WO2022041849A1 - 硅棒加工设备及硅棒加工方法 - Google Patents

硅棒加工设备及硅棒加工方法 Download PDF

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Abstract

一种硅棒加工设备及硅棒加工方法,其中,硅棒加工设备上设有第一加工区位及第二加工区位,硅棒加工设备包括第一转换机构(40),可用于转换切割装置(20)与研磨装置(30)所处的加工区位,令第一、第二硅棒夹具(11,12)带动所夹持的硅棒沿硅棒轴线方向移动,在任一加工区位实现开方切割及研磨作业。

Description

硅棒加工设备及硅棒加工方法 技术领域
本申请涉及硅工件加工技术领域,特别是涉及一种硅棒加工设备及硅棒加工方法。
背景技术
目前,随着社会对绿色可再生能源利用的重视和开放,光伏太阳能发电领域越来越得到重视和发展。光伏发电领域中,通常的晶体硅太阳能电池是在高质量硅片上制成的,这种硅片从提拉或浇铸的硅锭后通过多线锯切割及后续加工而成。
现有硅片的制作流程,以单晶硅产品为例,一般地,大致的作业工序可包括:先使用硅棒截断机对原初的长硅棒进行截断作业以形成多段短硅棒;截断完成后,又使用硅棒开方机对截断后的短硅棒进行开方作业后形成单晶硅棒;再对各个单晶硅棒进行磨面、倒角等加工作业,使得单晶硅棒的表面整形达到相应的平整度及尺寸公差要求;后续再使用切片机对单晶硅棒进行切片作业,则得到单晶硅片。
不过,在一般情形下,在相关技术中,每个工序作业(例如切割开方、磨面、倒角等)所需的作业是独立布置,相应的加工装置分散在不同的生产单位或生产车间或生产车间的不同生产区域,执行不同工序作业的工件的转换需要进行搬运调配,且在执行每一工序作业之前可能都需要进行预处理工作,这样,工序繁杂,效率低下,且易影响硅棒加工作业的品质,需更多的人力或转运设备,安全隐患大,另外,各个工序的作业设备之间的流动环节多,在工件转移过程中提高了工件损伤的风险,易产生非生产因素造成的不合格,降低了产品的合格率及现有的加工方式所带来的不合理损耗,是各个公司面临的重大改善课题。
发明内容
鉴于以上所述相关技术的缺点,本申请的目的在于提供一种硅棒加工设备及硅棒加工方法,以解决现有技术中存在的硅棒加工中工序繁杂及效率低下的问题。
为实现上述目的及其他相关目的,本申请在第一方面公开了一种硅棒加工设备,包括:机座,具有硅棒加工平台;所述硅棒加工平台上设有第一加工区位和第二加工区位;至少一第一硅棒夹具,设于所述第一加工区位,用于夹持硅棒并带动所夹持的硅棒沿第一方向移动;其中,所述第一方向平行于硅棒轴线方向;至少一第二硅棒夹具,设于所述第二加工区位,用于夹持硅棒并带动所夹持的硅棒沿第一方向移动;切割装置,用于对所述硅棒加工平台的 第一加工区位或第二加工区位上的硅棒进行切割,以形成切割后硅棒;研磨装置,用于对所述硅棒加工平台的第二加工区位或第一加工区位上的切割后硅棒进行研磨;第一转换机构,与切割装置和研磨装置连接,用于驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位之间转换位置。
本申请在第二方面还公开了一种硅棒加工方法,应用于硅棒加工设备中,所述硅棒加工设备包括具有硅棒加工平台的机座、切割装置、研磨装置、第一硅棒夹具及第二硅棒夹具,其中,所述切割装置及研磨装置设置于连接于第一转换机构,所述第一硅棒夹具及第二硅棒夹具分别对应设于硅棒加工平台的第一加工区位及第二加工区位,包括以下步骤:令切割装置位于第一加工区位及研磨装置位于第二加工区位;令第一加工区位上的第一硅棒夹具装载第一待切割硅棒;令第一硅棒夹具夹持第一待切割硅棒沿第一方向移动以令切割装置相对第一待切割硅棒进给切割,获得截面为类矩形的第一切割后硅棒;其中,所述第一方向平行于硅棒轴线方向;令第一转换机构驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位间转换位置,以令切割装置位于第二加工区位及研磨装置位于第一加工区位;令第一硅棒夹具夹持第一切割后硅棒沿第一方向移动以配合研磨装置对所述第一切割后硅棒进行研磨,获得第一研磨后硅棒;以及令第二硅棒夹具装载第二待切割硅棒并夹持第二待切割硅棒沿第一方向移动以令切割装置相对第二待切割硅棒进给切割,获得截面为类矩形的第二切割后硅棒;对第一硅棒夹具所夹持的第一研磨后硅棒予以卸料并装载第三待切割硅棒;令第一转换机构驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位间转换位置,以令切割装置位于第一加工区位及研磨装置位于第二加工区位;令第一加工区位的切割装置对第三待切割硅棒进行切割以获得第三切割后硅棒,以及令第二加工区位的研磨装置对第二切割后硅棒进行研磨以获得第二研磨后硅棒。
综上所述,本申请的硅棒加工设备及硅棒加工方法具有如下有益效果:所述硅棒加工设备上设有第一加工区位及第二加工区位,即可在两个加工区位上同时进行硅棒加工作业,硅棒加工效率由此提高;同时,通过所述第一转换机构转换切割装置与研磨装置所处的加工区位,令硅棒夹具带动所夹持的硅棒沿硅棒轴线方向移动,在任一加工区位即可实现开方切割及研磨作业,硅棒在不同工序间的转运路径被化简;如此,本申请的硅棒加工设备在实现提高加工效率的同时简化了硅棒在不同工序间加工的转运路径,减少了工序流转的人力损耗、时间损耗及硅棒被损坏的风险。
附图说明
本申请所涉及的发明的具体特征如所附权利要求书所显示。通过参考下文中详细描述的示例性实施方式和附图能够更好地理解本申请所涉及发明的特点和优势。对附图简要说明书如下:
图1a及图1b显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中不同视图方向的结构示意图。
图2显示为本申请的硅棒加工设备的第一转换机构在一实施例中的结构示意图。
图3显示为本申请的硅棒加工设备的切割装置在一实施例中的结构示意图。
图4显示为本申请的硅棒加工设备的切割装置在一实施例中的结构示意图。
图5显示为图4中A处的放大示意图。
图6显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的部分结构示意图。
图7a及图7b显示为本申请的硅棒加工设备的硅棒夹具在一实施例中不同视图方向的结构示意图。
图8显示为图7a中的硅棒夹具的部分结构示意图。
图9显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的部分结构示意图。
图10显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的结构示意图。
图11显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中边皮承托机构的结构示意图。
图12显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的部分结构示意图。
图13显示为图7b中B处的放大示意图。
图14显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的结构示意图。
图15显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的硅棒截断装置的结构示意图。
图16a及图16b显示为本申请的硅棒加工设备的上料装置在一实施例中不同视图方向的结构示意图。
图17显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的上料装置的部分结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。
在下述描述中,参考附图,附图描述了本申请的若干实施例。应当理解,还可使用其他实施例,并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操 作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的,并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例,而并非旨在限制本申请。空间相关的术语,例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等,可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件或参数,但是这些元件或参数不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件或参数与另一个元件或参数进行区分。例如,第一硅棒夹具可以被称作第二硅棒夹具,并且类似地,第二硅棒夹具可以被称作第一硅棒夹具,而不脱离各种所描述的实施例的范围。第一硅棒夹具和第二硅棒夹具均是在描述一个硅棒夹具,但是除非上下文以其他方式明确指出,否则它们不是同一个硅棒夹具。相似的情况还包括第一加工区位与第二加工区位,或者第一夹持块与第二夹持块。
再者,如同在本文中所使用的,单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式,除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解,术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组,但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的,或意味着任一个或任何组合。因此,“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个:A;B;C;A和B;A和C;B和C;A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时,才会出现该定义的例外。
在相关的针对硅棒的加工作业技术中,会涉及到例如开方切割、磨面、倒角等若干道工序。
一般地,现有的硅棒大多为圆柱形结构,通过硅棒开方设备对硅棒进行开方切割,使得硅棒在开方处理后截面呈类矩形(包括类正方形),而已加工的硅棒整体呈类长方体形。
以单晶硅棒为例,单晶硅棒的形成工艺可包括:先使用硅棒截断机对原始的长硅棒进行截断作业以形成多段短硅棒;截断完成后,又使用硅棒开方机对截断后的短硅棒进行开方作业形成截面呈类矩形的单晶硅棒。其中,使用硅棒截断机对原初的长硅棒进行截断作业以形成多段短硅棒的具体实现方式可参考例如为CN105856445A、CN105946127A、以及CN105196433A等专利公开文献,使用硅棒开方机对截断后的短硅棒进行开方作业后形成截面呈类矩形的单晶硅棒的具体实施方式则可参考CN105818285A等专利公开文献。但单晶硅棒的形成工艺并不见限于前述技术,在可选实例中,单晶硅棒的形成工艺还可包括:先使用全硅棒开方机对原初的长硅棒进行开方作业以形成截面呈类矩形的长单晶硅棒;开方完成后,又使用硅棒截断机对开方切割后的长单晶硅棒进行截断作业形成短晶硅棒。其中,上述中使 用全硅棒开方机对原初的长硅棒进行开方作业以形成呈类矩形的长单晶硅棒的具体实现方式可参考例如为CN106003443A等专利公开文献。
在利用开方设备将圆柱形的单晶硅棒经开方切割形成类矩形的硅棒之后,可再利用研磨设备对类矩形的硅棒进行磨面、倒角等作业。
本申请的发明人发现,在相关的针对硅棒的加工作业技术中,涉及的开方、研磨(例如磨面、倒角等)等加工装置是彼此分散及独立布置的,执行不同工序作业的硅棒的转换需要进行搬运调配及加工前的预处理,存在工序繁杂及效率低下等问题。
有鉴于此,本申请提出了一种硅棒加工设备及硅棒加工方法,通过设备改造,在一个设备中集合了多个加工装置,能自动化实现硅棒的开方切割和研磨(例如磨面、倒角等),各个加工作业之间无缝衔接,节省人工成本且提高生产效率,提高硅棒加工作业的品质。
在此,本申请提供的硅棒加工设备包括机座,具有硅棒加工平台;所述硅棒加工平台上设有第一加工区位和第二加工区位;至少一第一硅棒夹具,设于所述第一加工平台,用于夹持硅棒并带动所夹持的硅棒沿第一方向移动;其中,所述第一方向平行于硅棒轴线方向;至少一第二硅棒夹具,设于所述第二加工平台,用于夹持硅棒并带动所夹持的硅棒沿第一方向移动;切割装置,用于对所述硅棒加工平台的第一加工区位或第二加工区位上的硅棒进行切割,以形成切割后硅棒;研磨装置,用于对所述硅棒加工平台的第二加工区位或第一加工区位上的切割后硅棒进行研磨;第一转换机构,与切割装置和研磨装置连接,用于驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位之间转换位置。
为便于对本申请的硅棒加工设备中结构布局与工作方式的阐述,本申请定义了第一方向、第二方向,其中,所述第一方向为硅棒加工设备中卧式置放的硅棒的轴心线(也称为轴线)方向,所述第一方向、第二方向与重垂线方向两两垂直。
由本申请提供的硅棒加工设备,切割装置与研磨装置可通过第一转换机构在第一加工区位及第二加工区位间切换,通过配合所述第一硅棒夹具及第二硅棒夹具,硅棒在任一加工区位内即可完成切割及开方的作业工序,简化了不同工序之间流转的程序并简化了设备,缩减了设备空间。
请参阅图1a及图1b,显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中于不同视图方向的简化结构示意图,其中图1a为立体示意图,图1b为侧视图。
如图所示,所述硅棒加工设备包括机座10、切割装置20、研磨装置20、第一硅棒夹具11、第二硅棒夹具12以及第一转换机构40。
所述机座10作为硅棒加工设备的主体部件,用于提供作业平台,在一种示例中,所述机座10的体积和重量均较大以提供更大的安装面以及更牢固的整机稳固度。应当理解,所述机座10可作为硅棒加工设备中不同的执行加工作业的结构或部件的底座,机座10的具体结构可基于不同的功能需求或结构需求变更;在一些示例中,所述机座10包括用于承接所述硅棒加工设备中不同部件的固定结构或限位结构如底座、杆体、柱体、架体等均为本申请所述的机座10。
同时,在一些示例中,所述机座10可以为一体的底座,在另一些示例中,所述机座10可以包括多个相独立的底座。
所述机座10具有硅棒加工平台,所述硅棒加工平台上设有第一加工区位及第二加工区位。所述第一加工区位及第二加工区位为可用于对硅棒进行切割开方与研磨作业的区位。
在此,所述第一硅棒夹具11与第二硅棒夹具12为分别对应于所述第一加工区位与第二加工区位的夹持装置,用于实现对硅棒的运动控制,通过夹持所述硅棒并带动所述硅棒沿第一方向运动,即可使得所述硅棒相对于切割装置20或研磨装置30沿第一方向运动,以实现预设的切割作业及研磨作业。在实际场景中,所述第一加工区位及第二加工区位上均可设置至少一硅棒夹具以令硅棒加工平台上第一加工区位及第二加工区位均可进行硅棒加工作业,由此提高生产效率。
所述切割装置20用于对所述硅棒加工平台的第一加工区位或第二加工区位上的硅棒进行切割,以形成切割后硅棒。
所述研磨装置30用于对所述硅棒加工平台的第二加工区位或第一加工区位上的切割后硅棒进行研磨。
所述第一转换机构40与切割装置20和研磨装置30连接,用于驱动切割装置20和研磨装置30在第一加工区位和第二加工区位之间转换位置。例如,切割装置20位于第一加工区位且研磨装置30位于第二加工区位,通过所述第一转换机构40可令所述切割装置20转换至第二加工区位且研磨装置30转换为第一加工区位,由此所述硅棒加工平台上的第一加工区位及第二加工区位可同时进行加工作业,在第一转换机构40驱动下任一加工区位上还可进行不同工序的加工作业。
在此,所述第一转换机构可设于所述第一加工区位与第二加工区位之间,第一转换机构可设置于机座上;又或,所述机座在第一加工区位与第二加工区位间具有容纳空间,例如所述机座呈U型,所述第一转换机构设于机座的容纳空间。
在此,本申请的硅棒加工设备中所述切割装置、研磨装置及第一转换机构可一体设置于所述机座,也可作为与机座相独立的部分,在实际应用中,所述切割装置、研磨装置及第一转换机构即可作为独立的销售单元。
在某些实施方式中,所述第一转换机构包括第一转轴,驱动所述第一转轴转动预设角度以使得所述切割装置和所述研磨装置在第一加工区位和第二加工区位之间转换位置。令所述切割装置与研磨装置共用所述第一转轴,在此设置下可令硅棒加工设备的结构布局更为紧凑,在实现切磨一体的多工序加工作业的同时有效控制整体的设备空间。
在某些实现方式中,可令所述切割装置与研磨装置连接于同一驱动装置,在所述转动驱动机构驱动下所述切割装置与研磨装置同时沿第一转轴转动,并同时实现所对应的加工区位的切换。应理解的,所述切割装置与研磨装置也可连接至不同驱动装置以分别独立的实现在第一加工区位及第二加工区位间的位置转换。
在一实施例中,所述第一转换机构还包括用于驱动所述切割装置及研磨装置转动的转动驱动机构,所述转动驱动机构包括:主动齿轮,轴接于动力驱动源;从动齿轮,啮合于所述主动齿轮且连接所述第一转轴。
请参阅图2,显示为本申请的硅棒加工设备的第一转换机构在一实施例中的部分结构示意图。
所述主动齿轮在驱动源423驱动下转动,由此带动所啮合的从动齿轮422转动,所述从动齿轮422可用于承载或连接所述研磨装置与切割装置,又或所述从动齿轮422可设置为与用于连接研磨装置及切割装置的壳体或筒体一体,例如,所述从动齿轮422的轮齿设于第一转换机构的壳体上;由此从动齿轮422可带动所述研磨装置与切割装置转动,在此示例下,所述第一转轴41的可以为所述从动齿轮422的轮轴,又或所述第一转轴41沿所述从动齿轮422的轮轴方向连接所述从动齿轮422。
在另一示例中,所述转动驱动机构为轴接于所述第一转轴的驱动电机(未予以图示),用于控制所述第一转轴转动预设角度以令所述研磨装置及切割装置在第一加工区位与第二加工区位间切换。
应当说明的是,在本申请提供的各示例中,所述第一转轴的具体结构不以轴体为限,例如,所述第一转轴还可以为用于连接所述研磨装置与切割装置的柱体、筒体或壳体,例如在图所示实施例中,所述第一转轴为用于设置所述研磨装置与切割装置的壳体,应当理解,所述第一转轴仅当用于实现在第一转轴转动时研磨装置与切割装置也发生沿轴的转动以实现在 第一加工区位与第二加工区位之间的切换即可。
所述第一转轴的方向及第一加工区位、第二加工区位的位置及位置关系具有多种设置方式,以实现切割装置与研磨装置切换加工区位。
在某些实施方式中,所述第一转轴设于重垂线方向,所述第一加工区位与第二加工区位设于第二方向的相对两侧;其中,所述第一方向、第二方向、以及重垂线方向两两垂直。
在此示例中,令所述研磨装置与切割装置连接于所述第一转换机构第二方向的相对两侧,在所述第一转换机构驱动下,所述研磨装置与切割装置沿第一转轴转动预设角度即可实现在第一加工区位与第二加工区位之间的切换。当所述第一加工区位与第二加工区位呈平行且相对设置,实际加工场景中,所述预设角度例如为180°;沿俯视方向,所述预设角度的方向可为顺时针或逆时针。
将所述第一转轴设于重垂线方向,由此在所述切割装置及研磨装置被驱动转动以切换加工区位的过程中,所述切割装置及研磨装置的重心高度不变,由此可提高切换过程的稳定性,有益于设备安全,及有利于减小第一转换机构的实现切割装置及研磨装置切换加工区位时的受力。
在本申请的硅棒加工设备中,所述切割装置中包括多个切割轮及绕于所述多个切割轮以形成的切割线锯,通过所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具带动硅棒沿第一方向运动,由此可将所述切割装置在执行切割作业时可设置为固定状态即可实现切割线锯与硅棒间的相对进给。传统的硅棒加工设备中需要通过令切割线锯在空间中移动以实现对待切割硅棒的切割的方式,由此需要为切割轮及切割线配置驱动装置及导向结构以实现切割线锯相对硅棒进给;在此,本申请切割装置的结构即可化简,切割轮可固定于切割装置的主体例如切割架上,并可省略令切割轮沿硅棒轴线方向运动的导向结构及驱动装置,即可缩减切割装置的结构与所占据的设备空间。
在某些实施方式中,所述切割装置包括:切割架及至少一线切割单元;其中,所述至少一线切割单元设于所述切割架,所述线切割单元包括:多个切割轮、过渡轮、以及切割线,所述切割线绕于所述多个切割轮及过渡轮以形成至少一切割线锯。
所述切割架连接于所述第一转换机构,所述切割架用于设置所述线切割单元,在此,切割架的具体结构可基于切割轮及过渡轮的布置需求设为不同形式,例如为柱体、梁体、板架。
在一些实施方式中,所述线切割单元中的多个切割轮及过渡轮连接于所述切割架,又或,所述多个切割轮及过渡轮通过支架、连接板、或安装框架设于所述切割架,在此,用于设置 多个切割轮及过渡轮的载体可以为不同形式,本申请不做限制。
请参阅图3,显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的切割装置的示意图。
在另一些实施方式中,如图3所示实施例,所述线切割单元22藉由线切割支座23设于所述切割架21。在此,所述线切割支座23作为将线切割单元22中多个切割轮221及过渡轮222关联于切割架21的载体,所述线切割支座23的具体形式可以为梁体、板架、支架等。
在一实现方式中,所述线切割支座23通过导轨或导柱等限位结构设于所述切割架21,其中,所述导轨或导柱沿线切割单元22中切割轮221轮面的垂线方向设置,以令所设置的线切割单元22具有沿切割轮轮面的垂线方向移动的自由度;在此设置下,所述线切割支座23即可在驱动源作用下沿切割轮221轮面的正交方向移动。
当所述线切割单元22沿切割轮221轮面的垂线方向移动,对应的,所述线切割单元22中的切割线锯沿切割轮轮面的垂线方向移动,所述切割线锯即实现相对于硅棒的轴心的远离或靠近,由此可调整对硅棒的切割量或切割位置。
所述切割轮221中设有至少一可用于缠绕切割线223的切割线槽,所述切割线槽可限定切割线223位置从而控制切割精度。任一所述切割线锯由切割线223缠绕于两个切割轮221间形成,所述两个切割轮221的位置及切割轮221间的位置关系可用于确定所述切割线锯的方向。
所述过渡轮222用于对切割线223进行换向或导向,又或,所述过渡轮222可用于调节所述切割线223的张力。
在本申请的硅棒加工设备中,在切割过程中,驱动所述切割线沿绕线方向运行,由硅棒夹具带动硅棒沿硅棒轴线方向即第一方向移动以实现相对切割线锯的进给。在一些示例中,所述切割线锯可设于第二方向或重垂线方向。
应当说明的是,所述切割线锯的方向仅当正交于所述硅棒轴线方向即可实现切割,因此,在具体场景中所述切割线锯的方向位于与第一方向相垂直的平面内即可,为便于控制对硅棒的切割量及切割轮、过渡轮布置,以及为便于描述本申请的切割装置的结构及部件的布置方式,以下实施例以切割线锯设于第二方向或重垂线方向为例进行说明。
在一实施例中,所述线切割单元包括:切割线;第一切割轮及第二切割轮,设于所述切割架,切割线绕于所述第一切割轮及第二切割轮以形成切割线锯;其中,所述第一切割轮的轮面与第二切割轮的轮面相平行或共面;第一过渡轮,邻设于所述第一切割轮,在牵引切割线的状态下令第一切割轮与第一过渡轮的切割线位于第一切割轮中用于缠绕切割线的第一切 割线槽所在平面内;第二过渡轮,邻设于所述第二切割轮,在牵引切割线的状态下令第二切割轮与第二过渡轮的切割线位于第二切割轮中用于缠绕切割线的第二切割线槽所在平面内;至少一第三过渡轮,设于所述第一过渡轮及第二过渡轮之间,用于牵引所述第一过渡轮与所述第二过渡轮之间的切割线,以令所述线切割单元中形成一切割容纳空间,所述切割容纳空间可容纳所述待切割硅棒且所述切割装置中仅有所述切割线锯与所述切割容纳空间相交。
所述切割轮轮面的方向与切割线锯的方向具有对应关系,应理解的,切割轮轮面与切割轮中任一切割线槽所在平面相平行,为控制切割精度及切割过程的稳定性,所述切割线锯应当位于用于缠绕切割线的切割线槽所在平面内;同时,在切割过程中,需令所述硅棒对切割线的施力方向平行于所述切割线槽,即所述切割轮轮面平行于切割方向,所述切割方向在开方作业中即为硅棒轴线方向。
在本申请的切割装置中,所述切割线锯位于第二方向或重垂线方向,对应的,所述切割轮轮面平行于第二方向及硅棒轴线方向即所述切割轮轮面位于水平面方向,或所述切割轮轮面平行于重垂线方向及硅棒轴线方向。
请参阅图4及图5,图4显示为本申请的切割装置的线切割单元在一实施例中的结构示意图,图5显示为图4中A处的放大示意图。
如图4所示示例中,所述切割装置包括相对设置的两线切割单元22,形成相平行的两切割线锯。结合参阅图5,任一所述线切割单元22中包括第一切割轮221a及第二切割轮221b,切割线223缠绕于所述第一切割轮221a及第二切割轮221b以形成一切割线锯。
所述第一切割轮221a中包括至少一第一第一切割线槽,任一所述第一切割线槽所在平面平行于第一切割轮轮面;所述第二切割轮221b中包括至少一第二切割线槽,任一所述第二切割线槽所在平面平行于第二切割轮轮面。
所述第一切割轮221a的轮面与第二切割轮221b的轮面相平行或共面,以令所述切割线223在缠绕于所述第一切割轮221a及第二切割轮221b时,分别对应的用于缠绕切割线223的第一切割线槽及第二切割线槽位于同一平面内,如此可令所述切割线锯的方向同时位于用于缠绕切割线223的第一切割线槽及第二切割线槽所在平面内。应当理解,切割线223在切割作用中处于运行状态,因此所述切割线锯由其所处的空间位置定义,在本申请的实施例中,缠绕与第一切割轮221a与第二切割轮221b之间的切割线223即为切割线锯。
应理解的,当切割线223绕于任一切割轮时,应当令所述切割轮两侧的切割线223均位于所述切割轮中用于缠绕切割线223的切割线槽所在平面内。
当切割线223绕于所述第一切割轮221a,第一切割线槽一端的切割线223由缠绕至所述第二切割轮221b以形成切割线锯,第一切割线槽另一端的切割线223缠绕至所述第一过渡轮222a。所述第一过渡轮222a邻设于所述第一切割轮221a,在牵引绕于所述第一切割轮221a的切割线223的状态下令绕于所述第一切割轮221a的切割线223位于第一切割轮221a中用于缠绕切割线223的第一切割线槽所在平面内。
当切割线223绕于所述第二切割轮221b,第二切割线槽一端的切割线223由缠绕至所述第一切割轮221a以形成切割线锯,第二切割线槽另一端的切割线223缠绕至所述第二过渡轮222b。所述第二过渡轮222b邻设于所述第二切割轮221b,在牵引绕于所述第二切割轮221b的切割线223的状态下令绕于所述第二切割轮221b的切割线223位于第二切割轮221b中用于缠绕切割线223的第二切割线槽所在平面内。
所述第一过渡轮222a及第二过渡轮222b分别具有至少一导线槽,用于牵引所述切割线223。所述第一过渡轮222a及第二过渡轮222b分别邻设于所述第一切割轮221a及第二切割轮221b,在此,所述邻设可以是左侧,右侧,上侧,下侧等,本申请不做限制。
应理解的,当切割线223绕于任一切割轮或过渡轮时,缠绕于切割轮或过渡轮的切割线223方向均为对应的切割线槽或导线槽切线方向。
所述至少一第三过渡轮222c设于所述第一过渡轮222a及第二过渡轮222b之间,用于牵引所述第一过渡轮222a与所述第二过渡轮222b之间的切割线223,以令所述待线切割单元中形成一切割容纳空间,所述切割容纳空间可容纳所述待切割硅棒且所述切割装置中仅有所述切割线锯与所述切割容纳空间相交。
在切割作业中,所述硅棒夹具带动所夹持的硅棒相对切割线锯沿硅棒轴线方向进给,所述切割容纳空间即为待切割硅棒从开始接触切割线223至移动到切割线223贯穿硅棒形成边皮的过程中硅棒的运动范围。
所述切割容纳空间可容纳待切割硅棒且所述切割装置中仅有所述切割线锯与所述切割容纳空间相交。应理解的,在切割过程中,硅棒夹具及所夹持的待切割硅棒在运动中与硅棒加工设备中其他部件包括切割线223(此处的切割线223除却切割线锯)碰撞是需要避免的问题;同时,为实现切割,在硅棒夹具夹持硅棒移动过程中切割线锯与硅棒相对进给,因此,应当确保所述切割容纳空间中包括且仅包括硅棒与切割线锯。
所述第一过渡轮222a、第二过渡轮222b及至少一第三过渡轮222c均可用于实现对切割线223方向的牵引,通过所述第三过渡轮222c牵引第一过渡轮222a与第二过渡轮222b之间 的切割线223以形成所述切割容纳空间。
在某些实施方式中,所述第一过渡轮222a、第二过渡轮222b及至少一第三过渡轮222c用于将所述切割线223牵引于远离待切割硅棒的方向。应理解的,所述第一切割轮221a与第一过渡轮222a间的切割线223、以及所述第二切割轮221b与第二过渡轮222b间的切割线223均位于用于缠绕切割线223的第一切割线槽(或第二切割线槽)所在平面内。为形成所述切割容纳空间,在一种实现方式中,可令第一切割轮221a与第一过渡轮222a之间、以及第二切割轮221b与第二过渡轮222b之间的切割线223长度足够长例如大于待切割硅棒长度,但在此设置下切割架所占设备空间过大,布局不合理。
在某些实施方式中,所述第一过渡轮222a、第二过渡轮222b、及至少一第三过渡轮222c用于将所述切割线223牵引远离所述切割容纳空间。
本申请提供了通过所述第一过渡轮222a、第二过渡轮222b及第三过渡轮222c以形成所述切割容纳空间的实施方式。在一实现方式中,所述第一过渡轮222a、第二过渡轮222b及第三过渡轮222c中至少一者的轮面与所述第一切割轮221a或第二切割轮221b的轮面间呈一定夹角,以使得切割线223偏离于用于缠绕切割线223的第一切割线槽(或第二切割线槽)所在平面,为优化所述切割装置与硅棒加工设备整体的结构布局,所偏离的方向可选为远离所述切割容纳空间的方向。
以所述切割装置中包括相对设置的两个线切割单元为例,呈如图4所示实施例,通过将所述第一过渡轮222a、第二过渡轮222b及第三过渡轮222c设置为朝向远离所述切割容纳空间的方向倾斜,又或将过渡轮设置在切割架上远离切割容纳空间的一侧,即可令所述切割线223远离所述切割容纳空间,在此布局下即可有效缩减线切割单元所需的设备空间,并有益于硅棒加工设备整体的设备布局。
在此,对任一所述线切割单元,所述远离所述切割容纳空间的方向为切割轮轮面的垂线方向的矢量,以图5所示实施例为例,相对的两个线切割单元对应的所述远离所述切割容纳空间的方向指向相反,分别为图示箭头所示方向。
在某些实施方式中,所述第一过渡轮222a的轮面与第一切割轮221a的轮面方向可呈一定角度,所述第二过渡轮222b的轮面与第二切割轮221b的轮面方向可呈一定角度。所述第一过渡轮222a设置的方向仅当令所述第一切割轮221a另一端的切割线223位于用于缠绕切割线223的第一切割线槽所在平面与第一过渡轮222a中用于缠绕切割线223的导线槽所在平面的交线内即可;以及所述第二过渡轮222b设置的方向仅当令所述第二切割轮221b另一 端的切割线223位于用于缠绕切割线223的第二切割线槽所在平面与第二过渡轮222b中用于缠绕切割线223的导线槽所在平面的交线内即可。
通过将所述第一过渡轮222a及第二过渡轮222b设置为与所述第一切割轮221a或第二切割轮221b的轮面间呈一定夹角,所述夹角方向为令第一过渡轮222a或第二过渡轮222b朝向远离所述切割容纳空间的方向倾斜,有利于减小所需的所述第三过渡轮222c的数量,以及有益于减小所述线切割支座在第一方向的长度。
在某些实施方式中,所述切割线223以首尾相接的方式绕于所述第一切割轮221a、第二切割轮221b、第一过渡轮222a、第二过渡轮222b及第三过渡轮222c之间以形成闭环切割线223。
线切割单元中的切割轮及过渡轮通过一环形切割线进行缠绕,在此示例下,所述切割装置即可省去贮丝筒,所述环形切割线藉由驱动装置运行即可实现切割。
在现有的切割装置中,切割线从放线筒缠绕至线切割单元中的切割轮及过渡轮间,并从所述线切割单元缠绕至收线筒,在切割作业中,所述切割线被驱动运行,切割线运行过程为交替进行的加速与减速过程;在本申请的切割装置中,线切割单元中的环形切割线可保持高速运行,同时,环形切割线在切割作业中可以同一运转方向运行。如此,本申请的线切割单元可实现高精度的切割作业,避免了现有的切割方式中切割线运行换向或运行速度导致的切割面具有波纹等问题;同时,所述环形切割线可有效减小线切割单元所需的切割线总长,降低生产成本。
在某些实施方式中,所述线切割单元中包括两个第三过渡轮,其中,所述切割线顺次缠绕于所述第一切割轮、第二切割轮、第二过渡轮、一第三过渡轮、另一第三过渡轮、第一过渡轮、第一切割轮以形成首尾相接的环形切割线。
请结合参阅图5,以所述第一切割轮221a为环形切割线223绕线的起点为例,所述切割线223从第一切割轮221a缠绕至第二切割轮221b,形成在两个切割轮间的切割线锯;从第二切割轮221b处切割线223顺次缠绕至第二过渡轮222b、一第三过渡轮222c、另一第三过渡轮222c、第一过渡轮222a、第一切割轮221a,由此形成首尾相接的环形绕线,同时,通过多个过渡轮对切割线223的牵引导向,所述线切割单元中形成所述切割容纳空间。
当然,应理解的,所述第一过渡轮222a、第二过渡轮222b及第三过渡轮222c相对于所述切割轮设置的位置及轮面的倾斜方向不以图示实施例为限,仅当令切割线223缠绕于线切割单元的多个切割轮及过渡轮之间时形成所述切割容纳空间即可。同时,所述线切割单元第 三过渡轮222c还可设置为三个、四个等,本申请不做限制。
在某些实施方式中,所述切割装置中还包括切割线驱动装置,用于驱动所述切割线运行以对硅棒进行切割。
线切割的原理是由高速运行的钢线带动附着在钢线上的切割刃料或者直接采用金刚线对待加工工件进行摩擦,从而达到线切割的目的。在此,所述切割线驱动装置即用于实现切割线运行。
在某些实施方式中,例如图3所示实施例,所述切割线驱动装置224为电机,具有动力输出轴且所述动力输出轴轴连接于所述第一切割轮或第二切割轮,如此,切割线可藉由所缠绕的切割轮带动以沿绕线方向运行。当然,在另一些具体实现方式中,所述切割线驱动装置还可为别的驱动源例如液力马达,仅当实现带动所述切割线运行即可,本申请不做限制。
在某些实施方式中,所述切割装置中还包括张力检测机构。在线切割加工中,切割线张力大小影响切割中的成品率和加工精度,所述张力检测机构进行张力检测并调整使切割线的张力达到设定的一定阈值并在切割中保持一恒定值或以恒定值为数值中心所允许的一定范围。
在一实现方式中,所述线切割单元中的过渡轮在实现对切割线的导向牵引时,同时作为切割线张力调节的张紧轮。
张紧轮用于调整切割线的张力,可以减少切割线的断线概率以减少耗材。在切割作业中,切割线的作用举足轻重,但即便最好的切割线,其延伸度及耐磨度也是有限度的,也就是说切割线在持续运行中会逐渐变细,直至最终被拉断。因此,现在的线切割设备一般都会设计切割线张力补偿机构,用于弥补切割线往返行走中的延伸度,采用张紧轮即是一种实施手段。
在申请的一些实施例中,所述张力检测机构至少包括:张力传感器,伺服电机以及丝杆;所述张力传感器设置于所述过渡轮上,不断感测所述过渡轮上切割线的张力值,并于该张力值小于预设值时发出驱动信号;所述伺服电机电性连接所述张力传感器,用于接收到所述张力传感器发出的驱动信号后开始工作;所述丝杆一端连接所述张紧轮,另一端连接所述伺服电机,并于伺服电机工作时牵引所述过渡轮进行单向位移,以调整所述切割线的张力。
在某些实施方式中,所述切割装置还包括:至少一调距机构,设于所述至少一线切割单元,用于驱动所述线切割单元中多个切割轮相对所述切割架沿垂直于切割轮轮面的方向移动。所述切割装置可基于调距机构实现切割线在切割轮不同切割槽之间的切换,又或调整切割线锯的位置以改变相对于硅棒的切割位置(或加工规格)。
在一些实现方式中,请结合图3、图4、图5,以切割装置中的一个线切割单元22为例进 行说明,线切割单元22中包括多个切割轮221及过渡轮222。用于承载所述多个切割轮221及过渡轮222的载体例如图4所示的线切割支座23,所述调距机构(未予以图示)可用于驱动所述线切割支座23整体沿切割轮221轮面的垂线方向移动,所述过渡轮222与切割轮221共同跟随线切割支座23发生沿切割轮221轮面的垂线方向的移动,在此状态下,所述多个切割轮221及过渡轮222为相对静止,即,过渡轮222与切割轮221之间的位置关系不变。此时,所述调距机构即用于调整所述至少一线切割单元22中至少一线割线锯相对于硅棒的切割位置。
在某些实施中,每一切割轮上具有至少两个切割线槽,不同切割线槽相互平行且不同切割线槽间具有切割轮轮面的垂线方向的切割偏移量。当所述调距机构用于驱动所述线切割单元中的多个切割轮相对于线切割支座移动,即可变换切割线绕于所述切割轮上的线槽位置。在一实现方式中,线切割单元中的多个切割轮例如可连接于支架,其中所述支架并活动设置于所述线切割支座并由所述调距机构驱动以沿切割轮轮面的垂线方向移动。
当所述至少一调距机构用于实现变换切割线绕于所述至少一线切割单元中多个切割轮的切割线槽,在实际场景中,可预先确定的换槽前后切割线所分别对应的切割线槽,例如,换槽前切割线所在位置为切割线槽a1,换槽后切割线绕于切割线槽a2,基于切割线槽a1与切割线槽a2之间的切割偏移量确定所述至少一调距机构驱动线切割单元中的多个切割轮移动的位移量,即将所述位移量设置为切割线槽a1与切割线槽a2之间的切割偏移量,即可用于实现切割线用切割线槽a1至切割线槽a2的更换;应当说明的是,所述至少一调距机构驱动线切割单元中多个切割轮在沿切割轮轮面的垂线方向移动的指向为切割线槽a2指向切割线槽a1的方向,换槽后所述切割线锯在空间中的切割位置不变,则省去了进一步校准切割轮或其他部件位置的步骤即可按照预设的切割量对硅棒进行切割,使得换槽过程被简化。
为进一步说明所述至少一调距机构实现对线切割单元中多个切割轮相对所述切割架沿垂直于切割轮轮面的方向移动的实现方式,本申请提供了以下实施例。当所述切割装置中的线切割单元数量不同,所述至少一调距机构的具体形式可作相应变化。
在一实施例中,所述线切割装置包括单线切割单元;所述调距机构包括:丝杆,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述单线切割单元螺纹连接;驱动源,用于驱动所述丝杆转动。
在此,所述单线切割单元即为一个线切割单元,线切割装置中的单线切割单元中包括多个切割轮,切割线缠绕于多个切割轮由此形成至少一切割线锯。所述调距机构的丝杆具有远端及近端,在具体实现方式中,例如可将丝杆近端连接至驱动源并在驱动源驱动下转动,丝 杆远端以螺纹连接至所述单线切割单元,藉由丝杆两端的连接方式,所述丝杆可基于驱动源传动发生转动并借助螺纹连接将丝杆转动转化为轴线位移,所述轴向位移方向为丝杆的设置方向即切割轮轮面的正交方向;通过调距机构中驱动源驱动丝杠转动即可实现单线切割单元在切割轮轮面的正交方向的位移,所述丝杠被驱动转动的旋向不同,即可实现单线切割单元的切割轮在切割轮轮面的正交方向的前进或后退。
在另一实施例中,所述线切割装置包括单线切割单元;所述调距机构包括:伸缩件,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述单线切割单元关联;驱动源,用于驱动所述伸缩件沿切割轮轮面的正交方向作伸缩运动。在此,所述伸缩件可设置为杆体结构且杆体延伸方向即为切割轮轮面的正交方向,所述伸缩件在驱动源驱动下可沿其延伸方向伸缩运动,伸缩件一端可连接至所述驱动源,可伸缩的自由端关联所述单线切割单元,即可在驱动源作用下带动所述单线切割单元的切割轮在切割轮轮面的正交方向移动。所述伸缩件例如为电动伸缩杆,又如为连接至气缸锥杆的连接杆,所述气缸即可作为驱动源,本申请不做限制。所述伸缩杆关联至所述单线切割单元的方式可为直线连接或间接连接,例如可直接连接至单线切割单元的线切割支座或切割轮支架,又或通过支座或轴承间接连接至所述单线切割单元。应当理解,所述伸缩件伸张或收缩即可对应于单线切割单元沿切割轮轮面的正交方向的前进或回退。
在此,在本申请提供的实施例中,所述关联例如可通过卡合、螺锁、粘接、及焊接中的一种或多种实现,例如在上述实施例中,所述伸缩杆可通过卡合、螺锁、粘接、及焊接中的一种或多种方式关联所述线切割单元;当然,所述关联的实现方式并不以此为限,而旨在于实现在第二方向的传动。
在又一实施例中,所述线切割装置包括单线切割单元;所述调距机构包括:齿条,沿切割轮轮面的正交方向设置于所述单线切割单元;传动齿轮,与所述齿条啮合;驱动源,用于驱动所述传动齿轮转动。所述传动齿轮在驱动源驱动下转动,啮合于所述传动齿轮的齿条相应的沿齿条步骤方向移动,在此示例中,藉由所述齿条与传动齿轮配合,即可将驱动源驱动的转动运动转化为沿齿条方向的线运送,所述齿条沿切割轮轮面的正交方向设于所述单线切割单元,即可带动所述单线切割单元的切割轮沿切割轮轮面的正交方向移动。同时,由所述驱动源控制切换所述传动齿轮的旋向,即可使得所述单线切割单元的多个切割轮沿切割轮轮面的正交方向前进或回退。
在一实施例中,所述切割装置包括沿平行且相对设置的第一线切割单元和第二线切割单元,所述第一线切割单元和第二线切割单元中的至少一者通过所述至少一调距机构驱动沿切 割轮轮面的正交方向移动,用于调整所述第一线切割单元中至少一切割线锯与所述第二线切割单元中至少一切割线锯之间的线割线锯间距、或者变换切割线绕于所述第一线切割单元中多个切割轮的切割线槽和/或所述第二线切割单元中多个切割轮的切割线槽。
所述至少一调距机构即可设置为连接至所述第一线切割单元或第二线切割单元,又或同时关联所述第一线切割单元和第二线切割单元,以驱动所连接或关联的第一线切割单元或/及第二线切割单元中的多个切割轮沿切割轮轮面的正交方向移动。
在一实施例中,所述调距机构包括:丝杆,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述第一线切割单元或所述第二线切割单元螺纹连接;以及驱动源,用于驱动所述丝杆转动。所述丝杆与驱动源驱动第一线切割单元或所述第二线切割单元中多个切割轮在切割轮轮面的正交方向移动的方式与前述实施例类似,被调距机构驱动的所述第一切割单元或所述第二线切割单元可看作单线切割单元,此处不做赘述。应当理解,在任一线切割单元上设置所述调距机构,即可实现第一线切割单元与第二线切割单元间形成的相平行的切割线锯间距增加及减小,所述线切割装置即可将硅棒切割为不同规格。
在另一实施例中,所述调距机构包括:伸缩件,沿切割轮面的正交方向设置且与所述第一线切割单元或所述第二线切割单元关联;驱动源,用于驱动所述伸缩件沿切割轮轮面的正交方向作伸缩运动。在此,设置有所述调距机构的所述第一切割单元或所述第二线切割单元即可看作单线切割单元,具体实现方式可参照前述实施例,此处不再赘述。
在又一实施例中,所述调距机构包括:齿条,沿切割轮轮面的正交方向且与所述第一线切割单元或所述第二线切割单元关联;传动齿轮,与所述齿条啮合;驱动源,用于驱动所述传动齿轮转动。通过相啮合的传动齿轮与齿条,所述驱动源可控制所述齿条沿齿条方向线运动,关联于所述齿条的第一线切割单元或第二线切割单元可藉由所述齿条带动多个切割轮沿切割轮轮面的正交方向移动。
在一实施例中,所述调距机构包括:双向丝杆,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述第一线切割单元和所述第二线切割单元螺纹连接;以及驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述第一线切割单元和所述第二线切割单元沿切割轮轮面的正交方向相向移动或相背移动。在一种实施方式中,所述双向丝杆为双螺纹丝杆,所述双向丝杆两端分别设有有螺纹且螺纹方向相反,所述驱动源可设置在双向丝杆的任一一端以带动双向丝杆沿丝杆轴转动,藉由双向丝杆两端方向相反的螺纹,所述双向丝杆在驱动源驱动下转动时双向丝杆两端的运动被转化为方向相反的轴向线运动,所述轴向即设置双向丝杆的切割轮轮面的正交方向。在所述驱 动源驱动下,所述第一线切割单元与第二线切割单元所分别对应的多个切割轮即可相向运动或相背运动。
在某些实施方式中,所述调距机构为设于所述至少一线切割单元的伺服电机。在实际场景中,在所述线切割装置的至少一线切割单元上或每一线切割单元上设置伺服电机,由所述伺服电机控制对应的线切割单元在切割轮轮面的正交方向的位移。所述线切割单元可预先确定的换槽的切割偏移量或切割线变换切割位置的调整量,藉由伺服电机精确定位的功能带动所述线切割单元中多个切割轮以预设位移量沿切割轮轮面的正交方向运动。例如,所述线切割装置中设有单线切割单元,所述单线切割单元上设有伺服电机以带动所述单线切割单元沿切割轮轮面的正交方向移动;又如,所述线切割装置中设有第一线切割单元和第二线切割单元,所述第一线切割单元或/和第二线切割单元在其对应的伺服电机带动下相对独立的沿切割轮轮面的正交方向移动。在某些示例中,所述伺服电机也可更换为行进电机与行进丝杠,应理解的,所述调距机构为驱动线切割单元中多个切割轮相对切割架移动的驱动装置,其具体形式本申请不做限制。
在某些实施方式中,所述第一硅棒夹具通过第一导向结构设于所述第一加工区位,其中,所述第一导向结构为沿第一方向设置的转移导轨或导柱;所述第二硅棒夹具通过第二导向结构设于所述第二加工区位,其中,所述第二导向结构为沿第一方向的设置转移导轨或导柱。
请参阅图6,显示为所述硅棒加工设备在一实施例中的部分结构示意图。如图显示为第一硅棒夹具或第二硅棒夹具中的任一者及其对应的导向结构。
为便于对本申请的硅棒加工设备的说明,本申请提供的以下各实施例中,名词“导向结构”可表示所述第一导向结构或第二导向结构中的任意一者;名词“硅棒夹具”可表示所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具中的任意一者;即,所述第一导向结构与第二导向结构、以及所述第一硅棒夹具与第二硅棒夹具可依所处的加工区位位置进行区分,在具体结构上类似。当然,所述第一硅棒夹具与第一导向结构相对应,所述第二硅棒夹具与第二导向结构相对应;类似的,“加工区位”可表示第一加工区位或第二加工区位中的任一者。
以下第一导向结构与对应的第一硅棒夹具为例进行说明。如图6所示实施例,所述导向结构131包括沿第一方向即硅棒轴线方向设置的转移导轨,所述转移导轨用于设置对应的硅棒夹具11以令所述硅棒夹11具可沿第一转移导轨移动。
应理解的,所述导向结构131的具体形式不以图6所示实施例为限,所述导向结构131实现设置对应的硅棒夹具11,并形成所述沿硅棒轴线方向运动的自由度即可;在具体实现方 式中,所述导向结构131包括但不限于导向柱、横梁、导轨、导槽等。
所述导向结构131的长度可确定对应的硅棒夹具11沿硅棒轴线方向的位移范围,所述位移范围至少可用于实现开方切割及研磨。在此,所述硅棒加工设备中切割装置及研磨装置在切割状态或研磨状态下,均不发生沿硅棒轴线方向的运动,由硅棒夹具11带动所夹具的硅棒沿硅棒轴线方向运动以实现切割线或研磨磨具相对于硅棒的进给;对应的,所述导向结构131的长度至少可确保所对应的硅棒夹具11的位移范围可实现开方及研磨。
在一些示例中,所述导向结构131设置为其长度与机座10相等,如此,当所述机座10中沿硅棒轴线方向分别设置有不同区位,例如上料区位、卸料区位、加工区位等,所述硅棒夹具11可带动所夹持的硅棒运动以分别对接于上料区位、卸料区位以及加工区位。
应理解的,在本申请的硅棒加工设备中,由硅棒夹具带动所夹持的硅棒运动以实现切割,在切割加工过程中,应当使得所述硅棒夹具与切割装置中的部件(包括切割线)之间不发生碰撞,则所述硅棒夹具的具体结构与所述切割装置相关。
在某些实施方式中,所述至少一切割线锯沿第二方向设置,所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具中的任一者包括:夹臂安装座,设于所对应的转移导轨或导柱;动力源,用于驱动所述夹臂安装座沿所对应的转移导轨或导柱移动;一对夹持部,沿第一方向相对设置,用于夹持硅棒的两个端面;一对夹臂,设于水平面方向,其中每一夹臂具有连接于所述夹臂安装座的近端以及连接于所述夹持部的远端;夹臂驱动机构,用于驱动一对夹臂中的至少一个沿第一方向移动以调节所述一对夹臂沿第一方向的间距。
请结合参阅图1a,图7a、图7b,其中,图7a、图7b分别显示为任一所述硅棒夹具及对应的导向结构的俯视图与立体示意图。
为便于理解,以下以位于第一加工区位的硅棒夹具11及导向结构121进行说明。
所述切割装置20包括相对设置的两个线切割单元,切割装置20中包括相平行的沿第二方向两条切割线锯,在待切割硅棒相对切割线锯进给的过程中,即在硅棒表面形成相对的两个沿水平面方向的切面。
所述硅棒夹具11包括用于在硅棒两个端面进行夹持的一对夹臂113,其中,所述夹臂113的远端连接有用于接触硅棒端面的夹持部114,夹臂113近端连接至夹臂安装座111,所述夹臂安装座111活动设置于所述导向结构并在动力源112驱动下沿导向结构移动,由此带动所述夹臂113及夹臂113远端的夹持部114沿导向结构移动;所述动力源112例如为伺服电机,本申请不做限制。所述硅棒夹具11还包括夹臂驱动机构115,用于驱动一对夹臂113中的至 少一个沿第一方向移动以调节所述一对夹臂113沿第一方向的间距,如此所述一对夹臂113的远端分别连接的夹持部114即可在夹臂驱动机构115作用下相互靠近或远离,以执行对硅棒的夹持或释放动作。应理解的,所述硅棒轴线沿第一方向,为实现在硅棒的两个端面执行对硅棒的夹紧,所述一对夹臂113的远端分别对应的夹持部114沿第一方向相对设置。所述一对夹臂113沿水平方向设置,当所述动力源112驱动所述夹臂安装座111带动夹臂113及其所夹持的硅棒沿导向结构移动时,运动中的所述夹臂113可避让所述切割线锯。在另一些可行的实现方式中,所述一对夹臂113也可设置为与水平面具有一定夹角,仅当确保所述硅棒夹具11移动以实现切割的过程中所述夹臂113的移动范围与所述切割线锯相离。
在某些实施方式中,所述夹臂驱动机构115包括丝杆,沿第一方向设置且与所述一对夹臂113中的任意一个关联;驱动源,用于驱动所关联的夹臂113沿第一方向移动。
所述夹臂驱动机构的丝杆具有远端及近端,在具体实现方式中,例如可将丝杆近端连接至驱动源并在驱动源驱动下转动,丝杆远端以螺纹连接至所述一对夹臂中的任意一个,藉由丝杆两端的连接方式,所述丝杆可基于驱动源传动发生转动并借助螺纹连接将丝杆转动转化为轴线位移,所述轴向位移方向为丝杆的设置方向即第一方向;通过驱动源驱动丝杠转动即可实现丝杆远端所连接的夹臂在第一方向的移动,所述丝杠被驱动转动的旋向变更,即可实现所关联的夹臂在第一方向的前进或后退。
在某些实施方式中,所述夹臂驱动机构包括:双向丝杆,沿第一方向设置且在两端与所述一对夹臂螺纹连接;驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述一对夹臂沿第一方向相向移动或相背移动。
请结合参阅图7a、图7b,在一实现方式中,所述夹臂驱动机构115的双向丝杆在两端与所述一对夹臂113螺纹连接,及所述双向丝杆为双螺纹丝杆且两端的螺纹方向相反,所述驱动源可设置在双向丝杆的任意一端或连接至所述双向丝杆(例如图7b所示状态)以带动双向丝杆沿丝杆轴转动,藉由双向丝杆两端方向相反的螺纹,所述双向丝杆在驱动源驱动下转动时双向丝杆两端的运动被转化为方向相反的沿丝杠轴向及第一方向的线运动。在所述驱动源驱动下,所述一对夹臂113即可在第一方向相向运动或相背运动。
在一实施方式中,所述夹臂安装座111可以为通过所述夹臂驱动机构115连接的多个安装座,如图7a、图7b所示实施例中,所述一对夹臂113中的任一个对应于一夹臂安装座111,所述驱动源设于一对夹臂113之间的夹臂安装座111上,在此,任一夹臂113可沿所述导向结构131移动;当所述硅棒夹具需整体沿导向结构131移动时,例如可令所述夹臂驱动机构 115的驱动源控制所述一对夹臂131相对静止,此时可藉由夹臂驱动机构115的连接作用使得不同安夹臂装座111相对静止,所述硅棒夹具的动力源可驱动任一夹臂安装座111沿导向结构131移动即可实现硅棒夹具发生整体移动。
在又一实现方式中,所述夹臂驱动机构包括第一齿条、第二齿条以及驱动齿轮;所述第一齿条与第二齿条分别联动于一夹臂,所述驱动齿轮连接于驱动电机的动力输出轴(未予以图示)并与所述第一齿条及所述第二齿条相啮合,所述驱动齿轮用于在正向转动时带动所述一对夹臂相向运动以执行夹持动作,在逆向转动时带动所述一对夹臂背向运动以执行释放动作。
在某些实施方式中,所述第一硅棒夹具与第二硅棒夹具中的任一者还包括夹持部转动机构,用于驱动所述夹持部旋转。
在本实施例的一实现方式中,所述一对夹臂113对应的夹持部114设置有可转动的结构如可转动的底座,所述夹持部转动机构116可设置为驱动至少一夹臂113对应的夹持部114转动。所述夹持部转动机构116驱动夹持部114以所述第一方向为轴线旋转,由此令所夹持的硅棒发生沿硅棒轴线的转动。在切割及研磨作业中,通过所述夹持部转动机构116驱动硅棒沿其轴线转动,即可调整所夹持的硅棒相对于切割线锯的位置关系,由此可确定切割装置对硅棒的切割面,以及可调整所夹持的硅棒相对于研磨装置的位置关系以确定相对于硅棒的研磨面,即所述硅棒夹具可配合切割装置与研磨装置实现对硅棒不同切割面及研磨面的选择与控制。
在某些实施方式中,所述夹持部具有多点接触式夹持头,应当理解的是,所述多点接触式夹持头与硅棒端面间的接触方式并不限于点接触,所述夹持部例如具有多个凸出部以接触硅棒端面,其中每一凸出部与硅棒端面可为面接触。在一实现方式中,所述夹持部的凸出部还可通过沿第一方向的弹簧连接至夹持部底座,由此可形成多点浮动接触,以令所述硅棒夹具在夹持硅棒端面时可适应于硅棒端面的平整度以夹紧硅棒。在一些示例中,所述夹持部用于接触硅棒端面的夹持端还可通过万向机构例如万向球连接至夹持部底座,所述夹持部由此可适应于夹紧具有不同倾斜度的硅棒端面。
在某些实施方式中,所述硅棒夹具的一对夹持部用于接触所述硅棒部分设置为刚性结构,以防止所夹持的硅棒在切割作业及研磨作业中被扰动而影响加工精度。
请参阅图8,显示为图7a的硅棒夹具的夹持部的放大结构示意图。如图8所示,所述夹持部114包括可旋转的底座与设置在底座上的一系列凸出触点1141,所述每一触点1141具 有一接触平面。所述圆台在夹持部转动机构116的带动下转动,在本实施例的一实现方式中,所述触点1141的凸出长度即在第一方向的位置可调节,使得在对夹持硅棒的过程中,对端面平整度较低的硅棒,可根据硅棒端面调整触点1141的凸出长度,使得每一接触面与硅棒端面处于贴紧状态。
在本申请的一实施例中,一对夹臂对应的夹持部中其中一者还可设置有压力传感器,以基于所检测的压力状态调整触点的凸出长度或,又或可基于所述压力传感器的检测数据控制所述夹臂驱动机构以确定所述一对夹臂在第一方向的间距。通常地,在夹持硅棒的过程中,硅棒夹具的一对夹臂在夹臂驱动机构的驱动下沿第一方向相互靠近,至所述夹持部与所需夹持的硅棒的端面相接触,当所述夹持端设置有多个触点并探测到部分触点与所接触硅棒的端面接触的压力值小于一设定值或设定区域时,可通过调整触点的凸出长度(一般为朝向硅棒端面靠近方向)以改变夹紧度;又或者,在对硅棒进行夹持的过程中,通过所述夹臂驱动机构驱动一对夹臂朝向硅棒两端的端面相互靠近以实现夹持,在所述夹持端与硅棒端面接触后,由压力传感器检测硅棒的夹紧程度,当达到设定的压力范围时即夹臂驱动机构控制所述一对夹臂停止相向运动,即可保持对硅棒的夹紧状态。
在某些实施方式中,所述至少一切割线锯沿重垂线方向设置。在所述切割线锯沿重垂线方向设置的一些实施例中,所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具中的任一者包括:夹臂安装座,设于所对应的转移导轨或导柱;动力源,用于驱动所述夹臂安装座沿所对应的转移导轨或导柱移动;一对夹持部,沿第一方向相对设置,用于夹持硅棒的两个端面;一对夹臂,设于所述第二方向的垂面内,其中每一夹臂具有连接于所述夹臂安装座的近端以及连接于所述夹持部的远端;夹臂驱动机构,用于驱动一对夹臂中的至少一个沿第一方向移动以调节所述一对夹臂在第一方向的间距。
在此,所述硅棒夹具的夹臂安装座、所述一对夹持部、以及夹臂驱动机构可参照前述实施例,此处不再赘述。应当注意的是,所述硅棒夹具中一对夹臂设于所述第二方向的垂面内,所述第二方向的垂面即与第二方向相垂直的平面,以令所述一对夹臂与所夹持的硅棒在沿导向结构移动的过程中,所夹持的硅棒接触切割线锯,同时所述一对夹臂与切割线锯相离。在另一些可行的实现方式中,所述一对夹臂也可设置为其他方向,仅当确保所述硅棒夹具移动以实现切割的过程中所述夹臂的移动范围与所述切割线锯相离。
在所述切割线锯沿重垂线方向设置的一些实施例中,所述第一硅棒夹具与第二硅棒夹具中的任一者还包括夹持部转动机构,用于驱动所述夹持部旋转;具体实现方式可参照前述实施例,此处不再赘述。
在所述切割线锯沿重垂线方向设置的一些实施例中,所述夹臂驱动机构包括:丝杆,沿第一方向设置且与所述一对夹臂中的任意一个关联;驱动源,用于驱动所关联的夹臂沿第一方向移动;具体实现方式可参照前述实施例,此处不再赘述。
在所述切割线锯沿重垂线方向设置的一些实施例中,所述夹臂驱动机构包括:双向丝杆,沿第一方向设置且在两端与所述一对夹臂螺纹连接;驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述一对夹臂沿第一方向相向移动或相背移动;具体实现方式可参照前述实施例,此处不再赘述。
在所述第一加工区位及第二加工区位上,通过协调所述切割装置与对应的硅棒夹具间的相对运动以实现切割。在一些示例中,所述硅棒加工设备中还设有上料区位及卸料区位,例如图1所示,当所述上料区位与所述加工区位沿第一方向相邻设置,硅棒夹具总是从上料区位夹持待切割硅棒后沿图示箭头方向将待切割硅棒转运至加工区位。
应理解的,在切割过程中,硅棒相对所述切割线锯的进给方向为朝向切割轮轴心的一侧,以防止在切割中将切割线拨离切割线槽,呈如图1a所示实施例,所述硅棒夹具应当以图示箭头方向带动待切割硅棒相对切割线锯进给以实现切割。
在某些实施场景中,所述调距机构还可用于令切割线锯移动以避让待切割硅棒,例如,当所述切割装置包括相对设置的两个线切割单元,在一次切割中可在硅棒表面形成两个侧面,则需要令硅棒夹具驱动硅棒沿其轴线转动一定角度,而后切割线锯对硅棒进行第二次切割以获得截面为矩形或类矩形的切割后硅棒。在执行了第一次切割后,硅棒夹具带动所夹持的硅棒沿第一方向移位以回到临近上料区位的一侧,所述调距机构可驱动切割线锯沿远离硅棒的方向移动以避免与硅棒互相干扰,当所述硅棒的位置回到临近上料区位的一侧,硅棒相对所述切割线锯的进给方向为朝向切割轮轴心的一侧,基于对硅棒预设的切割量重新调整切割线锯的位置即可执行第二侧切割,由此获得切割后硅棒。
当切割装置切割形成切割后硅棒后,所述第一转换机构驱动切割装置与研磨装置转换位置,由此研磨装置可对切割后硅棒进行研磨,切换至另一加工区位的切割装置对待切割硅棒进行切割。但在此场景下,当所述切割装置在第一加工区位及第二加工区位间切换时,从所述切割线锯朝向切割轮轴心的方向改变,例如在切换加工区位前后切割线锯朝向切割轮轴心的方向间呈180°倒置。
以图1视图中所述切割装置位于第一加工区位为例,在一实施场景中,当所述切割装置转换为第二加工区位后,可令所述切割线锯随同线切割支座移动以避让待切割硅棒,当待切 割硅棒移动至远离上料区位的一端后,重新调整切割线锯的切割位置,令所述第二硅棒夹具夹持待切割硅棒沿图1所示箭头的反方向移动以令待切割硅棒相对切割线锯进给,由此即可实现切割作业。
在另一实施场景中,所述切割装置还包括第二转轴,用于令所述切割架相对所述第一转换机构沿第二转轴方向转动;其中,所述第二转轴设于重垂线方向或第二方向,所述第一方向、第二方向及重垂线方向两两垂直。
令所述切割架沿第二转轴转动,即可改变在不同加工区位处切割线锯朝向切割轮轴心的方向。请参阅图9,显示为一实施例中所述硅棒加工设备的部分结构示意图。如图9所示示例中,所述第二转轴与切割线锯223均设于第二方向,从切割线锯223指向切割轮221轴心为一第一方向的矢量。请结合参阅图1a及图9,当令所述切割架沿第二转轴转动180°,切割线锯223朝向切割轮221轴心的方向仍沿第一方向但指向相反。在此设置下,当所述切割装置在第一加工区位及第二加工区位间转换位置时,可通过所述第二转轴调整所述切割线锯指向切割轮轴心的方向,如此可化简硅棒夹具为实现切割作业的转运路径,例如,图9视图中切割装置位于第一加工区位,当切割装置在第一加工区位将待切割硅棒切割形成切割后硅棒后,由第一转换机构驱动切割装置转换至第二加工区位;在此,还可令所述切割架沿第二转轴转动以使得第二加工区位处切割装置中切割线锯223朝向切割轮221轴心的方向与图示状态中相同,所述第二硅棒夹具即可在上料区位装载待切割硅棒后带动待切割硅棒相对切割线锯进给以实现切割。
所述切割装置中切割线锯可设置为沿第二方向或重垂线方向,对应的所述第二转轴可设置为平行于所述切割线锯,即沿第二方向或重垂线方向;当令所述第二转轴方向、第一方向、与切割线锯方向两两垂直,所述第二转轴方向即沿重垂线方向或第二方向。
在此,在所述第二转轴沿第二方向的实施方式中,所述切割架及至少一线切割单元例如可通过所述第二转轴连接至所述第一转换机构,所述切割架及设置于切割架上的至少一线切割单元可沿第二转轴转动;在所述第二转轴沿重垂线方向的实施方式中,所述第二转轴可连接于一承载架,所述承载架连接所述第一转换机构,所述切割架及设置于切割架上的至少一线切割单元沿第二转轴相对所述承载架转动,即发生相对第一转换机构的转动。
在某些实现方式中,所述切割装置还包括与所述第二转轴相配置的转动驱动装置,以控制所述切割架及至少一线切割单元沿第二转轴方向的转动。
在一些实施方式中,所述硅棒加工设备中还包括边皮卸料区位,所述边皮卸料区位可沿 第一方向与所述加工区位相邻设置。请参阅图10,显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的简化示意图。在此示例下,为便于实现对边皮的转运,可令所述硅棒夹具相对切割线锯进给的方向为朝向边皮卸料区位的方向(即图10所示箭头方向),所述切割装置在不同加工区位间转换后,藉由所述第二转轴可令切割线锯指向切割轮轴心的方向被调整为指向边皮卸料区位的方向(即图10所示箭头方向),如此可化简对边皮的卸料流程或可化简用于边皮卸料的结构。
在某些实施方式中,所述硅棒加工设备还包括边皮承托机构,用于抵靠硅棒外侧并承托切割形成的边皮。
在实际生产中,将切割形成的边皮予以卸除可防止切割后硅棒在转运中与边皮碰撞,同时,将边皮在卸除可对其实现再利用。在本申请的硅棒加工设备中,硅棒夹具所夹持的待切割硅棒呈卧式状态,由此切割形成的边皮也呈卧式。在此示例下,切割中需要对边皮进行承托以协助实现对边皮的卸除;同时,呈卧式的硅棒在切割中形成的边皮不再受到硅棒夹具的夹持力,在切割线锯未完全贯穿硅棒前,边皮与硅棒的连接部分可能受边皮的重力形成的力矩作用而断裂(也可称为崩边),如此,本申请的边皮承托机构还可通过承托所述边皮以防止崩边。
在某些实施方式中,所述边皮承托机构包括:承托组件,包括:承托部,受抵靠并承托所述边皮;气缸或液压泵,包括伸缩部,所述伸缩部连接于所述承托部以控制所述承托部远离或抵靠所述边皮;安装部,用于将所述承托组件连接于所述切割装置。
所述承托组件可藉由所述安装部连接至所述切割架,在某些示例中,所述安装部与所述切割架可拆卸连接,基于对所述硅棒承托位置需要,可将所述安装部设于切割装置上的不同位置。例如在一种示例中,所述切割装置中线切割单元藉由线切割支座设于切割架,所述安装部设于所述线切割支座。
所述承托组件包括承托部,所述承托部用于接触并抵靠硅棒以实现对边皮的承托作用,应当说明的是,在本申请的各实施例中,所述承托作用即为施力于所述边皮以令边皮维持稳定的状态,以所述切割线锯在第二方向为例,切割形成的边皮位于硅棒上侧或下侧,此时所述承托部可对硅棒下侧的边皮提供支持力以防止边皮断裂,由此可令所述边皮维持稳定状态;又或当所述切割线锯设于重垂线方向,切割形成的边皮位于硅棒旁侧(左侧或/及右侧),所述承托部可设置为与硅棒外侧弧面相适应的结构以提供对边皮的支持力,或通过抵靠所述边皮以令所述边皮受到向上的摩擦力而维持稳定状态。所述承托组件的气缸或液压泵为用于驱动 所述承托部远离或抵靠所述边皮的驱动源,在一实现方式中,令所述气缸或液压泵的伸缩部连接所述承托部,所述伸缩部的伸缩方向例如为远离或靠近硅棒轴线的方向,由此带动所连接的承托部远离或抵靠边皮。
所述承托部可设置为不同结构以实现承托作用,例如所述承托部可为承托板并具有用于接触所述边皮的弧面,又或所述承托部为具有折边以防止边皮滚动的承托板,例如承托板截面呈开口的倒梯形;应理解的,可用于实现边皮承托的承托部具有多种可实现方式,本申请不做限制。
为实现将切割形成的边皮稳妥承托以防止边皮断裂,又或为简化边皮卸料转运,本申请还提供了以下实现方式:
在一示例中,所述承托部包括至少两个承托块,沿所述第一方向间隔设置,具有用于接触并承载边皮的承托面。所述承托块的承托面可设置为具有弧面以适应所承托的边皮,又或可设置为由不同水平度的接触平面组成以防止边皮滚动。
应理解的,在一些加工场景中,通过一个承托块即可实现对边皮的承托;在此,本申请还提供了通过沿第一方向间隔设置的至少两个承托块实现边皮承托的实施例,通过设置所述至少两个承托块之间沿第一方向的间隔或跨距即可实现对不同长度规格的硅棒切割形成的边皮的承托,同时,由间隔设置的承托块对边皮进行承托可使边皮在不同长度方向(即第一方向)受到承托部的作用力,由此有利于防止切割线锯未贯穿硅棒前边皮发生断裂。在切割线锯贯穿硅棒以形成与硅棒相独立的边皮后,间隔设置的所述至少两个承托块可用于承托边皮以防止边皮倾斜以致坠覆。
在又一示例中,所述承托部包括:至少两个承托杆,沿第一方向设置,用于接触并承托边皮;连接部,分设于所述承托杆的沿第一方向的相对两端,用于连接所述至少两个承托杆及所述伸缩部。
请参阅图11,显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中的部分结构示意图。如图所示,所述承托部包括沿第二方向间隔设置两个承托杆5111,承托杆5111杆体沿第一方向。
在此,通过所述至少两个承托杆5111即可实现对边皮的承托作用,应理解的,令切割形成的所述边皮的重心位于所述至少两个承托杆5111之间即可实现对边皮的承托;同时,任一所述承托杆5111与所承托的边皮为线接触,在此设置下,可减小承托部与边皮接触的摩擦力。
所述连接部5112分设于承托杆5111两侧可使得所述承托部在受力远离或靠近硅棒时承托杆5111受力对称,有利于提高所述承托部的结构稳定性。如图11所示实施例中,所述连 接部5112分别连接所述承托杆5111及所述伸缩部512,其中,所述伸缩部512一端通过所述安装部连接于所述切割架,可伸缩运动的自由端即连接至所述连接部5112以驱动所述承托部整体沿伸缩部512的伸缩方向运动。
在图11所示示例中,所述承托部受控沿重垂线方向运动以远离或靠近边皮;应理解的,当所述切割装置中切割线锯的方向不同,又或当所述承托部的结构不同,对应的所述边皮承托机构中伸缩部512可设置在不同方向以适应于承托边皮的需要。例如,当所述切割装置中切割线锯沿重垂线方向,所述伸缩部512例如可设置为沿第二方向伸缩,以令承托部沿第二方向运动以靠近或远离所述边皮。对所述承托部受控运动的方向,本申请不做限制,仅当令所述承托部实现对边皮的承托作用即可。
所述边皮承托机构的数量可对应于对边皮的承托需要设置,例如,当所述切割装置中包括一切割线锯,则在一次切割作业中在对应形成一边皮,所述切割装置上可设置一边皮承托机构以实现对边皮的承托;又如,当所述切割装置中包括平行的两条切割线锯,在一次切割作业中对应的形成两边皮,所述切割装置上可设置两个边皮承托机构以分别对硅棒两侧的边皮进行承托。
在某些实施方式中,当所述切割装置包括第二转轴,且所述切割线锯与第二转轴均沿第二方向设置,所述边皮承托机构可分别设于所述切割架上侧及下侧,以令所述切割装置在转换加工区位的过程中,切割架及线切割单元沿第二转轴转动后,对硅棒切割形成的下边皮具有对应的可实现边皮承托的边皮承托机构。
在某些实施方式中,所述硅棒加工设备还包括边皮错位机构,设于所述切割架,用于沿第一方向推动所述边皮以令所述边皮脱离所述边皮承托机构。
应理解的,待切割硅棒轴线方向沿第一方向,切割中形成的边皮在被承托状态下也沿第一方向,所述边皮错位机构可沿第一方向推动边皮以令边皮相对边皮承托机构运动,以令边皮脱离边皮承托机构即可对边皮进行后续的转运流程。
在一实现方式中,所述边皮错位机构包括气缸或液压泵,其中,所述气缸或液压泵的伸缩杆沿第一方向设置。例如图11所示实施例,所述切割架上包括两个边皮错位机构,分设于所述切割架的上线切割单元及下线切割单元,所述边皮错位机构为具有伸缩杆的气缸541,所述伸缩杆沿第一方向设置并对齐至所述边皮端面。当切割线锯贯穿硅棒以形成独立的边皮后,通过边皮错位机构沿第一方向运动以抵靠至边皮端面并推动边皮运动,由此边皮可脱离边皮承托机构或脱离切割后硅棒。在此,所述边皮错位机构的伸缩杆的伸缩范围可基于硅棒 的长度规格确定,又或基于边皮承托机构中的承托部在第一方向的跨距确定,以确保所述边皮可实现脱离。
在某些实施方式中,所述硅棒加工设备还包括边皮输送结构,用于承接切割形成的所述边皮并将所述边皮转运至卸料区。在此,所述卸料区即边皮卸料区。
在一实施例中,所述边皮输送结构分别设置于第一加工区位及第二加工区位,以令切割装置转换至任一加工区位对硅棒切割形成的边皮可由对应加工区位的边皮输送结构予以输送,由此可减少对边皮的转运。
请继续参阅图10,所述边皮输送机构52设置的方向及位置可由所述切割区与边皮卸料区的位置关系确定。在本申请的硅棒加工设备中,所述切割区即第一加工区位与第二加工区位。在一实施方式中,所述边皮卸料区与切割区沿第一方向相邻设置,在此,所述边皮输送结构可沿第一方向设置,分别并对接于所述第一加工区位及第二加工区位对应的硅棒夹具,以令硅棒夹具所夹持的硅棒在被切割形成边皮后,将边皮沿第一方向推动以脱离切割后硅棒或边皮承托机构后即被转移至所处加工区位对应的边皮输送结构,由此可简化边皮的转运路径。
在某些实施方式中,所述边皮输送机构为链条输送机构、倍速链机构、或传送带机构。
在一实施方式中,所述边皮输送机构52包括:输送部521,用于承载所述边皮;输送驱动源522,用于驱动所述输送部521运动以输送所述边皮。
在一些示例中,为了避免所述边皮在输送过程中收碰撞被磨损,在一些实施例中,所述输送部521设有用于与所述边皮接触的缓冲垫,又或,所述输送部521采用缓冲材料制成。所述缓冲垫或缓冲材料例如为具有弹性的橡胶、硅胶或由其他具有弹性形变、阻尼特性或缓冲特性的材料。
如图10所示实施例,在此,所述输送部521可沿第一方向设置,并在所述输送驱动源522的驱动下沿第一方向运输所承载的边皮。所述输送驱动源522例如为电机,用于驱动输送部521运动并控制输送部521的运输速度。
在本申请的硅棒加工设备中,令硅棒夹具带动所夹持的硅棒沿第一方向移动以切割形成切割后硅棒后,通过所述第一转换机构驱动切割装置及研磨装置转换所处的加工区位,研磨装置即可对切割后硅棒进行研磨作业。
在某些实施方式中,所述研磨装置包括至少一对研磨磨具,其中,所述一对研磨磨具的研磨面位于相对的水平面内;磨具进退机构,用于驱动所述一对研磨磨具中的至少一个沿重 垂线方向移动。
请参阅图12,显示为本申请的硅棒加工设备的部分结构在一实施例中的结构示意图。所述一对研磨磨具301重垂线方向相对设置,以形成平行且相对设置的两个研磨面,其中,任一研磨磨具的研磨面沿一水平面方向。在某些实现方式中,所述研磨磨具301包括砂轮与旋转轴。在某些实施方式中,所述砂轮为圆形并且中间设置有通孔。所述砂轮连接至旋转轴以受控沿旋转轴旋转,由此可在旋转状态下接触待切割硅棒侧面以实现研磨。应理解的,在可行的实施方式中,所述研磨装置30中也可包括一个研磨磨具301,但在此设置下研磨耗时增加。
所述砂轮具有一定颗粒度与粗糙度,例如由磨粒与结合剂固结而成,以形成具有磨粒的表面以接触并研磨切割后硅棒侧面。所述砂轮具有一定的磨粒尺寸与磨粒密度,其磨料根据研磨硅棒的需要可设置为三氧化二铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼等硬度大于硅材料硬度的磨粒。
在本申请的一实施例中,所述研磨装置30还包括冷却装置(未予以图示),以对所述研磨磨具301降温,降低磨削过程中硅棒表面层损伤,提高砂轮的磨削效率与使用寿命。在本实施例的一实现方式中,所述冷却装置包括冷却水管、导流槽和导流孔。在某些实施方式中,所述砂轮圆周外沿设置有用于防止冷却水进入旋转驱动电机的防护罩。所述冷却水管一端连接冷却水源,另一端连接至所述砂轮的防护罩表面,所述导流槽设置于防护罩上,作为所述防护罩与冷却水管的接触点,所述导流孔设置在所述冷却槽内。所述冷却装置冷却剂可为常见的冷却水,冷却水管连接冷却水源,经过冷却水管抽吸的冷却水至砂轮表面的导流槽和导流孔,被引导至直达砂轮和所磨削硅棒的接触面进行冷却,在砂轮的磨削中藉由砂轮旋转导流孔的冷却水由离心作用进入砂轮内部进行充分的冷却。
所述磨具进退机构302用于驱动所述至少一对研磨磨具301中的至少一个研磨磨具301沿重垂线方向移动,以调整对所述切割后硅棒的研磨量。在某些实施方式中,所述磨具进退机构302包括:进退导轨,沿重垂线方向设于所述第一转换机构,用于设置所述研磨磨具301;驱动源,用于驱动所述研磨磨具301中的至少一个沿所述进退导轨移动。
在一实现方式中,所述磨具进退机构302包括一滑动导轨、驱动电机、滚珠丝杠(图中未予以显示)。所述滑动导轨沿重垂线方向设于所述第一转换机构,所述研磨磨具301设置有与所述滑动导轨配合的沿重垂线方向的导槽,所述滚珠丝杠沿所述滑动导轨设置并与所述驱动电机轴接。在其他可行的实现方式中,所述驱动源也可设置为气缸、液压泵等,并将其伸缩方向设置为重垂线方向;又或,所述驱动源可设置为丝杆组件,所述丝杆组件包括丝杆及 转动驱动源,其中所述丝杆连接至研磨磨具301以在转动驱动源驱动下令研磨磨具301沿滑动导轨移动。
在某些实施方式中,所述磨具进退机构包括双向丝杆及驱动源,所述双向丝杆两侧设有旋向相反的螺纹,双向丝杆沿重垂线方向设置且两侧分别连接至一研磨磨具,在此设置下,所述驱动源驱动双向丝杆转动,双向丝杆两端的研磨磨具沿重垂线方向相互靠近或相互远离,由此即可调整研磨磨具相对硅棒的磨削位置及磨削量。
一般地,研磨磨具在使用中处于疲劳状态,磨具表面不同区域的磨损量不均造成磨具表面不平整或平整度下降,磨具表面可能沾染有硅棒碎屑或磨具碎屑,因此,长期执行研磨作业不免改变磨具的表面状态,使得研磨性能下降。为提高研磨磨具使用寿命,可采用磨石等工具修正磨具表面,又或在磨具达到疲劳寿命后更换磨具。
在此,本申请的硅棒加工设备中还提供了一种研磨修复装置,可用于对磨具进行研磨修复,以确保磨具用于进行硅棒研磨后可达到所需的精度,其中,所述研磨修复装置包括安装主体和至少一修磨部;其中,所述至少一修磨部设于所述安装主体上,用于修磨对应的所述至少一研磨磨具。
在某些实施方式中,所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具中任一者还包括研磨修复装置,用于修磨对应的所述研磨装置中的研磨磨具。
请参阅图13,显示为图7b中B处的放大示意图,如图所示,所述研磨修复装置配置在所述硅棒夹具上,即,所述研磨修复装置中的安装主体321设于硅棒夹具的其中一个夹臂上,所述研磨修复装置中的修磨部322设于安装主体321中朝向研磨磨具的一侧。例如在图13所示实施例中,所述修磨部322分别位于夹臂上侧及下侧,并分别朝向上侧及下侧的研磨磨具。所述安装主体321及其上的修磨部322在相应的硅棒夹具(第一硅棒夹具或第二硅棒夹具)的带动下沿第一方向作往复运动。
在其他实施例中,所述研磨修复装置中的安装主体可设于所述硅棒加工设备的机座上,所述研磨修复装置中的修磨部设于所述安装主体上,所述研磨修复装置还可包括用于驱动所述安装主体及其上的修磨部沿预定方向作往复运动的驱动单元。
请结合参阅图12、图13,在此,所述研磨修复装置的修磨部322具有用于与研磨磨具接触的表面,在某些实施方式中,所述修磨部322整体具有高黏合度、耐磨性、以及硬度等性能以用于实现对研磨磨具的研磨。
在某些实施方式中,所述修磨部322为油石。在此,所述油石例如为金刚石油石、碳化 硼油石、精磨油石、普通油石等。所述油石可借助于油石表面的粒度实现对所接触的研磨磨具表面的修整。在修磨过程中,油石表面接触研磨磨具,将研磨磨具的表面修整为均匀的颗粒度以及提高磨具平面的平整度、垂直度。
在某些实施方式中,所述至少一修磨部在修磨对应的所述至少一研磨磨具时,所述至少一研磨磨具在驱动电机带动下作旋转。
对比于传统的研磨方式,通常在研磨磨具旋转的状态下接触研磨装置例如油石以实现研磨,因此可能存在油石表面存在高低点的情况而使得研磨结束后研磨磨具表面的平整度不佳;在本申请提供的实施例中,本申请的研磨修复装置中修磨部例如油石在往复运动中进行研磨,往复运动下的油石本身所形成的平面与油石在静止态下的油石平面的不同,在往复运动下油石表面(即用于进行修磨的平面)无高低点,即可将研磨磨具的表面修整平整,提高研磨质量;再者,研磨效率与研磨中工件之间转速相关,所述修磨部处于往复运动状态对应于研磨磨具处于旋转状态,因此,研磨磨具与修磨部之间会产生相对运动,有益于研磨过程易于实现,研磨效率提高。
在某些实施方式中,所述修磨部的修磨面为矩形、圆形、椭圆形、环形、正多边形或其他自定义形状等,应当理解,仅当所述修磨部由符合修磨要求的预设材料制成并可实现与磨具的面接触即可实现研磨修复,上述各类形状仅为可选的实施例,本申请不做限制。
在某些实施方式中,所述研磨修复装置还包括传感器件,设于所述底座上,用于检测所述硅棒加工设备的研磨磨具。
所述研磨修复装置旨在实现对研磨磨具的磨削面的修复,在经由修磨部研磨修复后,研磨磨具的表面层被磨削清除,例如当所述研磨磨具为砂轮,在研磨修复后砂轮表面的颗粒被逐渐清除,通常在研磨修复完成后削除了一定层厚的砂轮,从而形成符合对硅棒加工的磨面需求的新的磨削面。在后续的对硅棒的磨面加工中,以新的磨削面对硅棒侧面进行研磨。在此,需要注意的是,对硅棒的磨面作业中需要控制对硅棒的磨削量,所述磨削量可基于硅棒加工设备的规格与硅棒的规格预先确定,例如,在硅棒加工设备中磨具通常可相对于硅棒进给运动,在硅棒加工设备的控制系统中可将研磨磨具的磨削面所在的初始位置作为已知的输入值(又或由多个输入值计算获得),由此可基于预设的磨削量控制研磨磨具相对于硅棒的进给。然而,在经由研磨修复装置对研磨磨具进行修磨后,磨削面的初始位置发生了改变,因此,硅棒加工设备需要获知研磨修复中研磨磨具的规格,以藉由此修正磨削面的实际位置从而后续加工中可按照预设值控制对硅棒的磨削量。
在此,本申请的示例中研磨修复装置中的传感器件即可用于确定研磨修复完成后的研磨磨具的尺寸规格(主要为确定厚度)。在此,所述传感器件可通过确定传感器至磨削面的距离或相对设置的一对磨具中两个磨削面之间的距离以确认修磨后的磨具尺寸。
在一实现方式中,所述传感器件为接触式传感器,所述接触式传感器具有探测头,用于与磨削面接触。在实际场景中,硅棒加工设备的研磨磨具可相对于修磨部进行运动,所述进给运动例如可通过伺服电机带动,在此,所述伺服电机可控制研磨磨具的进给量,但在研磨修复过程中,由伺服电机控制确定的进给量与研磨磨具在修磨过程中被磨削的层厚不相等,或可理解为通过研磨磨具的进给控制装置不能获得研磨修复过程的精确的磨削量,即需要通过测量获得研磨磨具实际的尺寸规格。
以研磨修复装置中设有相对的两个修磨部为例进行说明,在此,所述接触式传感器可设置为两端分别具有探测头,用以接触一对研磨磨具的相向的两个磨削面。可将接触式传感器设于所述安装主体上,且接触式传感器两端的探测头的连线平行于重垂线方向。在测量过程中,可由伺服电机带动研磨磨具朝向探测头靠近,所述接触式传感器可获知并记录两端的探测头之间的距离,当研磨磨具接触探测头时停止运动并记录伺服电机的位置数据,基于伺服电机的位置数据与接触式传感器的探测头数据,可重新确定研磨修复后的研磨磨具的尺寸,硅棒加工设备即可将测量确定的研磨磨具的尺寸作为控制系统中输入数据。
在某些示例中,所述接触式传感器的探测头上还设置有伸缩弹簧,在探测头接触到物件时,可在伸缩弹簧的带动下回退,可用于保护探测头,避免探测头被触碰损坏。
在某些示例中,所述传感器件可设置为探针式位移传感器。
在某些实施方式中,所述传感器件还可以为测距传感器,在此,可将测距传感器的距离探测方向设置为垂直于研磨磨具的磨削面,由此获得研磨修复后的磨具规格,所述测距传感器举例可以为红外测距传感器、激光距离传感器、超声波传感器、雷达传感器等。
通常硅片的制作流程,以单晶硅产品为例,大致的作业工序可包括:先使用硅棒截断机对原初的长硅棒进行截断作业以形成多段短硅棒;截断完成后,对截断后的短硅棒进行开方切割后形成切割后硅棒;再对各个切割后硅棒进行滚圆、磨面等加工作业,使得硅棒的表面整形达到相应的平整度及尺寸公差要求;后续再使用切片机对单晶硅棒进行切片作业,则得到单晶硅片。而以多晶硅产品为例,一般地,大致的作业工序可包括:先使用硅锭开方机对初级硅锭(大尺寸硅锭)进行开方加工以形成次级硅锭(小尺寸硅锭);开方完毕后,再使用硅锭截断机对次级硅锭进行截断加工以形成多晶硅棒;再对各个多晶硅棒进行倒角、滚磨等加工作业, 使得多晶硅棒的表面整形达到相应的平整度及尺寸公差要求;后续再使用切片机对多晶硅棒进行切片作业,则得到多晶硅片。
在切割开方后进行研磨,由此获得表面平整度更佳的截面呈矩形或类矩形的硅棒,同时,还需对硅棒进行倒角,以使得硅棒截面不同边之间过渡平缓,由此防止边缘破裂及晶格缺陷产生,令晶棒释放内应力,并有利于后续切片中形成完整的硅片。
在某些实施方式中,在由所述硅棒加工设备对切割后硅棒的不同侧面进行磨面或对棱边进行倒角时,通过所述硅棒夹具的夹持部转动机构驱动所夹持的硅棒转动以实现。通常切割后硅棒截面呈矩形或类矩形,在对不同侧面进行研磨时,所述夹持部转动机构控制硅棒转动一定角度例如90°即可实现对研磨磨具相对硅棒的研磨面切换,在对不同棱边进行倒角时,可通过控制夹持部转动一定角度例如45°、135°等角度实现。在研磨装置所提供的研磨面为平面的情况下,在进行对硅棒的倒角时,所述夹持部转动机构可控制所夹持的硅棒转动不同的角度进行多次倒角实现,例如,对硅棒完成一个侧面的研磨后,对该侧面相邻的一条棱边及与该棱边相对的棱边,可通过旋转一定角度例如40°、45°、50°等角度进行多次倒角,得到在不同侧面交界处过渡更为圆滑的硅棒。所述角度均为从研磨的初始位置起始的旋转角度。所述实现倒角的方式可参考例如CN108942570A等专利公开文献,通过带动硅棒转动一定角度,磨具配合进行相对硅棒的进给以实现对切割后硅棒棱边磨削。在此示例下,通过控制所述硅棒夹具与研磨装置间的相对运动,研磨装置即可实现对切割后硅棒的磨面及倒角。
在一些实施方式中,为减小对所述研磨磨具的磨损,本申请的硅棒加工设备中还包括倒角装置,用于研磨所述切割后硅棒的棱边。通常的,对硅棒的倒角作业容易形成对研磨工具的较大损耗,在此,通过研磨磨具与倒角装置的倒角磨具分别进行对硅棒的磨面与倒角,即可提高研磨磨具的使用寿命。
在某些实施方式中,所述倒角装置连接于所述第一转换机构,用于在所述第一转换机构驱动下在第一加工区位及第二加工区位间切换以对所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具所夹持的切割后硅棒进行倒角。
在某些实施方式中,例如图12所示实施例,所述倒角装置31设于所述研磨装置30旁侧,以使所述研磨装置30及倒角装置31对应于第一加工区位时所述切割装置对应于第二加工区位,或以使所述研磨装置30及倒角装置31对应于第二加工区位时所述切割装置对应于第一加工区位。在此,所述研磨装置30与倒角装置31可邻近设置以对应于同一加工区位,所述切割装置可与所述研磨装置30及倒角装置31相对设置以对应于另一加工区位,如此, 当第一转换机构40驱动所述切割装置及研磨装置30和倒角装置31转动时,所述切割装置总是处于研磨装置30及倒角装置31不同的加工区位。
在此示例下,在实际加工场景中,可令所述硅棒夹具带动所夹持的硅棒运动以完成切割作业后,由所述第一转换机构40驱动研磨装置30与倒角装置31转换所处的加工区位,由此对切割后硅棒进行倒角及研磨。在此,对倒角工序与研磨工序的顺序不做限制,例如可先对切割后硅棒进行研磨作业而后进行倒角,或先进行倒角而后进行研磨。在实施场景中,通过控制所述倒角装置31与研磨装置30相对硅棒夹具的位置关系即可分别进行研磨作业及倒角作业,例如,当研磨装置30对切割后硅棒进行研磨磨面时,令所述倒角装置31退让以避免与切割后硅棒发生碰撞。所述倒角装置31例如可通过第二方向的位移机构设置于所述第一转换机构40,由此在第二方向运动以在研磨作业中回避硅棒;又或,通过控制所述倒角装置31的倒角磨具沿重垂线运动以避让硅棒,本申请不做限制。
在一些实施方式中,所述倒角装置包括:至少一对倒角磨具,所述一对倒角磨具的研磨面平行且相对设置;倒角磨具进退机构,用于驱动所述一对倒角磨具中的至少一个沿重垂线方向移动。
所述倒角磨具进退机构用于驱动所述倒角磨具中的至少一个倒角磨具沿重垂线方向作升降移动,所述重垂线方向垂直于所述水平面。如此可实现调整至少一对倒角磨具中的两个倒角磨具之间在重垂线方向上的相对距离,进而控制在倒角磨具对硅棒棱边磨削的进给量也即决定了对硅棒棱边的磨削量。
在某些实现方式中,所述倒角磨具进退机构包括:进退导轨,沿重垂线方向设于所述第一转换机构,用于设置所述至少一对倒角磨具;进退驱动单元,用于驱动所述至少一对倒角磨具中的至少一个倒角磨具沿所述进退导轨移动。
在一实现方式中,所述倒角磨具进退导轨沿重垂线方向设置于倒角磨具第一转换机构,倒角磨具的底部设置有与所述进退导轨配合的沿重垂线方向的导槽结构或导块结构。所述进退驱动单元例如包括滚珠丝杆和驱动电机,所述滚珠丝杆沿所述进退导轨设置,所述滚珠丝杆与相应的倒角磨具关联并与所述驱动电机轴接。
藉由所述倒角磨具进退机构,即可调整所述倒角磨具在重垂线方向的位置。在一些加工场景中,当所述倒角装置与研磨装置邻设,例如倒角装置与研磨装置对应于同一加工区位的实施例中,藉由所述倒角磨具进退机构调整倒角磨具的位置,即可避免倒角作业与研磨作业互相干扰,例如,当研磨装置对硅棒的侧面进行研磨时,令一对倒角磨具相背运动以避让硅 棒。
请继续参阅图12,在此,所述倒角磨具311例如可设置为倒角砂轮,所述倒角砂轮可设置为R角砂轮;所述倒角磨具311又或可为通过不同制作方式形成的磨轮,例如电镀法的磨轮、烧结法的磨轮。
所述倒角磨具311的磨轮例如由磨粒与结合剂固结而成,以形成具有磨粒的表面以接触并研磨切割后硅棒棱边;所述磨轮具有一定的磨粒尺寸与磨粒密度,其磨料根据研磨硅棒的需要可设置为三氧化二铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼等硬度大于硅材料硬度的磨粒。
通常的,所述倒角磨具311为研磨面呈圆环状的磨轮,所述倒角磨具311可以不同弦边对硅棒棱边进行研磨,应理解的,所述硅棒夹具及所夹持的硅棒可在第一方向运动,通过控制所述倒角磨具311在第二方向位置可令硅棒棱边对应于倒角磨具311的不同弦边。在某些实施方式中,可预先设置所述倒角磨具311的磨轮用于实现倒角的弦边,由此在将所述倒角装置安装至第一转换机构时确定所述倒角装置与硅棒夹具在第二方向的相对位置,如此可预先控制倒角作业中硅棒棱边与磨轮的接触长度。
在一实现方式中,所述倒角磨具311包括磨轮及转轴,所述转轴连接磨轮并联动于驱动源,以在驱动源驱动下带动所述磨轮沿转轴旋转,令旋转状态下的磨轮的研磨面与切割后硅棒的棱边接触,即可实现对切割后硅棒的倒角。
所述进退机构用于驱动所述倒角磨具311沿重垂线方向移动,由此可调整倒角磨具311与切割后硅棒的位置关系,以确定对所述切割硅棒倒角的磨削量及磨削位置。同时,通过所述进退机构调整所述倒角磨具311在重垂线方向的位置,可避免在研磨装置进行研磨的过程中硅棒夹具及所夹持硅棒与倒角磨具311相互干扰。
应理解的,通常,截面呈圆形的单晶硅棒被开方切割形成截面呈矩形或类矩形的硅棒后,需要对硅棒进行侧面的研磨及棱边的倒角、或进行侧面的研磨及滚圆。本申请的发明人发现,对于常见的边长规格大约为210mm的开方后硅棒,通常后续需进行的工艺为研磨及倒角,对于常见的边长规格大约为158mm的开方后硅棒,通常后续的需进行的工艺为研磨及滚圆。对此,本申请所提供的倒角装置,适应于不同的工艺需求,既可用于进行倒角,也可用于进行滚圆。
在一作业方式中,当所述倒角装置用于对切割后硅棒倒角,以切割后硅棒中的两个相对的侧面位于水平面内为初始位置为例,令硅棒夹具的夹持部转动机构驱动夹持部及所夹持的硅棒转动一定角度例如为沿顺时针方向转动40°,由此令所述进退机构驱动倒角磨具311沿 重垂线方向相对硅棒进给以实现对硅棒的接触及研磨,令所述硅棒夹具带动硅棒沿第一方向移动以实现棱边研磨;而后,例如可令硅棒以每次沿顺时针方向转动5°以进行多次棱边研磨,如此以获得棱边过渡更为圆滑的硅棒。当所述倒角装置中包括相对设置的一对倒角磨具311,所述一对倒角磨具311即可对切割后硅棒的一对相对的棱边进行倒角;当对切割后硅棒的一对相对的棱边倒角完成后,例如可令夹持部转动机构驱动硅棒转动45°,以对硅棒的另一对相对的棱边进行倒角。
在另一作业方式中,当所述倒角装置用于对切割后硅棒滚圆,所述硅棒夹具可带动所夹持的硅棒沿硅棒轴线旋转,通过令旋转状态下的硅棒的棱边接触倒角磨具311,由此实现对切割后硅棒各棱边的倒角。
在此,本申请的硅棒加工设备中硅棒夹具夹持硅棒后在所处的加工区位上沿导向结构移动即可实现切割及研磨,其中切割区位及研磨区位可藉由第一转换机构转换至分别对应待切割硅棒与切割后硅棒所处加工区位,在切割及研磨完成后,将研磨后硅棒予以卸料,如此可令硅棒夹具装载待切割硅棒,以继续进行加工作业。在本申请提供的各示例中,所述切割区位即切割装置所处位置,研磨区位即研磨装置所处位置。
在一些实施例中,本申请的硅棒加工设备还包括硅棒卸料装置,用于将研磨后硅棒予以卸料,如此有益于工序流转的衔接,减小硅棒加工设备在对硅棒切割及研磨完毕后的等候时间,采用此自动卸料的方式还可用于减少或避免研磨后硅棒在转运中碰撞磕损。
请参阅图14,显示位本申请的硅棒加工设备在一实施例中的结构示意图。
在某些实施方式中,所述硅棒卸料装置80包括:传送带811,用于承载所述研磨后硅棒;卸料驱动源(图中未予以显示),用于驱动所述传送带811运动以带动其承载的研磨后硅棒沿第一方向移动。
所述传送带811可设置为具有承载平面以适应侧面为平面的研磨后硅棒,在一些实施方式中,为避免传送带811与硅棒表面之间冲击,所述传送带811还可设置为柔性材料或弹性材料制成,又或在传送带811表面可增设缓冲层;所述缓冲层或柔性材料例如为具有弹性的橡胶、硅胶或由其他具有弹性形变、阻尼特性或缓冲特性的材料。
所述驱动源驱动传送带811运动以带动承载的研磨后硅棒沿第一方向运动,以将所述研磨后硅棒转运出加工区位,在此,所述研磨后硅棒的卸料区例如为沿第一方向邻设于加工区位,通过所述传送带811带动硅棒沿第一方向运动即可令硅棒被转运出硅棒加工平台。
在一些示例中,当所述硅棒加工设备中同时具有硅棒卸料装置80与边皮输送机构52, 所述硅棒卸料装置80与边皮输送机构52例如可设置为硅棒加工设备第一方向的两端,由此可防止输送过程中边皮与研磨后硅棒相干扰;同时,边皮在卸除后通常需装载至边皮筒以再利用,研磨后硅棒在卸除后需转运至其他加工设备以进行后续加工处理例如切片,进行通过区分边皮与研磨后硅棒分别对应的卸料区即可在卸料后对边皮及研磨后硅棒分别进行其对应的后续工序。
在某些实施方式中,所述硅棒卸料装置80通过移位机构82设于所述硅棒加工平台,用于在所述移位机构82驱动下在第一加工区位与第二加工区位间移动。
所述硅棒卸料装置80用于承接所述第一硅棒夹具及第二硅棒夹具所夹持的研磨后硅棒。应理解的,当所述第一硅棒夹具夹持研磨后硅棒时,第一硅棒夹具所夹持的为切割后硅棒,即,在同一时刻第一加工区位与第二加工区位上硅棒的加工状态不同,因此所述硅棒卸料装置80在一次卸料中承接一加工区位上的研磨后硅棒。
如前述,所述硅棒卸料装置80在一次卸料中对一加工区位上的研磨后硅棒予以卸料,在一些实施方式中,令所述硅棒卸料装置80在移位机构82带动下分别对应于第一加工区位及第二加工区位,即可通过一个硅棒卸料装置80实现对两个加工区位上研磨后硅棒进行卸料。
在此,所述移位机构82例如可通过沿第二方向的导柱或导轨设于所述硅棒加工平台,移位机构82用于承载所述硅棒卸料装置80,并在驱动源驱动下沿第二方向运动,由此可移动对接至不同加工区位。
硅棒夹具及所夹持的研磨后硅棒在第二方向的位置固定,在此,令硅棒卸料装置80移动至在第二方向的位置对齐于所述硅棒夹具,令硅棒夹具夹持研磨后硅棒沿第一方向运动以在第一方向上对应于所述硅棒卸料装置80,例如使研磨后硅棒的在水平面上的投影落在所述传送带811上,硅棒夹具释放研磨后硅棒即可令所述硅棒卸料装置80的传送带811承接研磨后硅棒。
在某些实施方式中,所述硅棒卸料装置80通过升降机构83设于所述移位机构82,其中,所述升降机构83包括:升降导向结构,设于所述移位机构82并连接所述硅棒卸料装置80;升降驱动源,用于驱动所述硅棒卸料装置80沿所述升降导向结构升降运动。
在实际加工场景中,当所述硅棒加工设备用于对不同规格如不同直径的硅棒进行加工,对应获得的研磨后硅棒边长可能不同。在所述传送带811承接研磨后硅棒的过程中,应使传送带811位于研磨后硅棒下方并尽量减小两者间的高度落差,通过所述升降机构83即可适应于对不同规格的研磨后硅棒进行卸料。
所述升降导向结构例如为沿重垂线方向设置的导轨或导柱,所述硅棒装卸装置通过升降导向结构设于所述移位机构82,并在升降驱动源驱动下沿所述升降导向结构运动。在一实现方式中,所述硅棒装卸装置设于所述升降导向结构的自由端,所述升降导向结构在升降驱动源驱动下沿重垂线方向伸缩运动以带动自由端的硅棒装卸装置升降运动。在又一实现方式中,所述升降驱动源用于驱动所述沿所述升降导向结构运动,在此示例下,所述升降驱动源例如为气缸或液压泵,其中,气缸或液压泵伸缩端连接至所述硅棒装卸装置;又或所述升降驱动源例如电机,设于所述硅棒装卸装置以驱动硅棒装卸装置沿升降导向结构运动。
一般地,所述硅棒夹具所夹持的待切割硅棒是基于对硅棒进行截断后获得的一定长度规格的硅棒,实际生产中,需要先对原始的长硅棒进行截断作业以获得可用于开方的待切割硅棒。所述原始的长硅棒例如为通过用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长的棒状单晶硅,在硅棒加工中常见的大约为5000mm(例如为5360mm的规格等)长度的单晶硅棒。将原始的单晶硅棒进行截断后,所述硅棒夹具即可实现对切割后硅棒的夹持,由此进行后续的切割及研磨作业。
在某些实施方式中,本申请的硅棒加工设备还包括硅棒截断装置,其中,所述硅棒截断装置包括硅棒承载装置,用于承载单晶硅棒;截断切割架,包括相对于所述硅棒承载装置可升降的切割线锯,用于对单晶硅棒进行截断以形成所述待切割硅棒。
在一些实施例中,所述硅棒承载装置为链条输送机构、倍速链机构、或传动带机构。
请参阅图15,显示为本申请的硅棒加工设备的部分结构示意图。
在一示例中,所述硅棒承载装置61是由电机驱动的链条输送机构。所述的链条输送机构包括:相对设置的两环状链条以及用于驱动所述两环状链条的链轮。所述两环状链条平行且相对地设置于第一方向,其中,每一环状链条的两端分别配置有链轮,所述链轮的轮齿啮合于所述链条,并在转动时带动所述链条运行。所述链轮例如由电机的动力输出轴驱动转动。
在一实现方式中,链轮布置在每一条环状链两端,所述相对设置的两条环状链相互平行,并以同一端的链轮作为主动链轮。两条环状链的主动链轮分别具有的轴线在同一条水平轴上。所述主动链轮可动力联接至电机轴即动力输出轴,主动链轮与两条环状链的链轮啮合,进而由驱动电机控制链条输送速度,即可控制在硅棒承载装置上的单晶硅棒轴向运送的速度。
在一实现方式中,每一环状链条上还可设置有多个承载块。在本申请的一些实施例中,两条环状链上的承载块为固定在链条上的间隔设置的一列楔形块,以作为所述待切割硅棒或切割后的硅棒截段的直接支撑,并限制所承载的单晶硅棒运动的自由度仅限于承载装置的输送机构运动方向,即确保所述硅棒与链条输送机构相对静止,切割中硅棒不发生相对移动。 所述楔形块用于接触所述待切割硅棒或切割后的硅棒截段的表面可设置呈弧形,以顺应所述硅棒的弧形表面;在本申请的一些实施例中,所述楔形块采用具有弹性的橡胶材料制成,或者硅胶或由其他具有弹性形变或缓冲特性的材料制成,以保护与其接触的硅棒的表面不被划伤或磕碰。
在另一些可行的示例中,所述硅棒承载装置还可设置为倍速链机构、或传动带机构等;所述倍速链机构或传动带机构可沿第一方向设置,并具有对截面为圆形的硅棒的限位装置如楔形块以防止所承载的硅棒滚动。
应理解的,所述硅棒承载装置可用于承载硅棒并限制其运动方向,以控制硅棒与截断切割架之间的相对位置即可。
如图15所示,所述硅棒承载装置61沿硅棒轴线方向输送硅棒,所述截断切割架62包括可升降的切割线锯,通过控制所述硅棒承载装置61将硅棒输送至切割线锯下方,即可实现将长硅棒截断为预设长度规格的待切割硅棒,其中,所述长度规格由硅棒承载装置61的输送距离确定。
所述截断切割架62设于所述机座,包括升降支座及设于所述升降支座上的多个切割轮621及过渡轮,切割线绕于所述多个切割轮621及过渡轮以形成沿第二方向的切割线锯。所述升降支座623设于升降方向的导柱上,并由升降驱动源驱动移动以令切割线锯升降运动,同时,所述切割线锯与硅棒承载装置在第一方向的位置对齐,由此切割线锯可对置放于硅棒承载结构上的硅棒进截断。
在一实现方式中,所述升降支座623上例如包括两个切割轮621,用于形成沿第二方向的一切割线锯;所述升降支座623中具有一中空区域例如呈倒置的U型,所述中空区域可容纳硅棒截面,以确保升降支座623降至切割线锯截断硅棒时升降支座623与硅棒之间无碰撞。
在一示例中,所述升降驱动源设置为丝杆组件,所述丝杆组件包括与丝杆和电机,所述丝杆的一端与所述升降支座623相连,另一端与电机相连并被电机驱动带动升降支座623沿导柱移动。所述升降驱动源的具体形式不局限于此,在另一示例中,所述升降驱动源例如为气缸组件。
所述截断切割架62将长硅棒截断形成预设长度规格的待切割硅棒后,所述硅棒夹具即可对待切割硅棒进行装载;当然,所述待切割硅棒也可由单独的硅棒截断设备切割获得。
所述硅棒夹具的位移范围由其对应的导向结构限定,则任一所述硅棒夹具需要在其对应的加工区位处装载待切割硅棒。有鉴于此,需要预先将待切割硅棒运送至硅棒夹具可实现夹 持的位置。
在某些实施方式中,所述硅棒加工设备还包括上料装置,用于将待切割硅棒输送至第一加工区位或第二加工区位,以使所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具装载待切割硅棒。所述上料装置可设置为具有沿第二方向运动的自由度,以移动对应至任一加工区位的硅棒夹具。
在某些实施方式中,所述上料装置包括至少一夹持组件,其中所述夹持组件包括:取料臂,通过一安装部悬置于所述硅棒加工平台上方的顶架,其中,顶架包括沿第二方向设置的导向结构以令所述安装部具有沿第二方向移动的自由度;夹持件,设于所述取料臂底端,用于夹持待切割硅棒。
请结合参阅图14、图16a、图16b,其中,图16a、图16b分别显示为本申请的上料装置在一实施例中于不同视图方向的结构示意图。
所述顶架13例如可设置于所述机座,例如设置于第一加工区位与第二加工区位之间的立柱上,在一些示例中,所述立柱也可视为所述机座的一部分。
所述顶架13包括第二方向设置的导向结构131,所述导向结构131用于设置所述安装部72并令所述安装部72在导向结构131的限位作用下沿第二方向移动,连接至所述安装部72的取料臂711即可沿第二方向移动。
所述夹持件712设置于取料臂711底端,用于夹持待切割硅棒。在此,所述夹持件712的数量与所述取料臂711相对应,所述上料装置包括至少一夹持组件,在一示例中,当所述上料装置包括单个夹持组件,所述夹持件712例如可设置为在第一方向具有预设长度以令实现对待切割硅棒的稳妥夹持。在另一示例中,所述上料装置中包括多个夹持组件,所述多个夹持组件对应的夹持件712具有在第一方向的间距,由此可令待切割硅棒的重心落于多个夹持件712之间以实现对待切割硅棒的稳定夹持。
在某些实施方式中,所述安装部72包括沿第一方向设置的平移机构721,用于设置所述取料臂711以使所述取料臂711具有沿第一方向移动的自由度。
所述第一方向设置的平移机构721例如为平移导轨,所述取料臂711沿平移导轨移动以带动取料臂711下端的夹持件712沿第一方向移动,如此可调整所述夹持件712相对待切割硅棒的夹持位置,在所述上料装置具有多个夹持组件的示例中,由所述第一方向的平移结构可调整多个夹持件712在第一方向的间距,所述上料装置即可适用于对不同长度规格的待切割硅棒进行夹持。
在某些实施方式中,所述夹持件712包括:相对设置的第一夹持块7121与第二夹持块 7122,其中,所述第一夹持块7121及第二夹持块7122具有夹持弧面;夹持块驱动机构(图中未予以显示),用于驱动所述第一夹持块7121与第二夹持块7122作开合运动。
所述第一夹持块与第二夹持块的夹持弧面可适配于截面为圆形的待切割硅棒,在一种实现方式中,所述夹持弧面即为在夹持块朝向夹持空间部分设置为弧面;在另一中实现方式中,所述夹持弧面即夹持块顺应硅棒表面弧度设置在不同方向的接触平面,如此即可实现对具有弧面的硅棒进行夹持。
在某些示例中,所述夹臂驱动机构包括:开合齿轮、齿条及驱动源(未予以图示);其中,所述第一夹臂及第二夹臂上分别设有开合齿轮,所述齿条的相对两侧分别设有与所述第一夹臂和第二夹臂上的开合齿轮啮合对应的齿纹,所述驱动源连接与所述齿轮驱动件,用于驱动所述齿轮驱动件运动。
所述夹持块驱动所述第一夹持块与第二夹持块作开合运动,以此实现对待切割硅棒的夹持及释放。
在一实现方式上,所述夹持块驱动机构包括:第一齿条,联动于所述第一夹持块;第二齿条,联动于所述第二夹持块;夹紧气缸,设置于所述第一齿条或二齿条上,用推动所述第一齿条或第二齿条在齿条延伸方向移动;传动齿轮,与所述第一齿条及第二齿条相啮合,用于在正向转时带动所述第一夹持块及第二夹持块相向运动以执行闭合作,在逆向转动时带动所述第一夹持块及第二夹持块相背运动以执行张开动作。
所述第一齿条及第二齿条设置于传动齿轮的两侧,基于齿轮间或齿轮与齿条间啮合的基本规律,在传动齿轮旋转时,齿轮两侧齿部的线速度的反方向运动,由此可实现所述第一齿条与第二齿条以相反的方向运动。对应的,联动于所述第一齿条与第二齿条的第一夹持部与第二夹持部即表现为相向靠近或相互远离的运动。如,当所述夹紧气缸推动第一齿条或第二齿条运动以带动传动齿轮旋转,当所述传动齿轮处于正转状态,所述第一齿条与第二齿条相向靠近以驱使第一夹持块和第二夹持块相向靠近执行闭合动作;当所述传动齿轮处于反转状态,所述第一齿条与第二齿条相互远离以驱使第一夹持部和第二夹持部相互远离以执行释放动作。
在另一实现方式上,所述夹持块驱动机构包括:第一齿条,联动于所述第一夹持块;第二齿条,联动于所述第二夹持块;驱动齿轮,连接于驱动电机的动力输出轴,并与所述第一齿条与所述第二齿条相啮合,用于在正向转动时带动所述第一夹持块及第二夹持块相向运动以执行闭合动作,在逆向转动时带动所述第一夹持块及第二夹持块相背运动以执行张开动作。
所述第一齿条与第二齿条可啮合于所述驱动齿轮的两侧,使得驱动齿轮旋转时第一齿条和第二齿条处的线速度方向相反,由驱动电机带动所述驱动齿轮旋转,令驱动齿轮正转时第一齿条与第二齿条相向运动即带动第一夹持块与第二夹持块相向运动以执行闭合动作,驱动齿轮被带动逆向转动时第一齿条与第二齿条背向运动以带动第一夹持块和第二夹持块背向运动以执行张开动作。
在又一实现方式中,所述夹持块驱动机构包括:开合齿轮,设于所述第一夹持块及第二夹持块上;齿条,所述齿条的相对两端分别设有与所述第一夹持块和第二夹持块上的开合齿轮啮合对应的齿纹;驱动源,连接于所述齿条,用于驱动所述齿条沿齿条方向进退运动。
在此,该齿条位于第一夹持块与第二夹持块中间,齿条中分别面向于两侧的夹持块的两个外侧面上分别设有与第一夹持块和第二夹持块上的开合齿轮啮合对应的齿纹,驱动源可例如为驱动电机或气缸。这样,根据上述实现方式,在实际应用中,当需实现夹持块夹合时,由作为驱动源的驱动电机或气缸驱动作为齿轮驱动件的齿条向上移动,由齿条带动两旁啮合的开合齿轮作外旋动作,开合齿轮在外旋过程中带动夹持块(开合齿轮与夹持块可通过转轴连接)作下放动作以由松开状态转入夹合状态;反之,当需实现夹持块松开时,由作为驱动源的驱动电机(或气缸)驱动作为齿轮驱动件的齿条向下移动,由齿条带动两旁啮合的开合齿轮作内旋动作,开合齿轮在内旋过程中带动夹持块(开合齿轮与夹持块可通过转轴连接)作上扬动作以由夹合状态转入松开状态。当然,上述仅为一实施例,并非用于限制硅棒夹持件的工作状态,实际上,前述中的“向上”、“外旋”、“下放”、“向下”、“内旋”、“上扬”、以及“松开”和“夹合”状态变化均可根据夹持块的结构和运作方式、夹持块驱动机构的构造而有其他的变更。
在再一实现方式中,所述夹持块驱动机构包括:双向丝杆,两端与所述第一夹持块及第二夹持块螺纹连接;驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述第一夹持块及第二夹持块相向运动或相背运动。
在此,所述双向丝杆沿第二方向设置且与所述第一夹持块和所述第二夹持块螺纹连接;所述驱动源驱动所述丝杆转动以使得所述第一夹持块和所述第二夹持块沿第二方向相向移动或相背移动。在一种实施方式中,所述双向丝杆为双螺纹丝杆,所述双向丝杆两端分别设有有螺纹且螺纹方向相反,所述驱动源可设置在双向丝杆的任一一端以带动双向丝杆沿丝杆轴转动,藉由双向丝杆两端方向相反的螺纹,所述双向丝杆在驱动源驱动下转动时双向丝杆两端的运动被转化为方向相反的轴向线运动,所述轴向即设置双向丝杆的第二方向。在所述驱 动源驱动下,所述第一夹持块与第二夹持块即可相向运动或相背运动以实现对待切割硅棒的夹持或释放。
在某些实施方式中,所述取料臂711可升降的设置于所述安装部72。所述夹持组件在实现夹持时,需令所述第一夹持块7121与第二夹持块7122分别位于硅棒的相对两侧,以使硅棒处于第一夹持块7121与第二夹持块7122之间的夹持空间中。在令夹持组件移动以使硅棒位于夹持空间的过程中,需避免夹持块与硅棒发生碰撞。在一实现方式中,将所述取料臂711可升降的设于所述安装部72,在所述取料臂711对应的夹持件在第二方向上趋近待切割硅棒前,控制所述取料臂711的升降高度以令所述夹持件位于待切割硅棒上方,当所述第一夹持块7121及第二夹持块7122位于待切割硅棒两侧后,可令所述取料臂711带动所述夹持件下降以使待切割硅棒位于所述夹持空间中,在此状态下驱动所述第一夹持块7121与第二夹持块7122相向靠近即可实现对待切割硅棒的夹持。
在一些场景中,所述待切割硅棒的直径硅棒不同,则硅棒处于预装载位置时轴线高度不同,通过所述取料臂带动所述夹持件在升降方向运动,对应的即可令硅棒的轴心高度与预设的夹持位置对齐。
在本申请的一些实施例中,通过将所述上料装置悬设于机座上方,在此设置下,对应的机座的硅棒加工平台上即可设置用于置放待切割硅棒的位置,由此可缩减机座对空间的占据面积。
在某些实施方式中,所述硅棒加工设备还包括一预定装载机构,沿第一方向设置,用于承载待切割硅棒以使所述上料装置从所述预定装载机构将待切割硅棒输送至第一加工区位或第二加工区位。请继续参阅图15,在一示例中,当所述硅棒加工设备中包括截断切割架62,所述预定装载机构74可在第一方向上对齐于所述硅棒承载装置,以令硅棒承载装置将硅棒沿轴线方向输送至预定装载机构74上,截断切割架62对硅棒进行截断后获得的可用于进行开方的待切割硅棒即位于所述预定装载机构74上;在另一些示例中,所述预定装载机构74也可用于承载硅棒截断设备截断获得的待切割硅棒。
所述预定装载机构74具有承载部以限定待切割硅棒被稳妥置放,在一实现方式中,所述承载部包括两列沿第一方向设置的平行且相对的滚轮,由此令所述待切割硅棒在承载部上不易发生滚动;同时,当所述预定装载机构74与所述硅棒截断装置的硅棒承载装置相对应,所述待切割硅棒相对预定装载机构74沿第一方向移动时与其承载部之间为滚动摩擦,如此便于实现对硅棒的输送。
在一实现方式中,所述预定装载机构74可设于第一加工区位与第二加工区位之间,硅棒加工设备的控制系统可读取所述预定装载机构74的位置,由此可控制所述上料装置从预定装载机构74处夹持硅棒后将硅棒运输至对应第一硅棒夹具或第二硅棒夹具所需的位移距离。例如,当所述第一加工区位及第二加工区位设于第二方向的相对两侧,在此示例下可控制所述上料装置从预定装载机构74至对应的硅棒夹具在第二方向的移动距离。
在本申请的硅棒加工设备中由硅棒夹具夹持硅棒沿硅棒轴线方向移动,为确保硅棒夹具在夹持硅棒并带动其移动的过程中保持稳定,需令硅棒夹具以对齐于硅棒轴线的位置实现夹持;同时,在切割或研磨作业中对硅棒的切割量或研磨量由切割线锯或研磨磨具与硅棒的相对位置确定,令所述硅棒夹具以对齐于硅棒轴线的位置进行夹持,硅棒加工设备可获知硅棒轴线的位置,即可以预设的切割量或研磨量对硅棒进行加工,同时避免或减小硅棒夹具驱动硅棒沿轴线转动过程中重心高度变化。
所述上料装置用于将所待切割硅棒输送至对应所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具,在实际作业中,所述硅棒夹具对应的夹持位置仅具有沿第一方向调整的自由度,确保所述硅棒夹具以其夹持部和硅棒轴线对齐的位置实现夹持,则可通过所述上料装置调整其所夹持的硅棒所处的空间位置以实现硅棒夹具在预定装载位置夹持硅棒。
在本申请的实施例中,所述预定装载位置即上料装置所夹持的硅棒的轴线位置与硅棒夹具的夹持部中心对齐的位置。
在一实施场景中,所述上料装置中第一夹持块与第二夹持块的中线在第二方向的位置可由控制系统获取,在此状态下当待切割硅棒处于被上料装置夹持的状态,即可获知硅棒轴线在第二方向的位置,通过控制上料装置在第二方向的移动距离即可确保硅棒轴线在第二方向与硅棒夹具的夹持部对齐;要令所述硅棒夹具以夹持部与硅棒轴线对齐的位置实现夹持,则需要控制硅棒轴线在重垂线方向的位置与所述夹持部对齐。为此,在本申请的某些实施方式中,所述上料装置还包括传感器件,用于检测所述上料装置的夹持件或第一硅棒夹具或第二硅棒夹具所夹持的硅棒,以确定所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具以预定装载位置夹持硅棒。
所述传感器件例如可用于检测夹持件所夹持的硅棒高度,由此确定硅棒轴线在重垂线方向的位置。应理解的,硅棒夹具仅具有沿其导向结构运动的自由度及令夹持部沿中心轴线转动的自由度,则硅棒夹具的夹持部中心的重垂线方向的位置为确定值。基于所述传感器测量获得硅棒的轴线高度,如此可控制取料臂在重垂线方向的升降运动以令硅棒轴线方向的位置升降至与硅棒夹具夹持部在重垂线方向对齐。
在一实现方式中,所述传感器设置为用于检测硅棒夹持状态下的最高点高度。应理解的,所述夹持件中第一夹持块与第二夹持块相对称,当硅棒处于被夹持状态,硅棒轴线与两夹持块中线(或对称面)在第二方向的位置相同,在此状态下硅棒表面的最高点与硅棒轴线在第二方向的位置也相同。在实际场景中,所述传感器即可设置为所述第一夹持块与第二夹持块之间的中线位置。
在某些实施方式中,所述传感器件为接触式传感器或测距传感器。
所述接触式传感器对应的伸缩方向或测距传感器对应的测距方向可设置为沿重垂线方向,由此确定夹持件所夹持的硅棒表面最高点高度。
请参阅图17,显示为本申请的硅棒加工设备在一实施例中上料装置的部分结构示意图。
在此,所述接触式传感器73可设置为一端设于所述取料臂711底端或夹持件,另一端为朝向所述硅棒升降运动的自由端,所述自由端设有探测头以接触硅棒。在测量过程中,可控制所述探测头靠近硅棒运动,当探测头与硅棒表面接触时停止运动并记录其对应的位置数据,所述接触式传感器73可获知并记录探测头与硅棒接触时的高度,基于接触式传感器73的探测头数据,可确定硅棒表面的最高点高度,将所述最高点高度与基准高度对比,即可确定对硅棒的调整高度。
所述基准高度例如可为一预存于硅棒加工设备控制系统内的基准硅棒的最高点高度,所述基准硅棒为直径值已知的硅棒,在夹持件夹持基准硅棒的状态下调整基准硅棒的最高点高度即可确定对应的基准硅棒的轴线高度,令所述基准硅棒的轴线位置与所述硅棒夹具的夹持部中心在高度方向对齐,此时基准硅棒的最高点高度即可作为一基准高度。将所述探测数据与基准高度对比,由当前状态夹持件所夹持硅棒的最高点高度与基准高度之间的差值以确定所需的对硅棒在升降方向的位移调整量。
又或,所述基准高度可以由所述预定装载机构确定,当上料装置从预定装载机构处夹持待切割硅棒时,硅棒最低点的位置为一确定值,即由所述预定装载机构的承载面确定的高度,在此示例下,基于所述接触传感器73的探测数据可获得对应的夹持件所夹持的硅棒的直径数据,由此可确定对硅棒在升降方向的位移量以令硅棒夹具在预定装载位置夹持硅棒。
在某些示例中,所述接触式传感器73的探测头上还设置有伸缩弹簧,在探测头接触到物件时,可在伸缩弹簧的带动下回退,可用于保护探测头,避免探测头被触碰损坏。
在某些示例中,所述传感器件可设置为探针式位移传感器。
在某些实施方式中,所述传感器件还可以为测距传感器,在此,可将测距传感器的距离 探测方向设置为重垂线方向,所述测距传感器举例可以为红外测距传感器、激光距离传感器、超声波传感器、雷达传感器等。
所述传感器件可用于在待切割硅棒被夹持件夹持的状态下进行测量,又或在待切割硅棒被硅棒夹具夹持的状态下进行测量。
例如,将基准硅棒被硅棒夹具以预定装载位置夹持的状态下基准硅棒的最高点高度作为基准高度,在实际场景中,通过测量硅棒夹具所夹持的硅棒的最高点高度与基准高度相比较,以确定对硅棒的位移调整量。
请结合参阅图16a、图16b、及图17,举例来说,当所述上料装置携所夹持的硅棒运动至第二方向与所述硅棒夹具对齐后,令所述硅棒夹具的一对夹臂相向运动以在硅棒的两个端面夹紧硅棒;令上料装置夹持件的第一夹持块7121与第二夹持块7122相背运动以释放硅棒,同时,令所述传感器73件伸缩运动以检测被硅棒夹具夹持的待切割硅棒的高度,通过测量硅棒夹具所夹持的硅棒的最高点高度与基准高度相比较,以确定对硅棒的位移调整量;当所述硅棒最高点高度已为基准高度,即确定硅棒夹具已在预定装载位置夹持硅棒,由此可令所述取料臂711及夹持件上升至指定位置,硅棒夹具即可带动硅棒沿导向结构移动以执行后续的切割作业;当传感器73件检测的高度与基准高度间具有高度差,令上料装置夹持件的第一夹持块7121与第二夹持块7122相向运动以夹持硅棒,而后硅棒夹具的一对夹臂相背运动以释放硅棒,上料装置带动硅棒以所述高度差确定的位移量升降运动;在升降调整后,硅棒夹具的一对夹臂相向运动以靠近硅棒的两个端面并实现夹持,夹持件释放硅棒,令所述取料臂711及夹持件上升至指定位置,硅棒夹具即可带动硅棒沿导向结构移动以执行后续的切割作业。
为便于理解本申请的硅棒加工设备在实际场景中的加工流程,本申请还提供了以下示例:
在初始时刻,当切割装置位于第一加工区位且研磨装置位于第二加工区位,将一待切割硅棒输送至硅棒加工平台以供第一加工区位上的第一硅棒夹具对待切割硅棒进行夹持;在一些实现方式中,所述待切割硅棒可由硅棒加工设备中的截断切割架对长硅棒截断获得,在另一些实现方式中,所述待切割硅棒也可为硅棒截断设备加工获得;
为实现所述硅棒夹具对待切割硅棒的夹持,在一些实现方式中,藉由一上料装置将硅棒输送至加工区位处硅棒夹具对应的夹持位置,在一些可行的实施例中,所述上料装置可从一预定装载机构处夹持待切割硅棒后将待切割硅棒输送至对应硅棒夹具的预定装载位置;
所述第一硅棒夹具在预定装载位置夹持待切割硅棒后在第一加工区位沿硅棒轴线方向运动,以使得切割装置中的切割线锯相对待切割硅棒进给以实现开方切割;在此,所述加工区 位上可设置有硅棒轴线方向的导向结构以令硅棒夹具在动力源驱动下沿导向结构移动;所述切割装置可配合硅棒夹具及其所夹持的硅棒的运动,例如调整切割线锯的位置以避让硅棒夹具夹持进行了一次切割的硅棒回到初始位置,硅棒夹具驱动所夹持的硅棒转动一定角度,而后从初始位置相对切割线锯进给以进行第二次切割,直至形成截面为矩形或类矩形的切割后硅棒;其中,所述初始位置例如为硅棒夹具的预定装载位置,在此,初始位置应当为令硅棒朝向切割线锯移动可实现切割的位置;在某些实施例中,所述硅棒加工设备中还可配置有边皮输送机构以将切割形成的边皮转运出工作区;
加工获得所述切割后硅棒后,所述第一转换机构驱动所述切割装置及研磨装置在第一加工区位及第二加工区位之间转换位置,所述研磨装置即被转转至第一加工区位,在此状态下所述第一硅棒夹具即可带动所夹持的切割后硅棒沿导向结构移动,所述研磨装置驱动研磨磨具沿重垂线方向运动以实现对切割后硅棒侧面的研磨,由第一硅棒夹具驱动硅棒沿硅棒轴线转动即可切换研磨装置对硅棒的研磨面,由此可获得研磨后硅棒;
在所述第一加工区位进行研磨作业的过程中,所述第二硅棒夹具可装载另一待切割硅棒,在此,第二硅棒夹具装载待切割硅棒的实现方式可参照前述第一硅棒夹具装载待切割硅棒的方式,被转换至第二加工区位的切割装置还可对第二硅棒夹具所夹持的硅棒进行切割;在一些实施例中,为令第二硅棒夹具的预定装载位置为朝向切割线锯移动即可实现切割的初始位置,可令所述切割装置中切割架及设于其上的线切割单元沿第二转轴转动,以使得在切换加工工位后切割线锯朝向切割轮轴心的方向与所述预定装载位置朝向切割线锯的方向一致;
将所述第一加工区位的研磨后硅棒予以卸料,所述第一硅棒夹具即可装载又一待切割硅棒,由第一转换机构驱动切割装置及研磨装置转换位置,切割装置即可对所述第一硅棒夹具夹持的待切割硅棒进行切割,同时,被转换至第二加工区位的研磨装置可对第二硅棒夹具所夹持的切割后硅棒进行研磨;在某些实施方式中,对研磨后硅棒的卸料还可藉由在硅棒加工设备中配置硅棒卸料装置以实现,所述硅棒卸料装置还可设置为可在第一加工区位与第二加工区位间移动以在不同时刻顺应卸料需要分别对接第一加工区位及第二加工区位;
重复前述过程,所述硅棒加工设备即可在两个加工区位上同时进行硅棒加工作业,硅棒加工效率提高;同时,通过所述第一转换机构转换切割装置与研磨装置所处的加工区位,令硅棒夹具带动所夹持的硅棒沿硅棒轴线方向移动,在任一加工区位即可实现开方切割及研磨作业,硅棒在不同工序间的转运路径被化简;如此,本申请的硅棒加工设备在实现提高加工效率的同时简化了硅棒在不同工序间加工的转运路径,减少了工序流转的人力损耗、时间损 耗及硅棒被损坏的风险。
本申请在第二方面还提供了一种硅棒加工方法,应用于硅棒加工设备中,所述硅棒加工设备包括具有硅棒加工平台的机座、切割装置、研磨装置、第一硅棒夹具及第二硅棒夹具,其中,所述切割装置及研磨装置设置于连接于第一转换机构,所述第一硅棒夹具及第二硅棒夹具分别对应设于硅棒加工平台的第一加工区位及第二加工区位,包括以下步骤:
在步骤S10中,令切割装置位于第一加工区位及研磨装置位于第二加工区位;
在初始时刻,当切割装置位于第一加工区位且研磨装置位于第二加工区位,将第一待切割硅棒输送至硅棒加工平台以供第一加工区位上的第一硅棒夹具对待切割硅棒进行夹持;在一些实现方式中,所述待切割硅棒可由硅棒加工设备中的截断切割架对长硅棒截断获得,在另一些实现方式中,所述待切割硅棒也可为硅棒截断设备加工获得;
在步骤S11中,令第一加工区位上的第一硅棒夹具装载第一待切割硅棒;
为实现所述硅棒夹具对待切割硅棒的夹持,在一些实现方式中,藉由一上料装置将硅棒输送至加工区位处硅棒夹具对应的夹持位置,在一些可行的实施例中,所述上料装置可从一预定装载机构处夹持待切割硅棒后将待切割硅棒输送至对应硅棒夹具的预定装载位置。
在步骤S12中,令第一硅棒夹具夹持第一待切割硅棒沿第一方向移动以令切割装置相对第一待切割硅棒进给切割,获得截面为类矩形的第一切割后硅棒;其中,所述第一方向平行于硅棒轴线方向;
所述第一硅棒夹具在预定装载位置夹持待切割硅棒后在第一加工区位沿硅棒轴线方向运动,以使得切割装置中的切割线锯相对待切割硅棒进给以实现开方切割;在此,所述加工区位上可设置有硅棒轴线方向的导向结构以令硅棒夹具在动力源驱动下沿导向结构移动,所述导向结构例如为导柱或导轨;所述切割装置可配合硅棒夹具及其所夹持的硅棒的运动,例如调整切割线锯的位置以避让硅棒夹具夹持进行了一次切割的硅棒回到初始位置,硅棒夹具驱动所夹持的硅棒转动一定角度,而后从初始位置相对切割线锯进给以进行第二次切割,直至形成截面为矩形或类矩形的切割后硅棒;其中,所述初始位置例如为硅棒夹具的预定装载位置,在此,初始位置应当为令硅棒朝向切割线锯移动可实现切割的位置;在某些实施例中,所述硅棒加工设备中还可配置有边皮输送机构以将切割形成的边皮转运出工作区。
在步骤S13中,令第一转换机构驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位间转换位置,以令切割装置位于第二加工区位及研磨装置位于第一加工区位;
在某些实施方式中,所述第一转换机构包括第一转轴,通过驱动所述切割装置和研磨装 置沿第一转轴转动预设角度,即可实现切割装置和研磨装置所处加工区位的切换。在一场景中,当所述第一加工区位及第二加工区位设于第二方向的相对两侧,所述第一转轴可设于重垂线方向,其中,所述第一方向、第二方向、以及重垂线方向两两垂直。
在步骤S14中,令第一硅棒夹具夹持第一切割后硅棒沿第一方向移动以配合研磨装置对所述第一切割后硅棒进行研磨,获得第一研磨后硅棒;以及令第二硅棒夹具装载第二待切割硅棒并夹持第二待切割硅棒沿第一方向移动以令切割装置相对第二待切割硅棒进给切割,获得截面为类矩形的第二切割后硅棒;
加工获得所述第一切割后硅棒后,所述第一转换机构驱动所述切割装置及研磨装置在第一加工区位及第二加工区位之间转换位置,所述研磨装置即被转转至第一加工区位,在此状态下所述第一硅棒夹具即可带动所夹持的第一切割后硅棒沿导向结构移动,所述研磨装置驱动研磨磨具沿重垂线方向运动并配合第一硅棒夹具在第一方向的运动,由此实现对第一切割后硅棒侧面的研磨,由第一硅棒夹具驱动硅棒沿硅棒轴线转动即可切换研磨装置对硅棒的研磨面,由此可获得第一研磨后硅棒。
在所述第一加工区位进行研磨作业的过程中,所述第二硅棒夹具可装载第二待切割硅棒,在此,第二硅棒夹具装载第二待切割硅棒的实现方式可参照前述第一硅棒夹具装载第一待切割硅棒的方式,被转换至第二加工区位的切割装置还可对第二硅棒夹具所夹持的第二待切割硅棒进行切割,以获得第二切割后硅棒;在一些实施例中,为令第二硅棒夹具的预定装载位置为朝向切割线锯移动即可实现切割的初始位置,所述切割装置中还可配置有第二转轴,令所述切割装置中切割架及设于其上的线切割单元沿第二转轴转动,以使得在切换加工工位后切割线锯朝向切割轮轴心的方向与所述预定装载位置朝向切割线锯的方向一致。
在步骤S15中,对第一硅棒夹具所夹持的第一研磨后硅棒予以卸料并装载第三待切割硅棒;令第一转换机构驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位间转换位置,以令切割装置位于第一加工区位及研磨装置位于第二加工区位;
将所述第一加工区位的第一研磨后硅棒予以卸料,所述第一硅棒夹具即可装载第三待切割硅棒,由第一转换机构驱动切割装置及研磨装置转换位置,切割装置即可对所述第一硅棒夹具夹持的第三待切割硅棒进行切割,同时,被转换至第二加工区位的研磨装置可对第二硅棒夹具所夹持的第二切割后硅棒进行研磨;在某些实施方式中,对第一研磨后硅棒的卸料还可藉由在硅棒加工设备中配置硅棒卸料装置以实现,所述硅棒卸料装置还可设置为可在第一加工区位与第二加工区位间移动以在不同时刻顺应卸料需要分别对接第一加工区位及第二加 工区位。
在步骤S16中,令第一加工区位的切割装置对第三待切割硅棒进行切割以获得第三切割后硅棒,以及令第二加工区位的研磨装置对第二切割后硅棒进行研磨以获得第二研磨后硅棒;
在此,第一加工区位的切割装置对第三待切割硅棒进行切割的实现方式可参照前述步骤中切割装置对第一待切割硅棒或第二待切割硅棒进行切割的实现方式;类似的,研磨装置对第二切割后硅棒进行研磨的实现方式可参照对第一切割后硅棒进行研磨的实现方式。
重复前述步骤,应用所述硅棒加工方法的所述硅棒加工设备即可在两个加工区位上同时进行硅棒加工作业,硅棒加工效率提高;同时,通过所述第一转换机构转换切割装置与研磨装置所处的加工区位,令硅棒夹具带动所夹持的硅棒沿硅棒轴线方向移动,在任一加工区位即可实现开方切割及研磨作业,硅棒在不同工序间的转运路径被化简;如此,本申请的硅棒加工设备在实现提高加工效率的同时简化了硅棒在不同工序间加工的转运路径,减少了工序流转的人力损耗、时间损耗及硅棒被损坏的风险。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效,而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (65)

  1. 一种硅棒加工设备,其特征在于,包括:
    机座,具有硅棒加工平台;所述硅棒加工平台上设有第一加工区位和第二加工区位;
    至少一第一硅棒夹具,设于所述第一加工区位,用于夹持硅棒并带动所夹持的硅棒沿第一方向移动;其中,所述第一方向平行于硅棒轴线方向;
    至少一第二硅棒夹具,设于所述第二加工区位,用于夹持硅棒并带动所夹持的硅棒沿第一方向移动;
    切割装置,用于对所述硅棒加工平台的第一加工区位或第二加工区位上的硅棒进行切割,以形成切割后硅棒;
    研磨装置,用于对所述硅棒加工平台的第二加工区位或第一加工区位上的切割后硅棒进行研磨;
    第一转换机构,与切割装置和研磨装置连接,用于驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位之间转换位置。
  2. 根据权利要求1所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一转换机构包括第一转轴,驱动所述第一转轴转动预设角度以使得所述切割装置和所述研磨装置在第一加工区位和第二加工区位之间转换位置。
  3. 根据权利要求2所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一转轴设于重垂线方向,所述第一加工区位与第二加工区位设于第二方向的相对两侧;其中,所述第一方向、第二方向、以及重垂线方向两两垂直。
  4. 根据权利要求2所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一转换机构还包括用于驱动所述切割装置及研磨装置转动的转动驱动机构,所述转动驱动机构包括:
    主动齿轮,轴接于动力驱动源;
    从动齿轮,啮合于所述主动齿轮且连接于所述第一转轴。
  5. 根据权利要求1所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割装置包括:
    切割架;
    至少一线切割单元,设于所述切割架,所述线切割单元包括:多个切割轮、过渡轮、 以及切割线,所述切割线绕于所述多个切割轮及过渡轮以形成至少一切割线锯。
  6. 根据权利要求5所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述线切割单元包括:
    切割线;
    第一切割轮及第二切割轮,设于所述切割架,切割线绕于所述第一切割轮及第二切割轮以形成切割线锯;其中,所述第一切割轮的轮面与第二切割轮的轮面相平行或共面;
    第一过渡轮,邻设于所述第一切割轮,在牵引切割线的状态下令第一切割轮与第一过渡轮的切割线位于第一切割轮中用于缠绕切割线的第一切割线槽所在平面内;
    第二过渡轮,邻设于所述第二切割轮,在牵引切割线的状态下令第二切割轮与第二过渡轮的切割线位于第二切割轮中用于缠绕切割线的第二切割线槽所在平面内;
    至少一第三过渡轮,设于所述第一过渡轮及第二过渡轮之间,用于牵引所述第一过渡轮与所述第二过渡轮之间的切割线,以令所述线切割单元中形成一切割容纳空间,所述切割容纳空间可容纳所述待切割硅棒且所述切割装置中仅有所述切割线锯与所述切割容纳空间相交。
  7. 根据权利要求6所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一过渡轮、第二过渡轮、及至少一第三过渡轮用于将所述切割线牵引远离所述切割容纳空间。
  8. 根据权利要求6所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割线绕于所述第一切割轮、第二切割轮、第一过渡轮、第二过渡轮及第三过渡轮之间以形成首尾相接的闭环切割线。
  9. 根据权利要求8所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述线切割单元中包括两个第三过渡轮,其中,所述切割线顺次缠绕于所述第一切割轮、第二切割轮、第二过渡轮、一第三过渡轮、另一第三过渡轮、第一过渡轮、第一切割轮以形成首尾相接的闭环切割线。
  10. 根据权利要求6所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割装置还包括切割线驱动装置,用于驱动所述切割线运行以对硅棒进行切割。
  11. 根据权利要求10所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割线驱动装置为电机,具有 动力输出轴且所述动力输出轴轴连接于所述第一切割轮或第二切割轮。
  12. 根据权利要求6所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割装置还包括:
    至少一调距机构,设于所述至少一线切割单元,用于驱动所述线切割单元中多个切割轮相对所述切割架沿垂直于切割轮轮面的方向移动。
  13. 根据权利要求12所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割装置包括单线切割单元,所述调距机构包括:
    丝杆,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述单线切割单元螺纹连接;
    驱动源,用于驱动所述丝杆转动。
  14. 根据权利要求12所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割装置包括单线切割单元,所述调距机构包括:
    伸缩件,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述单线切割单元关联;
    驱动源,用于驱动所述伸缩件沿切割轮轮面的正交方向伸缩运动。
  15. 根据权利要求12所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割装置包括平行且相对设置的第一线切割单元和第二线切割单元,所述第一线切割单元和第二线切割单元中的至少一者通过所述调距机构驱动沿切割轮轮面的正交方向移动。
  16. 根据权利要求15所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述调距机构包括:
    丝杆,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述第一线切割单元或第二线切割单元螺纹连接;
    驱动源,用于驱动所述丝杆转动。
  17. 根据权利要求15所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述调距机构包括:
    伸缩件,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述第一线切割单元或第二线切割单元关联;
    驱动源,用于驱动所述伸缩件沿切割轮轮面的正交方向作伸缩运动。
  18. 根据权利要求15所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述调距机构包括:
    双向丝杆,沿切割轮轮面的正交方向设置且与所述第一线切割单元和第二线切割单元螺纹连接,
    驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述第一线切割单元和所述第二线切割单元沿切割轮轮面的正交方向相向移动或相背移动。
  19. 根据权利要求5所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述切割装置还包括第二转轴,用于令所述切割架相对所述第一转换机构沿第二转轴方向转动;其中,所述第二转轴设于重垂线方向或第二方向,所述第一方向、第二方向及重垂线方向两两垂直。
  20. 根据权利要求5所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一硅棒夹具通过第一导向结构设于所述第一加工区位,其中,所述第一导向结构为沿第一方向设置的转移导轨或导柱;所述第二硅棒夹具通过第二导向结构设于所述第二加工区位,其中,所述第二导向结构为沿第一方向设置的转移导轨或导柱。
  21. 根据权利要求20所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述至少一切割线锯沿第二方向,所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具中的任一者包括:
    夹臂安装座,设于所对应的转移导轨或导柱;
    动力源,用于驱动所述夹臂安装座沿所对应的转移导轨或导柱移动;
    一对夹持部,沿第一方向相对设置,用于夹持硅棒的两个端面;
    一对夹臂,设于水平面方向,其中每一夹臂具有连接于所述夹臂安装座的近端以及连接于所述夹持部的远端;
    夹臂驱动机构,用于驱动一对夹臂中的至少一个沿第一方向移动以调节所述一对夹臂在第一方向的间距。
  22. 根据权利要求21所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一硅棒夹具与第二硅棒夹具中的任一者还包括夹持部转动机构,用于驱动所述夹持部旋转。
  23. 根据权利要求21所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹臂驱动机构包括:
    丝杆,沿第一方向设置且与所述一对夹臂中的任意一个关联;
    驱动源,用于驱动所关联的夹臂沿第一方向移动。
  24. 根据权利要求21所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹臂驱动机构包括:
    双向丝杆,沿第一方向设置且在两端与所述一对夹臂螺纹连接;
    驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述一对夹臂沿第一方向相向移动或相背移动。
  25. 根据权利要求20所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述至少一切割线锯沿重垂线方向设置,所述第一硅棒夹具与第二硅棒夹具中的任一者包括:
    夹臂安装座,设于所对应的转移导轨或导柱;
    动力源,用于驱动所述夹臂安装座沿所对应的转移导轨或导柱移动;
    一对夹持部,沿第一方向相对设置,用于夹持硅棒的两个端面;
    一对夹臂,设于垂直于第二方向的平面内,具有连接于所述夹臂安装座的近端以及连接于所述夹持部的远端;
    夹臂驱动机构,用于驱动一对夹臂中的至少一个沿第一方向移动以调节所述一对夹臂在第一方向的间距。
  26. 根据权利要求25所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一硅棒夹具与第二硅棒夹具中的任一者还包括夹持部转动机构,用于驱动所述夹持部旋转。
  27. 根据权利要求25所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹臂驱动机构包括:
    丝杆,沿第一方向设置且与所述一对夹臂中的任意一个关联;
    驱动源,用于驱动所关联的夹臂沿第一方向移动。
  28. 根据权利要求25所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹臂驱动机构包括:
    双向丝杆,沿第一方向设置且在两端与所述一对夹臂螺纹连接;
    驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述一对夹臂沿第一方向相向移动或相背移 动。
  29. 根据权利要求5所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括边皮承托机构,用于抵靠硅棒外侧并承托切割形成的边皮。
  30. 根据权利要求29所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述边皮承托机构包括:
    承托组件,包括:承托部,受抵靠并承托所述边皮;气缸或液压泵,包括伸缩部,所述伸缩部连接于所述承托部以控制所述承托部远离或抵靠所述边皮;
    安装部,用于将所述承托组件连接于所述切割装置。
  31. 根据权利要求30所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述承托部包括:
    至少两个承托块,沿所述第一方向间隔设置,具有用于接触并承载边皮的承托面。
  32. 根据权利要求30所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述承托部包括:
    至少两个承托杆,沿第一方向设置,用于接触并承托边皮;
    连接部,分设于所述承托杆的沿第一方向的相对两端,用于连接所述至少两个承托杆及所述伸缩部。
  33. 根据权利要求29所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括边皮错位机构,设于所述切割装置,用于沿第一方向推动所述边皮以令所述边皮脱离所述边皮承托机构或已切割硅棒。
  34. 根据权利要求33所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述边皮错位机构包括气缸或液压泵,其中,所述气缸或液压泵的伸缩杆沿第一方向设置。
  35. 根据权利要求1或29所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括边皮输送机构,用于承接切割形成的边皮并将所述边皮转运至卸料区。
  36. 根据权利要求35所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述边皮输送机构包括:
    输送部,用于承载所述边皮;
    输送驱动源,用于驱动所述输送部运动以输送所述边皮。
  37. 根据权利要求1所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述研磨装置包括:
    至少一对研磨磨具,其中,所述一对研磨磨具的研磨面平行且相对设置;
    磨具进退机构,用于驱动所述一对研磨磨具中的至少一个沿重垂线方向移动。
  38. 根据权利要求37所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述磨具进退机构包括:
    进退导轨,沿重垂线方向设于所述第一转换机构,用于设置所述研磨磨具;
    驱动源,用于驱动所述研磨磨具中的至少一个沿所述进退导轨移动。
  39. 根据权利要求37所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具中任一者还包括研磨修复装置,用于修磨对应的所述研磨装置中的研磨磨具。
  40. 根据权利要求39所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述研磨修复装置包括:
    安装主体,设于所述硅棒夹具,用于在所述硅棒夹具的带动下沿第一方向往复运动;
    至少一修磨部,设于所述安装主体上,用于检测或修磨所述研磨装置的研磨磨具。
  41. 根据权利要求40所述的硅棒加工设备,其特征在于,包括两个修磨部,分别设于所述安装主体的相对两侧。
  42. 根据权利要求1所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括倒角装置,用于研磨所述切割后硅棒的棱边。
  43. 根据权利要求42所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述倒角装置连接于所述第一转换机构,用于在所述第一转换机构驱动下在第一加工区位及第二加工区位间切换以对所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具所夹持的切割后硅棒进行倒角。
  44. 根据权利要求43所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述倒角装置设于所述研磨装置旁 侧,以使所述研磨装置及倒角装置对应于第一加工区位时所述切割装置对应于第二加工区位,或以使所述研磨装置及倒角装置对应于第二加工区位时所述切割装置对应于第一加工区位。
  45. 根据权利要求43所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述倒角装置包括:
    至少一对倒角磨具,其中,所述一对倒角磨具的研磨面平行且相对设置;
    倒角磨具进退机构,用于驱动所述一对倒角磨具中的至少一个沿重垂线方向移动。
  46. 根据权利要求45所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述倒角磨具进退机构包括:
    进退导轨,沿重垂线方向设于所述第一转换机构,用于设置所述至少一对倒角磨具;
    进退驱动单元,用于驱动所述至少一对倒角磨具中的至少一个倒角磨具沿所述进退导轨移动。
  47. 根据权利要求1所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括硅棒卸料装置,用于承接所述第一硅棒夹具以及第二硅棒夹具所夹持的研磨后硅棒。
  48. 根据权利要求47所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述硅棒卸料装置包括:
    传送带,用于承载所述研磨后硅棒;
    卸料驱动源,用于驱动所述传送带运动以带动其承载的研磨后硅棒沿第一方向移动。
  49. 根据权利要求48所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述硅棒卸料装置通过移位机构设于所述硅棒加工平台,用于在所述移位机构驱动下在第一加工区位与第二加工区位间移动。
  50. 根据权利要求49所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述硅棒卸料装置通过升降机构设于所述移位机构,其中,所述升降机构包括:升降导向结构,设于所述移位机构并连接所述硅棒卸料装置;升降驱动源,用于驱动所述硅棒卸料装置沿重垂线方向升降运动。
  51. 根据权利要求1所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括硅棒截断装置,其中,所述硅 棒截断装置包括:
    硅棒承载装置,用于承载单晶硅棒;
    截断切割架,包括相对于所述硅棒承载装置可升降的切割线锯,用于对单晶硅棒进行截断以形成所述待切割硅棒。
  52. 根据权利要求51所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述硅棒承载装置为链条输送机构、倍速链机构、或传动带机构。
  53. 根据权利要求1或51所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括上料装置,用于将待切割硅棒输送至第一加工区位或第二加工区位,以使所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具装载待切割硅棒。
  54. 根据权利要求53所述的硅棒加工设备,其特征在于,还包括一预定装载机构,沿第一方向设置,用于承载待切割硅棒以使所述上料装置从所述预定装载机构将待切割硅棒输送至第一加工区位或第二加工区位。
  55. 根据权利要求53所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述上料装置包括至少一夹持组件,其中所述夹持组件包括:
    取料臂,通过一安装部悬置于所述硅棒加工平台上方的顶架,其中,所述顶架包括沿第二方向设置的导向结构以令所述安装部具有沿第二方向移动的自由度;
    夹持件,设于所述取料臂底端,用于夹持待切割硅棒。
  56. 根据权利要求55所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述安装部包括沿第一方向设置的平移机构,用于设置所述取料臂以使所述取料臂具有沿第一方向移动的自由度。
  57. 根据权利要求55所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹持件包括:
    相对设置的第一夹持块与第二夹持块,其中,所述第一夹持块及第二夹持块具有夹持弧面;
    夹持块驱动机构,用于驱动所述第一夹持块与第二夹持块作开合运动。
  58. 根据权利要求57所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹持块驱动机构包括:
    第一齿条,联动于所述第一夹持块;
    第二齿条,联动于所述第二夹持块;
    夹紧气缸,设置于所述第一齿条或二齿条上,用推动所述第一齿条或第二齿条在齿条延伸方向移动;
    传动齿轮,与所述第一齿条及第二齿条相啮合,用于在正向转时带动所述第一夹持块及第二夹持块相向运动以执行闭合作,在逆向转动时带动所述第一夹持块及第二夹持块相背运动以执行张开动作。
  59. 根据权利要求57所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹持块驱动机构包括:
    第一齿条,联动于所述第一夹持块;
    第二齿条,联动于所述第二夹持块;
    驱动齿轮,连接于驱动电机的动力输出轴,并与所述第一齿条与所述第二齿条相啮合,用于在正向转动时带动所述第一夹持块及第二夹持块相向运动以执行闭合动作,在逆向转动时带动所述第一夹持块及第二夹持块相背运动以执行张开动作。
  60. 根据权利要求57所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹持块驱动机构包括:
    开合齿轮,设于所述第一夹持块及第二夹持块上;
    齿条,所述齿条的相对两端分别设有与所述第一夹持块和第二夹持块上的开合齿轮啮合对应的齿纹;
    驱动源,连接于所述齿条,用于驱动所述齿条沿齿条方向进退运动。
  61. 根据权利要求57所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述夹持块驱动机构包括:
    双向丝杆,两端与所述第一夹持块及第二夹持块螺纹连接;
    驱动源,用于驱动所述丝杆转动以使得所述第一夹持块及第二夹持块相向运动或相背运动。
  62. 根据权利要求55所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述取料臂可升降的设置于所述安 装部。
  63. 根据权利要求55所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述上料装置还包括传感器件,用于检测所述夹持件或第一硅棒夹具或第二硅棒夹具所夹持的硅棒,以确定所述第一硅棒夹具或第二硅棒夹具以预定装载位置夹持硅棒。
  64. 根据权利要求63所述的硅棒加工设备,其特征在于,所述传感器件为接触式传感器或测距传感器。
  65. 一种硅棒加工方法,应用于硅棒加工设备中,所述硅棒加工设备包括具有硅棒加工平台的机座、切割装置、研磨装置、第一硅棒夹具及第二硅棒夹具,其中,所述切割装置及研磨装置设置于连接于第一转换机构,所述第一硅棒夹具及第二硅棒夹具分别对应设于硅棒加工平台的第一加工区位及第二加工区位,其特征在于,包括以下步骤:
    令切割装置位于第一加工区位及研磨装置位于第二加工区位;
    令第一加工区位上的第一硅棒夹具装载第一待切割硅棒;
    令第一硅棒夹具夹持第一待切割硅棒沿第一方向移动以令切割装置相对第一待切割硅棒进给切割,获得截面为类矩形的第一切割后硅棒;其中,所述第一方向平行于硅棒轴线方向;
    令第一转换机构驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位间转换位置,以令切割装置位于第二加工区位及研磨装置位于第一加工区位;
    令第一硅棒夹具夹持第一切割后硅棒沿第一方向移动以配合研磨装置对所述第一切割后硅棒进行研磨,获得第一研磨后硅棒;以及令第二硅棒夹具装载第二待切割硅棒并夹持第二待切割硅棒沿第一方向移动以令切割装置相对第二待切割硅棒进给切割,获得截面为类矩形的第二切割后硅棒;
    对第一硅棒夹具所夹持的第一研磨后硅棒予以卸料并装载第三待切割硅棒;
    令第一转换机构驱动切割装置和研磨装置在第一加工区位和第二加工区位间转换位置,以令切割装置位于第一加工区位及研磨装置位于第二加工区位;
    令第一加工区位的切割装置对第三待切割硅棒进行切割以获得第三切割后硅棒,以及令第二加工区位的研磨装置对第二切割后硅棒进行研磨以获得第二研磨后硅棒。
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