金剛線及多線切割設備的制作方法

本發明涉及切割領域，尤其涉及一種金剛線及多線切割設備。

背景技術：

傳統的金剛線是在普通鋼絲上均勻地鍍上金剛石，利用金剛石來切割多晶硅及單晶硅。從外觀上放大來看，繃直的金剛線就像一根圓棒在來回的鋸著硅，其在切割單晶硅時由于單晶硅的接觸面小，所以切割相對較快，而多晶硅是一塊實心的大硅錠，金剛線與硅的接觸面很大，導致排削能力下降，金剛線上附著的硅粉，以及由于摩擦而損耗的金剛石顆粒，會極大地降低切割效率。

技術實現要素：

為克服現有技術所存在的缺陷，現提供一種金剛線及多線切割設備，以解決現有的金剛線切割多晶硅效率低下、極易損耗金剛石顆粒等問題。

為實現上述目的，一種金剛線，包括：鋼絲，所述鋼絲分為間隔設置的至少兩類切割區段；分別鍍設于至少兩類切割區段的至少兩類金剛石層，各個所述金剛石層的顆粒級數不同。

本發明金剛線的進一步改進在于，所述金剛石層包括兩類，分別為第一金剛石層以及與所述第一金剛石層的顆粒級數不同的第二金剛石層。

本發明金剛線的進一步改進在于，所述第一金剛石層與所述第二金剛石層交叉分段鍍設于所述鋼絲。

本發明金剛線的進一步改進在于，所述第一金剛石層與所述第二金剛石層均等間隔鍍設于所述鋼絲。

為實現上述目的，本發明還提供了一種多線切割設備，包括：底座；設于所述底座上的承載架體，所述承載架體底部設有供承載待切割工件的承載臺；切割機構，包括設于所述底座上的切割支架以及架設于所述切割支架的上述的金剛線；當所述承載臺與所述切割支架相對趨近運動時，所述金剛線對所述承載臺上的所述待切割工件進行切割。

本發明多線切割設備的進一步改進在于，所述待切割工件為硅錠，所述承載臺設有并行的多個切割縫，所述金剛線在切割所述待切割工件時位于所述切割縫內。

本發明多線切割設備的進一步改進在于，所述切割機構還包括設于所述底座、位于所述承載臺下方的升降旋轉機構，包括：座架、通過升降機構設于所述座架上的升降支架、設于所述升降支架上的旋轉件、以及設于所述旋轉件上的頂桿；所述升降旋轉機構上升時，帶動所述頂桿沿著所述切割縫往上頂升所述待切割工件，使得所述待切割工件在所述頂桿的頂托下脫離于所述承載臺；所述升降旋轉機構旋轉時，由所述頂桿帶動所述待切割工件旋轉一切割角度。

本發明多線切割設備的進一步改進在于，所述待切割工件為硅棒，所述承載臺為用于承載待切割的所述硅棒并驅動所述硅棒沿著所述硅棒的軸向進行輸送的物料輸送臺。

本發明多線切割設備的進一步改進在于，還包括設于所述切割支架且通過一升降機構而可升降地設于所述物料輸送臺的上方的多個線切割單元，所述線切割單元包括設于所述切割支架且傳動連接于所述升降機構的支架以及對稱設置于所述支架底部的兩個切線輥，兩個所述切線輥之間設有所述金剛線；多個所述線切割單元在所述升降機構的控制下同步下降至所述物料輸送臺并同時對所述硅棒進行切割以將所述硅棒切割為多個硅區段，切割后的多個所述硅區段再通過所述物料輸送臺進行依序卸料。

本發明的有益效果在于，采用本發明中的金剛線對待加工工件進行切割時，顆粒較粗的金剛石層在切割時產生的硅粉可以帶到顆粒較細的金剛石層上，對顆粒較粗的金剛石層可以有效地減少硅粉的附著，始終保持較高的切割能力，解決了現有的金剛線切割多晶硅效率低下、極易損耗金剛石顆粒等問題。

附圖說明

圖1為本發明金剛線的示意圖。

圖2為本發明多線切割設備在第一實施例中的立體結構示意圖。

圖3為圖2中多線切割設備的側視圖。

圖4為本發明多線切割設備在第一實施例中待切割硅錠放置于承載臺的側視圖。

圖5為本發明多線切割設備在第一實施例中金剛線臨近于待切割硅錠邊緣預留的未切割區域的側視圖。

圖6為本發明多線切割設備在第一實施例中升降旋轉機構上的頂桿對應著切割縫往上頂升待切割硅錠的側視圖。

圖7為本發明多線切割設備在第一實施例中待切割硅錠脫離于承載臺時承載臺從待切割硅錠和升降旋轉機構之間抽離的側視圖。

圖8為本發明多線切割設備在第一實施例中升降旋轉機構上的頂桿帶動待切割硅錠旋轉一切割角度的側視圖。

圖9為本發明多線切割設備在第一實施例中待切割硅錠旋轉一切割角度后承載臺移入至待切割硅錠和升降旋轉機構之間的側視圖。

圖10為本發明多線切割設備在第一實施例中待切割硅錠旋轉一切割角度后升降旋轉機構下降的側視圖。

圖11為本發明多線切割設備在第一實施例中待切割硅錠旋轉一切割角度后切割線對待切割硅錠進行完全切割的側視圖。

圖12為本發明多線切割設備在第二實施例中的立體結構示意圖。

圖13為圖12中多線切割設備的側視圖。

圖14是圖13中壓制件的局部放大示意圖。

圖15是圖14中壓制件壓制待切割的硅棒后的示意圖。

圖16是本發明多線切割設備將硅棒切割為多個硅區段后的示意圖。

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

需要說明的是，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。

第一實施例

請參照圖1，圖1為本發明金剛線的示意圖，如圖1所示，本發明提供了一種金剛線，包括：鋼絲1，所述鋼絲1分為間隔設置的至少兩類切割區段；分別鍍設于至少兩類切割區段的至少兩類金剛石層21、22，各個所述金剛石層的顆粒級數不同。本發明金剛線對待加工工件(例如：硅錠、硅棒、藍寶石、或其他半導體硬脆材料)進行切割時，顆粒較粗的金剛石層21在切割時產生的硅粉可以帶到顆粒較細的金剛石層22上，對顆粒較粗的金剛石層21可以有效地減少硅粉的附著，始終保持較高的切割能力，解決了現有的金剛線切割多晶硅效率低下、極易損耗金剛石顆粒等問題。

更近一步地，如圖1所示，所述金剛石層包括兩類，分別為第一金剛石層21以及與所述第一金剛石層21的顆粒級數不同的第二金剛石層22。所述第一金剛石層21與所述第二金剛石層22交叉分段鍍設于所述鋼絲1。所述第一金剛石層21與所述第二金剛石層22均等間隔鍍設于所述鋼絲1。如圖1所示，所述第一金剛石層21的顆粒級數大于所述第二金剛石層22的顆粒級數，即所述第一金剛石層21較粗，通過所述第一金剛石層21與所述第二金剛石層22交叉等間隔地分段鍍設于所述鋼絲1，可以類似的看成在所述鋼絲1上形成鋸齒形狀，鋸片在切割待加工工件時依靠的是頂端凸出的尖角，而較粗的所述第一金剛石層21就是類似鋸片的尖角，因此，本發明金剛線可以大幅度提高多晶硅等硬脆性材料的切割能力。

第二實施例

請參照圖2和圖3，本發明還提供了一種多線切割設備，包括：底座5；設于所述底座5上的承載架體，所述承載架體底部設有供承載待切割工件的承載臺1；切割機構2，包括設于所述底座5上的切割支架20以及架設于所述切割支架20的如第一實施例中所述的金剛線21；當所述承載臺1與所述切割支架20相對趨近運動時，所述金剛線21對所述承載臺1上的所述待切割工件進行切割。當所述待切割工件為硅錠4，圖2所示的多線切割設備則為硅錠開方機，其中，所述承載臺1設有并行的多個切割縫，所述金剛線21在切割所述硅錠4時位于所述切割縫內。以下對上述組件進行詳細說明。

如圖2和圖3所示，底座5，作為本發明硅錠開方機的主體框架，承載臺1、切割機構2以及升降旋轉機構3均設于底座5上，其中，承載臺1滑設于底座5上，切割機構2固定設置于底座5的一端部。較佳地，為防止承載臺1滑出于底座5，如圖2所示，底座5的另一端部設有擋板6，擋板6可以是呈弧形。承載臺1滑設于切割機構2以及擋板6之間。升降旋轉機構3固定設置于底座5上，且位于切割機構2以及擋板6之間。

如圖2和圖3所示，承載臺1，用于承載待切割硅錠4且滑設于底座5上，承載臺1并行設有多個切割縫。如圖2和圖3所示，承載臺1可以是呈一階梯狀的承載工作臺，待切割硅錠4放置于承載臺1中位于較低的階梯承載面上。承載臺1可以通過但不局限于以下方式滑設于底座5上，如圖2和圖3所示，底座5上相對設置有一對滑軌70，承載臺1滑設于滑軌70上，承載臺1底部相對固設有分別滑設于一對滑軌70上的支撐架71，支撐架71可以是如圖2和圖3所示的側板，所述側板頂端固定于承載臺1底部，所述側板底端滑設于滑軌70上。滑軌70可以是滑槽，位于承載臺1底部的支撐架71設有適于所述滑槽內的滑輪，為了實現自動化控制承載臺1的滑移，所述滑輪可以連接有驅動電機，通過控制所述驅動電機的運轉以實現對承載臺1的行進控制，可以令承載臺1沿著所述滑槽不斷靠近切割機構2，向左行進，也可也令承載臺1沿著滑槽遠離切割機構2，向右行進。在其他實施例中，滑軌70上也可以設有滑輪，位于承載臺1底部的支撐架71設有對應所述滑輪的滑槽，為了實現自動化控制承載臺1的滑移，所述滑槽可以連接有驅動電機，通過控制驅動電機的運轉以實現對承載臺1的行進控制，可以令承載臺1沿著所述滑輪不斷靠近切割機構2，向左行進，也可也令承載臺1沿著所述滑輪遠離切割機構2，向右行進。

如圖2和圖3所示，本發明提供了設于底座5、位于承載臺1下方的升降旋轉機構3，包括：座架30、通過升降機構設于座架30上的升降支架35、設于所述升降支架35上的旋轉件、以及設于所述旋轉件上的頂桿33，在這里，所述升降機構包括設于座架30和所述升降支架35之間的多個升降桿31，升降桿31可以是與一升降氣缸相連并受其控制，通過控制所述升降氣缸的運轉控制升降桿31的升降，所述升降氣缸可以設置于底座5或座架30的內部。所述旋轉件包括架設于升降支架35上、用于旋轉的旋轉板32，頂桿33固設于旋轉板32上。旋轉板32可以是通過以下方式進行旋轉，升降支架35頂部設有旋轉軸座，旋轉板32設于旋轉軸座之上且與旋轉軸承相互嚙合。具體地，旋轉軸座的頂端設有多個第一齒盤，旋轉板32的底部設有與旋轉軸座的第一齒盤相對應的多個第二齒盤，在本實施例中，旋轉板32的底部的中央還設有一轉軸，所述轉軸是與一旋轉氣缸相連并受其控制，所述旋轉氣缸設置于旋轉軸座的下方，利用上升旋轉氣缸和上升轉軸，可驅動旋轉板32旋轉。實踐證明，旋轉板32的臺面旋轉精度可達±3um的范圍之內。旋轉板32固設有頂桿33，為了使得頂桿33在升降旋轉機構3上升時能夠進入切割縫內，頂桿33的寬度對應于切割縫的寬度，同時為了使得頂桿33能夠將待切割硅錠4頂離承載臺1，頂桿33的長度大于承載臺1的厚度。在實際應用中，升降旋轉機構3上升時，即升降桿31上升時，如圖6所示，帶動頂桿33沿著切割縫往上頂升待切割硅錠4，頂桿33的長度大于承載臺1的厚度，進而使得待切割硅錠4在頂桿33的頂托下脫離于承載臺1；升降旋轉機構3旋轉時，即旋轉板32旋轉時，在頂桿33與待切割硅錠4之間的摩擦力的作用下，頂桿33帶動待切割硅錠4旋轉一切割角度，所述切割角度至少包括90°或270°。需要說明的是，在待切割硅錠4在頂桿33的頂托下脫離于承載臺1之后，并且在升降旋轉機構3旋轉之前，請參照圖8，需控制承載臺1背向切割支架20向右滑移并從待切割硅錠4和升降旋轉機構3之間抽離，只有在承載臺1從待切割硅錠4和升降旋轉機構3之間抽離后，旋轉板32才能夠旋轉，并通過頂桿33帶動待切割硅錠4旋轉一切割角度。

如圖2和圖3所示，切割機構2包括固設于底座5且位于承載臺1滑設方向上的切割支架20以及并行架設于切割支架20的如第一實施例中所述的多條金剛線21。切割支架20上架設有多對切割輥22，任一對切割輥中的兩個切割輥22為上下設置，每一條金剛線對應纏繞在一對對切割輥22上，如此，多條金剛線21對應纏繞在多對切割輥22上以形成切割網，相鄰兩條金剛線21之間的并行距離對應于承載臺1中相鄰兩個切割縫之間的距離，從而當承載臺1滑向切割支架20時，金剛線21能夠沿著承載臺1中的切割縫進入以切割待切割硅錠4。切割支架20可以是如圖2所示呈п型結構，包括一頂梁201和位于頂梁201相對兩側的支撐梁202，一對滑軌70設置于兩個支撐梁202之間。如圖5所示，當承載臺1在滑軌70上滑向切割支架20時，金剛線21沿著承載臺1中的切割縫進入承載臺1內部并對待切割硅錠4進行切割，金剛線21在切割待切割硅錠4時始終位于切割縫內。

在具有上述結構特征后，結合圖2至圖11，本發明可按以下步驟實施：

步驟1，請參照圖2、圖3和圖4，將待切割硅錠4放置于承載臺1上，開啟所述驅動電機，并通過控制所述驅動電機的運轉，使得放置有待切割硅錠4的承載臺1向左行進，沿著所述滑槽不斷靠近切割支架20，在圖4中，承載臺1帶著待切割硅錠4向左移動；接下來參照圖5，當承載臺1在滑軌70上滑向切割支架20時，金剛線21沿著承載臺1中的切割縫進入承載臺1內部并對待切割硅錠4進行切割，金剛線21在切割待切割硅錠4時始終位于切割縫內。待切割硅錠4進行第一次切割時，請參照圖5，待切割硅錠4邊緣預留有未切割區域40，未切割區域40的寬度可以是1mm至5mm。同時請參照圖13，待切割硅錠4在進行第一次切割后，待切割硅錠4上還留有多條并排的切割縫隙。在進行第一次切割待切割硅錠4時設置未切割區域40，使得第一次切割結束后成片的硅片在共同的一端由于未切割區域40而粘連在一起，使得所述硅片在進行第二次切割時，不易傾倒，保證了硅錠開方的順利進行。

步驟2，如圖5和圖6所示，當待切割硅錠4進行第一次切割時，并且金剛線21臨近于待切割硅錠4邊緣預留的未切割區域40時，通過控制所述驅動電機的運轉，使得承載臺1停止移動并向右背向切割支架20滑移。為了實現承載臺1在滑軌70上進行精確的滑移，例如，在金剛線21臨近于待切割硅錠4邊緣預留的未切割區域40時，承載臺1需要停止移動并向右背向切割支架20滑移，切割支架20上可以設置定位組件，通過所述定位組件可以判斷出金剛線21是否臨近于待切割硅錠4邊緣預留的未切割區域40，進而根據判斷結果對所述驅動電機的運轉進行控制。

步驟3，當金剛線21脫離待切割硅錠4后，旋轉待切割硅錠4至一切割角度。具體的，步驟3包括：請參照圖6，待切割硅錠4在第一次切割結束后，通過控制所述驅動電機的運轉，使得承載臺1向右滑移，承載臺1向右滑移的過程中，通過上述定位組件定位出承載臺1滑移至升降旋轉機構3上方時，關閉所述驅動電機，使得承載臺1停止滑移，接下來通過控制所述升降氣缸的運轉，控制升降桿31上升，進而使得所述升降支架整體上升，并帶動架設于所述升降支架上、用于旋轉的旋轉板32向上升，旋轉板32上的頂桿33向上進入切割縫內，并往上頂升待切割硅錠4，當旋轉板32向上升至貼靠于承載臺1的底部時，由于頂桿33的長度大于承載臺1的厚度，此時的待切割硅錠4在頂桿33的頂托下脫離于承載臺1。接下來請參照圖7，在待切割硅錠4脫離于承載臺1的情形下，開啟所述驅動電機，通過控制所述驅動電機的運轉，使得承載臺1繼續向右滑移，當承載臺1繼續背向切割支架20向右滑移并從待切割硅錠4和升降旋轉機構3之間抽離后，關閉所述驅動電機，使得承載臺1停止滑移。接下來請參照圖8，通過控制所述旋轉氣缸的運轉來控制升降旋轉機構3旋轉，所述旋轉氣缸的運轉驅動旋轉板32旋轉，旋轉板32旋轉帶動頂桿33旋轉。在頂桿33與待切割硅錠4之間的摩擦力的作用下，由頂桿33帶動待切割硅錠4旋轉一切割角度，所述切割角度至少包括90°或270°，此時，從側視圖中可以看到待切割硅錠4第一次被切割留下的縫隙。接下來請參照圖9，當頂桿33帶動待切割硅錠4旋轉一切割角度后，開啟所述驅動電機，通過控制所述驅動電機的運轉，使得承載臺1繼續向左滑移，直至承載臺1朝向切割支架20滑移并移入至4待切割硅錠4和升降旋轉機構3之間，關閉所述驅動電機，使得承載臺1停止滑移。接著請參照圖10，通過控制所述升降氣缸的運轉，控制升降桿31下降，進而使得所述升降支架整體下降，并帶動架設于所述升降支架上、用于旋轉的旋轉板32向下降，升降旋轉機構3下降，直至位于頂桿33上的待切割硅錠4落于承載臺1上并且頂桿33脫離于承載臺1。

步驟4，請參照圖11，當待切割硅錠4落于承載臺1上并且頂桿33脫離于承載臺1后，開啟所述驅動電機，并通過控制所述驅動電機的運轉，使得放置有待切割硅錠4的承載臺1繼續朝向切割支架20方向滑移，沿著所述滑槽不斷靠近切割支架20，由切割支架20上的金剛線21沿著承載臺1上的切割縫而對待切割硅錠4進行完全切割，完成硅錠的開方。

在第二實施例中，由于在切割機構中使用了第一實施例中的金剛線，使得該硅錠開方機在切割硅錠時，顆粒較粗的金剛石層在切割時產生的硅粉可以帶到顆粒較細的金剛石層上，對顆粒較粗的金剛石層可以有效地減少硅粉的附著，始終保持較高的切割能力，解決了現有的金剛線切割多晶硅效率低下、極易損耗金剛石顆粒等問題。

第三實施例

請參照圖12和圖13，本發明還提供了一種多線切割設備，包括：底座10；設于所述底座10上的承載架體，所述承載架體底部設有供承載待切割工件的承載臺20；切割機構30，包括設于所述底座10上的切割支架310以及架設于所述切割支架310的如第一實施例中所述的金剛線322；當所述承載臺20與所述切割支架310相對趨近運動時，所述金剛線322對所述承載臺20上的所述待切割工件進行切割。當所述待切割工件為硅棒90，該多線切割設備為硅棒截斷機，其中，所述承載臺20為用于承載待切割的所述硅棒90并驅動所述硅棒90沿著所述硅棒90的軸向進行輸送的物料輸送臺。

進一步地，請參照圖12和圖13，所述切割機構30還包括設于所述切割支架310且通過一升降機構40而可升降地設于所述物料輸送臺20的上方的多個線切割單元320，所述線切割單元320包括設于所述切割支架310且傳動連接于所述升降機構40的支架以及對稱設置于所述支架底部的兩個切線輥321，兩個所述切線輥321之間設有如第一實施例中所述的金剛線322；多個所述線切割單元320在所述升降機構40的控制下同步下降至所述物料輸送臺20并同時對所述硅棒90進行切割以將所述硅棒90切割為多個硅區段，切割后的多個所述硅區段再通過所述物料輸送臺進行依序卸料。

結合圖13所示，進一步地，所述支架包括設于機架310且傳動連接于所述升降機構的水平框架323以及對稱設置于水平框架323底部的兩個豎直框架324，切線輥321設于豎直框架324上。優選地，兩個豎直框架324分別設于水平框架323的底部兩端，水平框架323與兩個豎直框架324拼接形成倒凹字型支架。

結合圖14所示，圖14是圖13中壓制件的局部放大示意圖。該硅棒截斷機，還包括壓制件，所述壓制件包括通過一壓緊氣缸60而可升降地設于線切割單元320的所述支架上的升降塊610以及對稱設于升降塊610上的兩個用于壓制待切割的硅棒90的壓制板620。結合圖15所示，圖15是圖14中壓制件壓制待切割的硅棒后的示意圖。當升降機構40驅動線切割單元320下降時，兩個壓制板620共同壓制待切割的硅棒90，將待切割的硅棒90壓持穩定，以防止待切割的硅棒90在切割時發生移動。

進一步地，切割支架310的相對兩側分別設有滑槽，多個線切割單元320之間通過一連桿50而相互連接，連桿50上固設有滑設于切割支架310的所述滑槽的滑塊。連桿50可以在升降機構40驅動下而帶動多個線切割單元320進行升降運動，進而驅動多個線切割單元320對待切割的硅棒90進行切割。

結合圖16所示，圖16是將硅棒切割為多個硅區段后的示意圖。物料輸送臺20包括用于承載待切割的硅棒90并驅動切割后的多個硅區段910沿軸向進行輸送的滾輪組210件以及用于控制滾輪組件210的電機組件，滾輪組件210根據切割的硅區段而劃分為多個滾輪組件區段211(如圖16所示，劃分為四個滾輪組件區段，可分別標識為211a、211b、211c、211d)，每一個滾輪組件區段211內包括有多個滾輪對，每一個滾輪對包括有通過轉動軸212相連的兩個滾輪213，所述電機組件包括多個電機，每一個所述滾輪對對應一個所述電機或者同屬于一個滾輪組件區段211中的多個滾輪對共用一個所述電機。當待切割的硅棒90被切割為多個硅區段910后，每一個滾輪組件區段211中的每一個所述滾輪對在對應的電機驅動下進行滾動，以驅動該滾輪組件區段211中的硅區段910沿著硅區段910的軸向進行輸送，以此實現多個硅區段910進行依序卸料。

在第三實施例中，由于在切割機構中使用了第一實施例中的金剛線，使得該硅棒截斷機在截斷硅棒時，顆粒較粗的金剛石層在切割時產生的硅粉可以帶到顆粒較細的金剛石層上，對顆粒較粗的金剛石層可以有效地減少硅粉的附著，始終保持較高的切割能力，解決了現有的金剛線切割多晶硅效率低下、極易損耗金剛石顆粒等問題。

本發明的有益效果在于，采用本發明金剛線對待加工工件進行切割時，顆粒較粗的金剛石層在切割時產生的硅粉可以帶到顆粒較細的金剛石層上，對顆粒較粗的金剛石層可以有效地減少硅粉的附著，始終保持較高的切割能力，解決了現有的金剛線切割多晶硅效率低下、極易損耗金剛石顆粒等問題。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。