精密切割设备用辅助系统的制作方法

本发明属切割设备领域，尤其涉及一种精密切割设备用辅助系统。

背景技术：

激光划片机是利用高能激光束照射在工件表面，使被照射区域局部熔化、气化、从而达到划片的目的。因激光是经专用光学系统聚焦后成为一个非常小的光点，能量密度高，因其加工是非接触式的，对工件本身无机械冲压力，工件易变形。热影响极小，划精度高，广泛应用于太阳能电池板、薄金属片的切割和划片。

划片机是精密切割专用设备，主要用于晶圆的高精密切割。目前划片机大多采用手动上下料模式。在人工上下料模式下，一方面是生产效率低下，单台设备24小时人工上下片仅能划切200片左右；另一方面随着社会的发展人工成本节节攀升，严重制约了企业的发展；最后随着晶圆大直径化与薄型化的市场要求，废片率攀升，产品的合格率降低。少部分划片机带有自动上下料系统，但现有系统都存在着效率不够高、破片率高等各种各样的问题。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的不足之处而提供一种加工效率高，废品率低，具有较高可靠性的精密切割设备用辅助系统。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

精密切割设备用辅助系统，包括支架；在所述支架上固定设有旋转模块、上料位模块、下料位模块及废料位模块；所述上料位模块、下料位模块、废料位模块与划片机切割台分布在圆周半径为r1的同一圆周上；

所述旋转模块包括电机模块及转臂；所述电机模块的动力输出端与转臂的一端垂直相接；所述转臂的另一端与非接触吸盘组件固定相接；

所述非接触吸盘组件包括气缸、转接板、非接触吸盘及位置传感器；所述非接触吸盘的运动半径记为r2，其转动中心与上料位模块、下料位模块、废料位模块及划片机切割台所形成圆的中心重合；r1＞r2；所述位置传感器固定设于转接板之上；所述气缸的气动执行元件下端与非接触吸盘的上端固定相接；

在所述支架上，对应上料位模块位置，固定设有上料顶升装置；所述上料顶升装置的顶部横向固定设有上料位托板；在所述上料位托板上固定设有上料位置传感器；在所述支架上，对应下料位模块位置，固定设有下料顶升装置；所述下料顶升装置的顶部横向固定设有下料位托板。

作为一种优选方案，本发明在所述支架上还设有双张检测模块及喷气模块；所述双张检测模块位于废料位两侧；所述喷气模块位于上料位附近。

进一步地，本发明所述上料位模块包括4个垂直设于支架的上料位挡柱。

进一步地，本发明所述上料位挡柱采用沉孔偏心结构。

进一步地，本发明所述下料位模块包括料盒及4个下料盒挡柱；所述料盒采用中空结构，其底部孔的直径小于晶圆直径5mm；所述下料位托板的直径小于料盒底部孔直径5mm。

进一步地，本发明所述位置传感器的数量为2个。

进一步地，本发明所述上料位挡柱的外径为φ10mm～φ16mm；通孔直径为φ3.5mm～φ5.5mm；沉孔直径为φ6mm～φ10mm。

进一步地，本发明所述喷气模块包括两套喷嘴和支架，于上料位模块两边的对侧各分别布置一套喷嘴和支架。

本发明加工效率高，废品率低，具有较高可靠性。本发明通过将各料位设置在同一圆周上，整个系统亦采用圆周运动模式，减少了运动的冗余，省去了很多不必要的动作，上下料过程都能在一个圆周维度内完成，简化了结构，提升了晶圆的搬运效率；通过选用非接触吸盘作为取放晶圆的部件，因其非接触的特性无需紧贴晶圆即可将晶圆吸取，这样增加了很大的运动裕度，增加该系统的可靠性，减少了废片率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明使用状态参考图；

图3为本发明旋转模块结构示意图；

图4为本发明上料位模块结构示意图；

图5为本发明上料位挡柱俯视图；

图6为本发明图5a-a向剖视图；

图7为本发明下料位模块结构示意图；

图8为本发明下料位模块剖视图；

图9为本发明系统控制部分电路原理框图。

图中：1、支架；2、旋转模块；3、喷气模块；301、喷嘴；302、喷嘴支架；4、上料位模块；5、下料位模块；6、废料位模块；7、双张检测模块；8、电机模块；9、转臂；10、气缸；11、位置传感器；12、非接触吸盘；13、上料位挡柱；14、上料位托板；15、上料位置传感器；16、上料顶升装置；17、料盒；18、下料盒挡柱；19、下料顶升装置；20、料盒底板；21、下料位托板；22、转接板；23、划片机切割台。

具体实施方式

如图所示，精密切割设备用辅助系统主要用于晶圆的全自动搬运与检测，包括支架1；在所述支架1上固定设有旋转模块2、上料位模块4、下料位模块5及废料位模块6；所述上料位模块4、下料位模块5、废料位模块6与划片机切割台分布在圆周半径为r1的同一圆周上，旋转系统2中电机带动非接触吸盘12旋转运动；

所述旋转模块2包括电机模块8及转臂9；所述电机模块8的动力输出端与转臂9的一端垂直相接；所述转臂9的另一端与非接触吸盘组件固定相接；

所述非接触吸盘组件包括气缸10、转接板22、非接触吸盘12及位置传感器11；所述非接触吸盘12的运动半径记为r2，其转动中心与上料位模块4、下料位模块5、废料位模块6及划片机切割台所形成圆的中心重合；r1＞r2；所述位置传感器11固定设于转接板22之上；所述气缸10的气动执行元件下端与非接触吸盘12的上端固定相接；r1是那几个料位的布置半径。运动半径和布置半径所形成的圆是同心的，电机都是设置在中心位置；

在所述支架1上，对应上料位模块4位置，固定设有上料顶升装置16；所述上料顶升装置16的顶部横向固定设有上料位托板14；在所述上料位托板14上固定设有上料位置传感器15；在所述支架1上，对应下料位模块5位置，固定设有下料顶升装置19；所述下料顶升装置19的顶部横向固定设有下料位托板21。

本发明在所述支架1上还设有双张检测模块7及喷气模块3；所述双张检测模块7位于废料位6两侧；所述喷气模块3位于上料位4附近。本发明所述上料位模块4包括4个垂直设于支架1的上料位挡柱13。本发明所述上料位挡柱13采用沉孔偏心结构。本发明所述下料位模块5包括料盒17及4个下料盒挡柱18；所述料盒17采用中空结构，其底部孔的直径小于晶圆直径5mm；所述下料位托板21的直径小于料盒17底部孔直径5mm。本发明所述位置传感器11的数量为2个。

如图所示，在具体设计时，本发明包括支架1、旋转模块2、喷气模块3、上料位模块4、下料位模块5、废料位模块6、双张检测模块7。本发明所述支架1与划片机侧边缘连接，旋转模块2、喷气模块3、上料位模块4、下料位模块5、废料位模块6、双张检测模块7分别与支架1连接。上料位模块4、下料位模块5、废料位模块6、划片机切割台分布在同一圆周上，旋转模块2的转动中心与以上各料位分布所形成的的圆的中心重合，其运动半径小于各料位分布所形成的的圆的半径。

本发明旋转模块2包括电机模块8、转臂9、气缸10、位置传感器11、非接触吸盘12、转接板22；电机模块8通过四根立柱与支架1相连，转臂9与电机模块8中的转接块螺栓连接；气缸10与转臂9螺栓连接，气缸10与非接触吸盘12通过转接板22应用螺栓正反把接，两个位置传感器11安装于转接板22的两侧。所述喷气模块3包括两套喷嘴301和支架302上料位模块4两边的对侧各分别布置一套喷嘴301和喷嘴支架302。所述下料位模块5包括料盒1、下料盒挡柱18、下料顶升装置19、料盒底板20及下料位托板21。4个下料盒挡柱18通过螺纹连接固定在支架1上。料盒17放在支架1上受4个下料盒挡柱18限定，料盒底板20放置于料盒17内，下料位托板21穿过料盒17的中心孔托起料盒底板20，且料盒17底部孔直径小于晶圆直径5mm，下料位托板21的直径小于料盒17底部孔直径5mm。所述上料位模块4包括上料位挡柱13、上料位托板14、上料位置传感器15及上料顶升装置16。上料顶升装置16通过螺栓吊置于支架1上，上料位托板14固在上料顶升装置16上穿过支架1中的圆孔，4个上料位挡柱13通过螺栓与支架1连接，均匀布置于上料位托板14四周，4个上料位挡柱13的分布直径根据晶圆的大小确定，其直径大于晶圆直径0.5mm～2mm；料盒17采用中空式，料盒17底部孔的大小根据所装载晶圆的大小确定，其直径小于晶圆直径5mm。上料位挡柱13采用沉孔偏心设计，其长度根据上料位模块4所承载晶圆数量确定，以80mm左右为宜。其外径为φ10mm～φ16mm，通孔φ3.5mm～φ5.5mm，沉孔φ6mm～φ10mm深60mm左右。

在具体操作时，本发明在划片机划切的间隙，旋转模块2分别旋转到上料位模块4、下料位模块5，气缸10下降，位置传感器11检测晶圆的高度，上料顶升装置16将上、下料位中的晶圆调整到合适的高度（最上层晶圆距气缸10下降后的非接触吸盘12的底面的距离为1mm～5mm）；上片时，非接触吸盘12运动到上料位模块4，气缸10下降后非接触吸盘12吸取晶圆，而后喷气模块3脉冲式喷气，再后气缸10提起，旋转模块2运动至双张检测模块7处检测是否双张，停滞200ms～1000ms后将晶圆搬运至划片机切割台处，整个上料过程完成，若双张检测模块7检测到双张，有叠片情况旋转模块2将晶圆搬运至废料盒放下后，再重复以上取料过程；划片机划切完成下片时，非接触吸盘12运动到划片机切割台处，气缸10下降非接触吸盘12吸取晶圆后气缸10抬升，旋转模块2运动至下料位模块5处，气缸10下降非接触吸盘12释放晶圆，完成整个下料过程；若上料位模块4中晶圆都已用完，位置传感器15会报警提示上料位模块4空，需在上料位模块4中增加晶圆，若需要可以调试上料位挡柱13改变上料位模块4大小。

上料位模块4、下料位模块5、废料位模块6、划片机切割台分布在同一圆周上该圆周半径记为r1，整个系统采用圆周运动，非接触吸盘12的转动中心与以上各料位分布所形成圆的中心重合，其运动半径记为r2，r1＞r2；上、下片过程采用气缸10加非接触吸盘12，并带有两个位置传感器11，上下料位都有上料顶升装置16、下料顶升装置19；在上片过程中有喷气模块3脉冲式喷气，后有双张检测模块7检测叠片，如附图1、2所示；上料位模块4中用4个上料位挡柱13将晶圆限定，上料位挡柱13采用沉孔偏心设计，并于上料位托板14处安装位置传感器15，如附图3、4所示，下料位模块5采中用4个下料盒挡柱18限定住料盒17，料盒17采用中空式，料盒17底部孔的大小根据所装载晶圆的大小确定，其直径小于晶圆直径5mm左右，下料位托板21的直径小于料盒17底部孔直径5mm，如附图6、附图7所示。

本发明通过将各料位设置在同一圆周上，整个系统亦采用圆周运动模式，合理的布置了上料位模块4、下料位模块5、废料位模块6，减少了运动的冗余，省去了很多不必要的动作，上下料过程都能在一个圆周维度内完成，简化了结构，提升了晶圆的搬运效率。

本发明通过选用非接触吸盘12作为取放晶圆的部件，因其非接触的特性无需紧贴晶圆即可将晶圆吸取，这样增加了很大的运动裕度，增加该系统的可靠性，减少了废片率；选用气缸10来作为非接触吸盘12上下运动的工具，相较于电机配直线导轨模式极大的提升了上下运动的效率；应用位置传感器11在划片机划切的间隙，来检测上下料盒中晶圆的高度，这样的时序的选择，使检测料盒中晶圆的高度不必占用整体时间，提升了系统的效率；应用两个位置传感器11这种冗余设计增加了系统的可靠性，在一个传感器出问题时，系统亦可以工作。

本发明在上片过程中增加了喷气模块3的脉冲式喷气，可以将叠片吹开，大大的降低了双张的产生，在最后增加双张检测模块7检测，若极少数叠片没有被吹开，亦可在该处检测出来放到废料位模块6，以上设计可以几乎100%确保搬运至切割台的晶圆无双张晶圆，极大的降低了废片率。

本发明上料位模块4采用4个上料位挡柱13将晶圆限定，并上料位挡柱13采用沉孔偏心这种设计，可以通过调整上料位挡柱13偏心的位置，改变限定区域的大小，各个厂家同规格晶圆的大小是有一定差异的，使用该设计可以增加设备的通用性，增加上片的准确率，提高设备的可靠性，从而减少废片率；在上料位托板14处安装位置传感器15，当上料位模块4中晶圆搬运空后位置传感器15会发出信号报警，提示增加晶圆，该设计可以提高设备的自动化率，减少设备等待时间，提升设备效率。

本发明采用下料盒挡柱18限定住料盒17，料盒17采用中空式结构，在取走切割好的晶圆时，方便拿取，不用手直接接触晶圆，减少晶圆的污染，降低废片率。

本发明的描述中，需要理解的是，术语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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。