CN220593661U - 工作台振动切割装置及切割机 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种工作台振动切割装置及切割机，该工作台振动切割装置包括：切割机构，包括至少两个导轮和绕设在至少两个导轮外侧的金刚线网，至少一个导轮被配置为绕其轴线转动以带动金刚线网转动；晶托机构，用于固定目标硅件，并带动目标硅件朝向金刚线网做进给运动，以使所金刚线网切割目标硅件；振动机构，设置在晶托机构上，振动机构用于驱动晶托机构沿目标硅件的进给方向振动。本申请通过设置振动机构，使金刚线网高速运动切割目标硅件的同时，目标硅件在晶托机构的带动下于进给方向振动，以使金刚线上的金刚石微粉通过撞击、挤压使目标硅件表面形成损伤层，再通过金刚石微粉刮擦去除材料，以实现对目标硅件的切割，切割效率高且断线率低。

Description

工作台振动切割装置及切割机

技术领域

本实用新型涉及光伏硅片制造技术领域，具体涉及一种工作台振动切割装置及切割机。

背景技术

太阳能电池硅片是通过多线切割机将硅块或硅棒切割而成，随着硅片产业的发展趋势，金刚线多线切割技术因具有切割效率高、硅片损伤层小、硅片TTV(TotalThicknessVariation，总厚度偏差)小等优点，逐渐成为多线切割的主流技术。多线切割通常是先将硅棒粘接在工件板上，工件板装载在多线切割设备工作台上，工作台通过夹紧装置夹紧工件板，向下进给，导轮上布满金刚线进行高速往复式运动，工件板上的硅棒随着工件板一起朝着金刚线运动，在金刚线的往复运动下完成对硅棒的切割。

太阳能硅片切割属于脆性材料切割，硬脆材料切削过程中，材料的去除由两种方式组成，第一种为由磨料直接刮擦去除；第二种为由于磨料的压力而产生的脆性断裂，磨粒的压力使工件表面产生径向裂纹，而后在磨料继续前进的过程中产生横向裂纹，最后又产生径向裂纹，此时材料从工件上断裂。

金刚线切割硅片的切割机理主要为金刚线中的金刚石微粉颗粒的挤压及刮擦去除材料。金刚线作为轴向运动弦线，其在高速运动状态呈现出横向振动与纵向振动的状态，振动将使得金刚石微粉不断的挤压硅棒表面，使得硅棒表面产生裂纹，进而形成硅料的脆性断裂，达到去除材料的目的。同时固结在钢线上的金刚石微粉在高速运动的作用下，对硅棒表面形成刮擦耕犁，进而形成最终的硅片切割表面。

随着金刚线细线的推进，金刚线张力变得越来越小，在硅棒跟随工件板下压过程中，金刚线会形成有弧度的线弓，细线化之后，线弓会减小，自身的振动效果也会下降，在轴距一定的条件下，张力变小将使得金刚线振动频率降低，使得金刚石微粉挤压冲击减小，金刚线去除材料的主要作用变为金刚石微粉刮擦方式。随着硅棒切割深度的增大，切割形成的线弓越来越大，此时硅棒对金刚线的进给力越来越大，在阻尼作用下金刚线的振动频率将显著降低，其切割能力也将降低。

同时，由于线弓逐渐增大，并在切割到硅棒的中部位置时达到线弓的最大值，这使得喷洒的切割液很难进入切割区域。在金刚线切割中，切割液具有清洗、分散、润滑、冷却的作用，并且为了防止冲击力过大损坏硅片，喷洒切割液时的压力很小，进一步增加切割液的进入难度。当切割液不能进入切割区域后，金刚线切割产生的硅粉碎屑不容易排出，热量也无法带出，这都将加剧金刚线的磨损，导致断线率高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种工作台振动切割装置及切割机，以解决现有技术中金刚线切割硅棒过程中切割力大、振动频率低、排屑能力差、切割效率低且断线率高的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种工作台振动切割装置，包括：

切割机构，包括至少两个导轮和绕设在至少两个所述导轮外侧的金刚线网，至少一个所述导轮被配置为绕其轴线转动以带动所述金刚线网转动；

晶托机构，用于固定目标硅件，并带动所述目标硅件朝向所述金刚线网做进给运动，以使所金刚线网切割所述目标硅件；以及

振动机构，设置在所述晶托机构上，所述振动机构用于驱动所述晶托机构沿所述目标硅件的进给方向振动。

进一步地，所述切割机构具有切割区，部分所述金刚线网位于所述切割区内以与所述目标硅件相接触，且位于所述切割区内的部分所述金刚线网所在平面与所述目标硅件的进给方向相垂直。

进一步地，所述振动机构包括停止的第一工作状态和启动的第二工作状态；

所述振动机构在第一工作状态时，所述金刚线网与所述目标硅件未接触，或者，所述金刚线网进入所述目标硅件的深度小于等于10mm；

所述振动机构在第二工作状态时，所述金刚线网进入所述目标硅件的深度大于10mm。

进一步地，所述振动机构的振动幅值可调。

进一步地，所述振动机构包括超声换能器和连接所述超声换能器与所述晶托机构的变幅杆。

进一步地，所述振动机构的振动幅值范围为3微米-4微米，所述振动机构的振动频率为20KHz。

进一步地，所述晶托机构包括与所述变幅杆连接的工作台、滑动设置在所述工作台远离所述变幅杆一端上的工件板和设置在所述工件板上的固定板，所述固定板用于固定所述目标硅件；

所述工件板与所述工作台之间设置有滑动结构，所述滑动结构包括滑槽和插入至所述滑槽内的滑块，所述滑槽设置在所述工件板上，所述滑块设置在所述工作台上。

进一步地，所述工件板与所述工作台之间设置有弹性压紧件，所述弹性压紧件用于固定所述工件板与所述工作台的相对位置。

进一步地，所述目标硅件、所述固定板、所述工件板之间通过粘胶剂粘接。

本申请还提供一种切割机，包括如上述任一项所述的工作台振动切割装置。

由于上述技术方案的运用，本申请与现有技术相比的有益效果在于：

1、本申请提供的工作台振动切割装置通过设置振动机构，使得晶托机构在切割过程中，在振动机构的作用下于进给方向振动，在金刚线网高速运动切割目标硅件的同时，目标硅件在晶托机构的带动下于进给方向振动，以使得金刚线上的金刚石微粉可以通过撞击、挤压使目标硅件表面形成损伤层，再通过金刚石微粉刮擦去除材料，以实现对目标硅件的切割，与现有技术相比，降低了金刚线切割时所受的应力，且利于切割液进入到切割区域，从而减小切割过程中的发热量并提高排屑效果，避免因温度过高或切削屑堆积过多而造成的断线现象，进而提高切割效率，降低断线率。

2、本申请提供的切割机，通过设置本申请的工作台振动切割装置，由于该工作台振动切割装置的切割效率高且断线率低，使得切割机的工作效率高，且使用寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所示的工作台振动切割装置的正视结构示意图；

图2为本实用新型实施例所示的金刚线网切割目标硅件时的剖视结构示意图。

附图标记说明：

1-金刚线；11-金刚石微粉；2-工作台；21-限位条；22-卡槽；3-工件板；4-固定板；5-滑动结构；51-滑槽；52-滑块；6-导轮；7-超声换能器；8-变幅杆；100-目标硅件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本实用新型及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本实用新型一实施例提供一种用于切割硅片的切割机，该切割机包括工作台振动切割装置，该工作台振动切割装置在金刚线网高速运动切割目标硅件的同时，可以使目标硅件于进给方向振动，使得金刚线上的金刚石微粉可以通过撞击、挤压使目标硅件表面形成损伤层，再通过金刚石微粉刮擦去除材料，以实现对目标硅件的切割，切割效率高且断线率低。

请参见图1，上述的工作台振动切割装置包括切割机构、晶托机构和设置在晶托机构上的振动机构。其中，切割机构绕设有金刚线网，晶托机构用于固定目标硅件100，并带动目标硅件100朝向金刚线网做进给运动，以使金刚线网切割目标硅件100。本实施例中，晶托机构布置在切割机构的正上方。

晶托机构包括与振动机构连接的工作台2、滑动设置在工作台2远离振动机构一端上的工件板3和设置在工件板3上的固定板4，固定板4用于固定目标硅件100。本实施例中，目标硅件100、固定板4、工件板3之间通过粘胶剂(未图示)粘接。为常规设置，在此不作赘述。

工件板3与工作台2之间设置有滑动结构5，滑动结构5包括滑槽51和插入至滑槽51内的滑块52，滑槽51设置在工件板3上，滑块52设置在工作台2上。本实施例中，该滑块52呈倒置的T型结构，滑槽51的形状与滑块52的形状相适配，滑槽51与滑块52相配合，以使工件板3与工作台2滑动连接。

为了避免工件板3与工作台2于宽度方向相对移动，工作台2的于宽度方向上的两侧还分别设置有限位条21，该限位条21自工作台2的侧边向下凸伸形成，并沿工作台2的长度方向延伸，两个限位条21与工作台2配合围合形成一卡槽22，至少部分工件板3被收容至该卡槽22内。需要说明的是，上述的宽度方向如图1中箭头a所示。

为了提高工件板3与工作台2装配后的稳定性，避免工件板3受振动机构与金刚线网切割目标硅件100时的振动影响，与工作台2之间产生晃动，带动目标硅件100晃动，影响切割效果，本实施例中，工件板3与工作台2之间还设置有弹性压紧件(未图示)，弹性压紧件用于固定工件板3与工作台2的相对位置。

以本实施例为例，该弹性压紧件布置在滑块52的水平部(未标号)与滑槽51的底壁(未标号)之间，当工件板3与工作台2装配后，滑块52与滑槽51挤压弹性压紧件以使其处于压缩状态，受弹性恢复力作用，弹性压紧件具有伸长趋势，弹性压紧件的两端分别施加反作用力至滑块52和滑槽51，以使滑块52的水平部的上表面，与滑槽51上对应位置的表面紧密贴合，避免滑块52于滑槽51内于高度方向上具有移动空间，以固定滑槽51与滑块52于高度方向上的相对位置，从而固定工件板3与工作台2于高度方向上的相对位置。其中，该弹性压紧件具体可以为弹簧。需要说明的是，上述的高度方向如图1中箭头b所示。

切割机构包括至少两个导轮6和绕设在至少两个导轮6外侧的金刚线网，至少一个导轮6被配置为绕其轴线转动以带动金刚线网转动。具体的，导轮6沿长度方向设置有若干限位槽(未图示)，至少两个导轮6的限位槽呈一对一配合形成用于缠绕金刚线1的走线轨道，若干金刚线1呈一对一缠绕在若干走线轨道内以组合形成金刚线网。导轮6通过驱动机构(未图示)进行驱动，具体可以为电机，为常规设置。

为了提高切割质量，本实施例中，金刚线网被配置为沿高度方向垂直切割目标硅件100，以使金刚线网的每条金刚线1在目标硅件100各处的力的作用大致相同。具体的，切割机构具有切割区，部分金刚线网位于切割区内以与目标硅件100相接触，且位于切割区内的部分金刚线网所在平面与目标硅件100的进给方向相垂直。以本实施例为例，目标硅件100的进给方向为高度方向。

本实施例中，以导轮6的数量设置为三个，且三个导轮6呈三角形排布为例进行说明。诚然，在其他实施例中，导轮6的数量也可设置为两个或者四个或者五个等，在此不做具体限定。具体的，于高度方向上，三个导轮6中的两个呈左右排布并位于剩余一个导轮6的上方，且位于上方的两个导轮6相水平。

上述的切割区形成在位于上方的两个导轮6之间，跨设在位于上方的两个导轮6，金刚线网跨设在位于上方的两个导轮6之间的部分与目标硅件100相接触以切割目标硅件100。需要说明的是，该切割区于高度方向的投影宽度大于目标硅件100的宽度，以使位于该切割区的金刚线网可以完整切割目标硅件100。

振动机构设置在晶托机构上，用于驱动晶托机构沿目标硅件100的进给方向振动。在金刚线网高速运动切割目标硅件100的同时，目标硅件100在晶托机构的带动下于进给方向振动，以使得金刚线1上的金刚石微粉11可以通过撞击、挤压使目标硅件100表面形成损伤层，再通过金刚石微粉11刮擦去除材料，以实现对目标硅件100的切割(如图2)。为了适用不同的切割需求，该振动机构的振动幅值可调。以本实施例为例，晶托机构和目标硅件100的振动方向为高度方向。

值得注意的，金刚线1自身的横向振动及纵向振动较强，为了避免目标硅件100的振动影响金刚线1的入切位置，以保证入切时金刚线1的稳定性，振动机构被配置为分段工作。

具体的，振动机构包括停止的第一工作状态和启动的第二工作状态。振动机构在第一工作状态时，金刚线网与目标硅件100未接触，或者，金刚线网进入目标硅件100的深度小于等于10mm。振动机构在第二工作状态时，金刚线网进入目标硅件100的深度大于10mm。

在切割过程中，工作台2按照工艺设定速度做进给运动。当金刚线网切入目标硅件100达到10mm以后，振动机构开始启用，工作台2开始按照设定振动频率进行振动，此时仍按照切割工艺执行，直到整个目标硅件100切割完成。

本实施例中，该振动机构具体为超声振动装置。振动机构包括超声换能器7和连接超声换能器7与工作台2的变幅杆8。振动机构的振动幅值范围为3微米-4微米，振动机构的振动频率为20KHz。诚然，在其他实施例中，振动机构的振动幅值和振动频率可根据切割需求进行调整，在此不作限定。

需要说明的是，超声换能器7的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。变幅杆8的主要作用是把机械振动的质点位移或速度放大，并将超声能量集中在较小的面积上即聚能。超声换能器7与变幅杆8均为现有技术，在此不作赘述。

最后应说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工作台振动切割装置，其特征在于，包括：

切割机构，包括至少两个导轮和绕设在至少两个所述导轮外侧的金刚线网，至少一个所述导轮被配置为绕其轴线转动以带动所述金刚线网转动；

晶托机构，用于固定目标硅件，并带动所述目标硅件朝向所述金刚线网做进给运动，以使所金刚线网切割所述目标硅件；以及

振动机构，设置在所述晶托机构上，所述振动机构用于驱动所述晶托机构沿所述目标硅件的进给方向振动。

2.如权利要求1所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述切割机构具有切割区，部分所述金刚线网位于所述切割区内以与所述目标硅件相接触，且位于所述切割区内的部分所述金刚线网所在平面与所述目标硅件的进给方向相垂直。

3.如权利要求2所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述振动机构包括停止的第一工作状态和启动的第二工作状态；

所述振动机构在第一工作状态时，所述金刚线网与所述目标硅件未接触，或者，所述金刚线网进入所述目标硅件的深度小于等于10mm；

所述振动机构在第二工作状态时，所述金刚线网进入所述目标硅件的深度大于10mm。

4.如权利要求3所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述振动机构的振动幅值可调。

5.如权利要求4所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述振动机构包括超声换能器和连接所述超声换能器与所述晶托机构的变幅杆。

6.如权利要求5所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述振动机构的振动幅值范围为3微米-4微米，所述振动机构的振动频率为20KHz。

7.如权利要求5所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述晶托机构包括与所述变幅杆连接的工作台、滑动设置在所述工作台远离所述变幅杆一端上的工件板和设置在所述工件板上的固定板，所述固定板用于固定所述目标硅件；

所述工件板与所述工作台之间设置有滑动结构，所述滑动结构包括滑槽和插入至所述滑槽内的滑块，所述滑槽设置在所述工件板上，所述滑块设置在所述工作台上。

8.如权利要求7所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述工件板与所述工作台之间设置有弹性压紧件，所述弹性压紧件用于固定所述工件板与所述工作台的相对位置。

9.如权利要求8所述的工作台振动切割装置，其特征在于，所述目标硅件、所述固定板、所述工件板之间通过粘胶剂粘接。

10.一种切割机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的工作台振动切割装置。