一种多线切割机线网张力测量装置及方法与流程

本发明涉及一种多线切割机线网张力测量装置及方法，用于测量多线切割机切片过程中线网的张力，属于多线切割加工领域。

背景技术：

多线切割机是一种高效率高精度的硬脆材料切片加工设备，简称线锯。按照磨料的方式不同，分为两种类型：游离磨料多线切割及固结金刚石多线切割。游离磨料多线切割其切割原理是将钢线缠绕在多个导轮的槽上，形成线网，导轮的旋转运动带动线网高速运动，工作台上装着工件向下进给；同时含有切割磨料的砂浆喷到线网上，运动的线网带着砂浆进入被切工件，从而将工件切割成数百上千片的薄片。固结金刚石多线切割的原理是将金刚石磨料固结到钢线上，其它与游离磨料多线切割过程相同。多线切割因为其切割效率高、材料损失小在太阳能、集成电路芯片、发二极管等战略新兴产业的基底材料的切片加工中得到广泛应用，如单晶硅、多晶硅、蓝宝石等晶体材料的大批量切片加工中普遍采用多线切割机进行加工。

在多线切割加工过程中，线张力是影响切割质量的一个重要参数，特别是张力的波动极易引起断线导致切割晶体报废。为此，中国专利ZL201310494668.1介绍了采用非接触式检测切割线张力的装置及方法。但是，这种方法适用于测量钢线进线或出线部分张力检测。而线网中线在切割过程中，钢线磨损、进给速度、以及疲劳都会对线张力产生影响。所以线网中的张力与进线或出线口张力臂施加的张力是不同的，这也是导致晶片质量产生较大波动的原因之一，一般规律是从进线口到出线口晶片质量逐渐变差。但是，线网中钢线间距只有不到0.2毫米，目前的张力测试装置难以测试到线网中的张力，线网张力分布不清楚，给工艺参数的合理调整带来困难。

技术实现要素：

针对多线切割加工过程中线网张力分布影响切割质量而张力不能有效测量的问题，本发明旨在提供一种多线切割机加工过程中线网张力测量装置及方法。该装置及方法通过将切割过程中晶锭对线的作用力等效于测量外加的对线的向下的拉力，从而根据线弓的角度以及力的平衡条件计算出线上的张力，抽测线网中不同位置的张力，就可以得出线网张力的分布。

为了实现本发明，本发明所采用的技术方案是：

一种多线切割机线网张力测量装置，包括两个测量支柱，所述测量支柱中间有连接绳与T型连接杆相连，所述T型连接杆下端与压力传感器相连；所述压力传感器与下连接杆相连；所述下连接杆通过连接绳与长形盒相连；所述长形盒里面装有配重液，所述测量支柱支承在线网的两根相邻被测线上，所述被测线在晶锭的向下的力作用下偏离平衡位置成一角度A，所述晶锭的中间夹着导电薄片，所述导电薄片用电线与万用表一端相连，所述万用表另一极用电线与测量支柱相连。

所述测量支柱直径为0.5-1毫米，长度为两被测线之间距离的1.2-2倍。

所述万用表监测测量支柱和导电薄片之间的通路的电阻。

所述配重液逐渐加入，其重量正好等于万用表显示电阻增大信号出现，被测线脱离晶锭及导电薄片导致电阻增大，此时晶锭对被测线作用力F约等于测量支柱施加的重力G，记录压力传感器的值。

所述配重液可以为切割用的砂浆或者乙二醇或者切割过程中使用的冷却液。

所述导电薄片厚度为0.1-1毫米，其长度和高度与晶锭2的长度和高度相同。

所述压力传感器的输出信号通过电线与压力显示模组相连。

本发明还提供了一种多线切割机线网张力测量装置的线张力测量方法，包括如下步骤：

1）准备工件：所述晶锭和导电薄片用胶粘结到晶托上后整体安装到到线切工作台上，测量出测量支柱、连接绳、T型连接杆、压力传感器的重量，记为G1；

2）开始切割，需要测量位置暂停，进行测量：测量线网在晶锭测量偏离平衡位置的距离D；将测量支柱支在晶锭的两侧面的被测线上，万用表调节到电阻档，万用表的输入端用电线分别与导电薄片和测量支柱连接，往长形盒逐渐加入配重液，直到电阻发生明显变化，记录压力显示模块的重量值，记为G2；

3）计算线网张力：线网线弓角度A近似为

（1）

被测线张力T为

（2）

公式（a）中L为两导轮的中心距，W为实验时两晶锭与导电薄片粘结后的宽度，公式（b）中G=G1+G2；

4）重复步骤2和3，测量不同位置的钢线，计算出线网的张力分布情况。

本发明能测量到多线切割加工过程中线网从入口到出口的张力变化，考察线网张力分布与切割参数之间的关系，从而调整工艺以减少张力降低对切割质量的影响，降低断线的风险。

附图说明

图1是本发明装置结构图；

图2是本发明装置局部放大图；

图3是本发明装置剖视图；

图4是本发明装置原理图。

在图中：

1-导轮；2-晶锭；3-晶托；4-切割工作台；5-线网；6-导电薄片；7-胶；8-测量支柱；9-被测线；10-压力显示模组；11-压力传感器；12-长型盒；13-电线；14-万用表；15-连接绳；16-T型连接杆；17-下连接杆；18-配重液。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做详细的描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。此实施例为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。图1为发明装置结构图，图2为本发明装置局部放大图，图3为本发明装置剖视图，图4为发明装置原理图。

结合图1、图2及图3，一种多线切割机线网张力测量装置，包括两个测量支柱8，所述测量支柱8中间有连接绳15与T型连接杆16相连，所述T型连接杆16下端与压力传感器11相连；所述压力传感器11与通过下连接杆17相连；所述下连接杆17通过连接绳15与长形盒12相连，所述长形盒12里面装有配重液18，所述测量支柱8支承在线网5的两根相邻被测线9上，所述被测线9在晶锭2的向下的力作用下偏离平衡位置成一角度A，所述晶锭2的中间夹着导电薄片6，所述导电薄片6用电线13与万用表14一端相连，所述万用表14另一极用电线13与测量支柱8相连。

所述测量支柱8直径为0.5-1毫米，长度为两被测线9之间距离的1.2-2倍。

所述晶锭2和导电薄片6用胶7粘结到晶托3上后整体安装到到线切工作台4上，测量出测量支柱8、连接绳15、T型连接杆16、压力传感器11的重量，记为G1。

所述万用表14监测测量支柱8和导电薄片6之间的通路的电阻。

所述配重液18逐渐加入，其重量正好等于万用表14显示电阻增大信号出现，被测线9脱离晶锭2及导电薄片6导致电阻增大，此时晶锭2对被测线9作用力F约等于测量支柱8施加的重力G，记录压力传感器11的值。

所述配重液18可以为切割用的砂浆或者乙二醇或者切割过程中使用的冷却液。

所述导电薄片6厚度为0.1-1毫米，其长度和高度与晶锭2的长度和高度相同。

所述压力传感器11的输出信号通过电线13与压力显示模组10相连。

结合本发明原理图4，晶锭2在加工过程中对被测线9产生压力F，压力F与张力T达到平衡；通过图1所述装置，在被测线9上施加一个重力G，使G约等于F；线弓角度A可根据导轮1中心距离及晶锭2的宽度由公式（1）求出；在竖直方向力要达到平衡，根据公式（5）就可计算出被测线9的张力。

以某型号多线切割机为例，结合本发明装置及方法，步骤如下：

1）准备工件：安装好加工晶锭2，测量出测量支柱8、连接绳15、T型连接杆16、压力传感器11的重量，记为G1，G1等于0.784牛顿；

2）开始切割，需要测量位置暂停，进行测量：将测量支柱8支在晶锭2的两侧面的被测线9上，万用表14调节到电阻档，将万用表14输入端用电线13分别与导电薄片（6）和测量支柱8连接，往长形盒12逐渐加入配重液18，直到电阻发生明显变化，记录压力显示模块10的重量值0.49牛顿，等于G2；测量线网5在晶锭2测量偏离平衡位置的距离D为4毫米；公式（2）中G为1.274牛顿；

3）计算线网张力：L为两导轮1的中心距，L为540毫米；W为实验时两晶锭2与导电薄片6粘结后的宽度为150毫米，根据公式3线网5线弓角度A近似为

（3）

被测线张力T为

（4）

公式（4）中结果为被测线9的张力；

4）重复步骤2和3，测量不同位置的钢线，就可以计算出线网5的张力分布情况。

以上实施例中，导轮1个数为两个，本发明装置和方法同样适用三个或四个导轮的多线切割机的线网张力测量。

上面结合了附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在了解上述方案的内容后还可以不脱离本发明宗旨的前提下做出种种变化。