在于，所述实际尺寸与所述标称尺寸(430;440;450;460;470)的所述偏差小于约3%，和/或其中所述实际尺寸与所述标称尺寸的所述偏差小于约5微米。
3.如权利要求1或权利要求2中的任一项所述的丝线导引器，其特征在于，
所述凹槽(220;420;520;620;720;820;920)的尺寸为所述凹槽沿所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)的横向的所述宽度(440)，且其中所述宽度(440)为约150微米到约230微米，和/或
其中所述凹槽(220;420;520;620;720;820;920)的尺寸为所述凹槽沿所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)的径向的所述深度(430)，且其中所述深度(430)为约150微米到约200微米，和/或
其中所述凹槽(220;420;520;620;720;820;920)的尺寸为从一个凹槽的中心到邻近凹槽的中心的所述节距(450)，且其中所述节距为约150微米到约200微米。
4.如权利要求1或权利要求2中的任一项所述的丝线导引器，其特征在于，所述多个凹槽包括约1200个凹槽和4000个凹槽，且其中所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)沿横向的所述宽度(290)是在约500mm到约1000mm之间。
5.如权利要求3所述的丝线导引器，其特征在于，所述多个凹槽包括约1200个凹槽和4000个凹槽，且其中所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)沿横向的所述宽度(290)是在约500mm到约1000mm之间。
6.如权利要求1或权利要求2中的任一项所述的丝线导引器，其特征在于，所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)包括被聚合物涂覆的圆柱状主体，且其中所述凹槽(220;420;520;620;720;820;920)形成在所述聚合物涂层中。
7.如权利要求3所述的丝线导引器，其特征在于，所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)包括被聚合物涂覆的圆柱状主体，且其中所述凹槽(220;420;520;620;720;820;920)形成在所述聚合物涂层中。
8.如权利要求5所述的丝线导引器，其特征在于，所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)包括被聚合物涂覆的圆柱状主体，且其中所述凹槽(220;420;520;620;720;820;920)形成在所述聚合物涂层中。
9.一种激光烧蚀系统(800;900)，包括:
支撑件(830;930)，所述支撑件(830;930)用于支撑待用作丝锯装置(100)的丝线导引器(112;114;116;118;200)的圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)，其中所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)包括外圆周表面(415;515;615;715);
激光源(840;940)，所述激光源(840;940)经调适用于将激光束(850;950)导向到所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)的所述圆周表面(415;515;615;715)，以通过在所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)内由激光烧蚀形成圆周凹槽(220;420;520;620;720;820;920)而形成丝线导引器(112;114;116;118;200)。
10.如权利要求9所述的激光烧蚀系统，其特征在于，所述激光源(840;940)经调适以提供约1ps到约200ns的脉冲宽度、约250nm到约600nm的波长和/或约100kHz或更高的脉冲重复频率。
11.如权利要求9或权利要求10中的任一项所述的激光烧蚀系统，其特征在于，所述激光烧蚀系统(800;900)经调适用于在一个圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)的所述圆周表面(415;515;615;715)内形成约1200个到约4000个的凹槽(220;420;520;620;720820;920)，且其中所述圆柱状单元(210;410;510;610;710;810;910)沿横向的所述宽度(290)是在约500mm与约1000mm之间。
12.如权利要求9或权利要求10中的任一项所述的激光烧蚀系统，其特征在于，所述激光源(840;940)经调适以形成具有以下各形状的所述圆周凹槽(220;420;520;620;720;820;920):U型横截面形状、V型横截面形状、提供所述凹槽的平坦底部的形状或具有从约30°到约90°的开度角的凹槽形状。
13.如权利要求11所述的激光烧蚀系统，其特征在于，所述激光源(840;940)经调适以形成具有以下各形状的所述圆周凹槽(220;420;520;620;720;820;920):U型横截面形状、V型横截面形状、提供所述凹槽的平坦底部的形状或具有从约30°到约90°的开度角的凹槽形状。
14.如权利要求9或权利要求10中的任一项所述的激光烧蚀系统，其特征在于，所述激光烧蚀系统(900)包括用于扫描所述激光束(950;955)的光学模块(960)。
15.如权利要求11所述的激光烧蚀系统，其特征在于，所述激光烧蚀系统(900)包括用于扫描所述激光束(950;955)的光学模块(960)。
16.如权利要求13所述的激光烧蚀系统，其特征在于，所述激光烧蚀系统(900)包括用于扫描所述激光束(950;955)的光学模块(960)。
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