基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构的制作方法
【专利摘要】一种基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，它包括上线架（11），下线架（12），其特征是所述的上线架（11）与UV摆动头（6）拖板相连，UV摆动头（6）拖板由U向驱动电机及V向驱动电机驱动，下线架（12）固定在机床床身上，所述的套筒连杆（4）通过轴承连接在上线架（11）和下线架（12）上；所述的上连杆（5）的一端穿过上线架（11）后与套筒连杆（4）的一端通过轴承连接，上连杆（5）的另一端与上导轮（7）的安装座相连；下连杆（10）的一端穿过下线架（12）与套筒连杆（4）的另一端通过轴承连接，下连杆（10）的另一端与下导轮（9）的安装座相连；定位轮（8）安装在上导轮（7）和下导轮（9）之间并能随上连杆（5）同步运动。本实用新型具有切割效率高，精度好的优点。
【专利说明】基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种金刚石线切割技术，尤其是一种利用四连杆机构进行锥度及摇摆切割的金刚石线切割装置进行硬脆材料加工的技术，具体地说是一种基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构。
【背景技术】
[0002]在现代工业中，半导体材料有着极为广泛的应用，在许多领域中，半导体材料都是不可替代的存在。以硅材料为例，作为一种极为优良的半导体材料，它是电子工业及太阳能光伏产业的基础原料。在常温下，硅的化学性质不活泼，不溶于水、硝酸和盐酸，在物理性能上则表现为硬度高、脆性大、电阻率高。因此，硅材料的加工难度较高，目前，主要采用游离磨料线切割技术，即使用高速运动的钢线带动研磨液中的磨粒在工件表面滚动，通过磨粒压入工件表面去除材料。这种技术存在的不足之处很明显:首先由于锯丝与研磨液之间的弹流效应，使得锯切时一般入口处磨料较多，材料去除快，锯口尺寸大；而出口处磨料较少，材料去除慢，锯口尺寸小，从而导致晶片产生面形误差，即会出现切片表面翘曲、弯曲、锥形和TTV变化大等问题；其次因磨料不均，还会使局部载荷增大，硅片内应力增大，并且浆料的处理和回收也要较高的成本。与游离磨料线切割相比，固结磨料金刚石线切割具有更大的优势。固结磨料金刚石线是指在不锈钢丝基体上电镀一层镍基合金，固结镶嵌高硬度、高耐磨性的金刚石颗粒。它最早出现在20世纪80年代，具有材料去除率高，切割尺寸大，切割精度高等优势，因而受到了广泛关注，并有望成为晶体硅等硬脆材料切片技术的未来发展方向。
[0003]目前的单线式金刚石线切割机床主要分为往复式和单向循环式两种。无论哪种机床，其运丝机构一般都为固定形式，金刚石线通过导线轮与丝筒等机构形成循环之后，其空间位置就无法再改变，因此其切割方式比较单一，通常只能进行单向直线切割。这些类型的机床一般用于硬脆材料的切片，切割方式单一，效率较低，且无法实现形状切割。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是针对现有的单线式金刚石线切割设备切割方式单一的问题，设计一种基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，它能通过四连杆结构改变金刚石线的空间位置，配合工作台运动后可以实现形状切割和摇摆切割等特殊切割方式。
[0005]本实用新型的技术方案是:
[0006]一种基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，它包括上线架11，上连杆5，上导轮7，下线架12，下连杆10，下导轮9，定位轮8，UV摆动头6，套筒连杆4，气动张紧装置3和丝筒1，丝线2从丝筒I上引出绕过气动张紧装置3、过线轮13、上导轮7、定位轮8和下导轮9后回到丝筒1，其特征是所述的上线架11与UV摆动头6拖板相连，UV摆动头6拖板由U向驱动电机及V向驱动电机驱动，下线架12固定在机床床身上，所述的套筒连杆4通过轴承连接在上线架11和下线架12上；所述的上连杆5的一端穿过上线架11后与套筒连杆4的一端通过轴承连接，上连杆5的另一端与上导轮7的安装座相连；下连杆10的一端穿过下线架12与套筒连杆4的另一端通过轴承连接，下连杆10的另一端与下导轮9的安装座相连；所述的上连杆5、下连杆10、套筒连杆4及上下主导轮7、9的连线构成一个平行四边形，该平行四边形所形成的框架能够围绕着下连杆10的后端点G沿U方向左右摆动，再配合工件的进给，可以实现在硅材料摇摆切片方式，有效提高切片效率；所述的上线架11在UV摆动头6进行V向移动时，下线架12绕着自身轴即下连杆10转动，而上线架11在完成V方向平移时还同步绕自身轴线即上连杆5转动；定位轮8安装在上导轮7和下导轮9之间并能随上连杆5同步运动。
[0007]所述的定位轮8分为上下两个，安装于定位轮座8-1内，定位轮座8-1与导轨滑块机构8-2相连，能进行上下移动以调整加工段长度，导轨滑块机构8-2与上线架5的一端相连。
[0008]上导轮7和下导轮9采用金属轮中间夹尼龙套的结构，定位轮8与其他过线轮全部采用钢芯聚氨酯材料制成，以提高导轮耐磨性能。
[0009]所述的气动张紧装置3由微型气缸3-1，导轨滑块组3-2和过线轮3_3组成；过线轮3-3固定在导轨滑块组3-2上，微型气缸3-1与导轨滑块组3-2相连，微型气缸3_1的进气端安装有调压阀，以保证在加工中金刚石线始终保持固定张紧力。
[0010]本实用新型的有益效果是:
[0011]本实用新型通过使用四连杆线架结构可实现多种切割要求:首先可使用UV摆动头6的U向的移动和工件的单向进给模拟摇摆切割，从而提高切割效率，降低丝损；其次可通过UV摆动头6的U、V向移动和工件进给配合进行形状切割(包括锥度切割)。
[0012]本实用新型的摇摆运动切割所得的硅片表面虽然有圆弧切痕，但切痕排列密集而规律，切割表面比较规整；而使用非摇摆切割方式的硅片切痕较少，但仍有几条较明显的小弧度线痕，可见切割不稳定。切割结果如表I所示。
[0013]表I两种切割方式切割效果对比
[0014]
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[0015]在丝筒换向时工件会暂停进给，时间约为2秒，因此除去换向时间后可得两者切割效率分别为67.8mm2/min和53.5mm2/min，可见使用本实用新型的切割机构切割效率提高了 27%。
[0016]使用本实用新型的切割机构进行硅材料的切片可明显切割提高效率，降低金刚石线损耗，增加切割稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的运丝结构示意图。
[0018]图2是本实用新型的工作原理示意图。
[0019]图3是本实用新型的气动张紧机构示意图。
[0020]图4是本实用新型的定位轮的安装示意图。
[0021]图中:1-丝筒，2-金刚石线，3-气动张紧装置，4-套筒连杆，5-上连杆，6_UV摆动头，7-上导轮，8-定位轮，9-下导轮，10-下连杆，11-上线架，12-下线架，13-过线轮。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0023]如图1-4所示。
[0024]一种基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，它包括上线架11，上连杆5，上导轮7，下线架12，下连杆10，下导轮9，定位轮8，UV摆动头6，套筒连杆4，气动张紧装置3和丝筒1，丝线2从丝筒I上引出绕过气动张紧装置3、过线轮13、上导轮7、定位轮8和下导轮9后回到丝筒1，如图1所示，所述的上线架11与UV摆动头6拖板相连，UV摆动头6拖板由U向驱动电机14及V向驱动电机15驱动，下线架12固定在机床床身上，所述的套筒连杆4通过轴承连接在上线架11和下线架12上；所述的上连杆5的一端穿过上线架11后与套筒连杆4的一端通过轴承连接，上连杆5的另一端与上导轮7的安装座相连；下连杆10的一端穿过下线架12与套筒连杆4的另一端通过轴承连接，下连杆10的另一端与下导轮9的安装座相连；所述的上连杆5、下连杆10和套筒连杆4的连线构成一个平行四边形，该平行四边形所形成的框架能够围绕着下连杆10的后端点G沿U方向左右摆动；所述的上线架11在UV摆动头6进行V向移动时，下线架12绕着自身轴即下连杆10转动，而上线架11在完成V方向平移时还同步绕自身轴线即上连杆5转动，如图2所示；定位轮8安装在上导轮7和下导轮9之间并能随上连杆5同步运动。所述的定位轮8分为上下两个，安装于定位轮座8-1内，定位轮座8-1与导轨滑块机构8-2相连，能进行上下移动以调整加工段长度，导轨滑块机构8-2与上线架5的一端相连，如图4所示。气动张紧装置3由微型气缸3-1，导轨滑块组3-2和过线轮3-3组成；过线轮3-3固定在导轨滑块组3_2上，微型气缸3-1与导轨滑块组3-2相连，微型气缸3-1的进气端安装有调压阀，以保证在加工中金刚石线始终保持固定张紧力，如图3所示。
[0025]如图1所示，电镀金刚石丝线2均匀缠绕在丝筒I上，再通过各过线轮13，上导线轮7，两个定位轮8，下导线轮9之后再回到丝筒I并固定，从而连接成一个环形，丝筒I与电机相连，通过丝筒I的旋转可带动金刚石线2做往复运动，丝筒I转速可调，可适应不同工况。上下导线轮7、9采用聚氨酯材料，并使用双轴承结构消除轴向跳动，定位轮8与其他过线轮全部采用钢芯聚氨酯材料制成，以提高导轮耐磨性能。UV摆动头6与上线架11相连，UV摆动头6上的U向驱动电机及V向驱动电机可带动上线11架进行U向和V向的移动，下线架12则保持不动。套筒连杆4通过轴承连接在上线架11和下线架12上，上线架11与下线架12上的四个连接点的连线构成一个平行四边形，该平行四边形所形成的框架能够围绕着下线架12的后端点G沿U方向左右摆动；上线架11与下线架12在UV摆动头6进行V方向移动时，下线架12绕着自身轴线(下连杆12)转动，而上线架11在完成V方向平移时还同步绕着自身的轴线(上连杆5)转动。加上两个定位轮8之后，整个四连杆线架结构的运动区域就可以看成是一系列的椭圆锥。
[0026]如图4所示。两个定位导轮8安装于定位导轮座内，分上下两个，其中一个安装于偏心导轮套8-3内，在导论V型槽磨损之后可通过转动偏心导轮套来保持定位效果。定位轮座与滑块导轨组相连，加工时可根据工件厚度上下移动定位导轮座来改变加工段金刚石线长度。
[0027]本实用新型未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，它包括上线架(11)，上连杆(5)，上导轮(7)，下线架(12)，下连杆(10)，下导轮(9)，定位轮(8)，UV摆动头(6)，套筒连杆(4)，气动张紧装置(3)和丝筒(1)，丝线(2)从丝筒(I)上引出绕过气动张紧装置(3)、过线轮(13)、上导轮(7)、定位轮(8)和下导轮(9)后回到丝筒(1)，其特征是所述的上线架(11)与UV摆动头(6)拖板相连，UV摆动头(6)拖板由U向驱动电机及V向驱动电机驱动，下线架(12)固定不动，所述的套筒连杆(4)通过轴承连接在上线架(11)和下线架(12)上；所述的上连杆(5)的一端穿过上线架(11)后与套筒连杆(4)的一端通过轴承连接，上连杆(5)的另一端与上导轮(7)的安装座相连；下连杆(10)的一端穿过下线架(12)与套筒连杆(4)的另一端通过轴承连接，下连杆(10)的另一端与下导轮(9)的安装座相连；所述的上连杆(5)、下连杆(10)、套筒连杆(4)及上下主导轮(7)、(9)的连线构成一个平行四边形，该平行四边形所形成的框架能够围绕着下连杆(10)的后端点(G)沿U方向左右摆动；所述的上线架(11)在UV摆动头(6)进行V向移动时，下线架(12)绕着自身轴即下连杆(10)转动，而上线架(11)在完成V方向平移时还同步绕自身轴线即上连杆(5)转动；定位轮(8)安装在上导轮(7)和下导轮(9)之间并能随上连杆(5)同步运动。
2.根据权利要求1所述的基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，其特征是所述的定位轮(8)分为上下两个，安装于定位轮座(8-1)内，定位轮座(8-1)与导轨滑块机构(8-2)相连，能进行上下移动以调整加工段长度，导轨滑块机构(8-2)与上线架(5)的一端相连。
3.根据权利要求1所述的基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，其特征是上导轮(7)和下导轮(9)采用金属轮中间夹尼龙套的结构，定位轮(8)与其他过线轮全部采用钢芯聚氨酯材料制成，以提高导轮耐磨性能。
4.根据权利要求1所述的基于四连杆线架结构的金刚石线切割机构，其特征是所述的气动张紧装置(3)由微型气缸(3-1)，导轨滑块组(3-2)和过线轮(3-3)组成；过线轮(3-3)固定在导轨滑块组(3-2)上，微型气缸(3-1)与导轨滑块组(3-2)相连，微型气缸(3-1)的进气端安装有调压阀，以保证在加工中金刚石线始终保持固定张紧力。
【文档编号】B28D5/04GK203973785SQ201420319967
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】刘志东, 邱明波, 岳伟栋, 田宗军, 沈理达 申请人:南京航空航天大学