專利名稱：切割設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種切割設(shè)備，其通過將環(huán)形切割刀片作用在工件上，同時(shí)旋轉(zhuǎn)并超聲振動所述環(huán)形切割刀片，以切割工件。
背景技術(shù)：
由于切割設(shè)備適于切割硬的和脆的工件，例如半導(dǎo)體晶片，日本特開第2000-210928號公報(bào)和日本特開第2001-162493號公報(bào)分別公開了一種切割設(shè)備，其通過以下方式來切割工件，即將環(huán)形切割刀片作用在所述工件上，而同時(shí)繞所述環(huán)形切割刀片的軸線轉(zhuǎn)動其并且沿垂直于所述環(huán)形切割刀片的軸線的方向超聲振動所述環(huán)形切割刀片。這種切割設(shè)備包括用來保持工件的保持裝置，可轉(zhuǎn)動地安裝著的心軸，固定在所述心軸上的環(huán)形切割刀片，用來超聲振動所述心軸的壓電振子，以及用來向所述壓電振子供應(yīng)交流電的供電裝置。供有交流電的壓電振子沿所述心軸的中心軸線方向超聲振動所述心軸，而這種超聲振動被轉(zhuǎn)化成沿垂直于所述心軸的中心軸線方向作用的超聲振動，并傳輸至所述切割刀片。
通過簡單地將切割刀片作用在工件上而同時(shí)將切割刀片繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)即可切割工件。在另一方面，以上所述的切割設(shè)備通過以下方式來切割工件，即將切割刀片作用在工件上而同時(shí)將切割刀片繞其中心軸線旋轉(zhuǎn)并且沿垂直于其中心軸線的方向超聲振動切割刀片。即使在工件很硬和脆時(shí)，這種切割設(shè)備也可高效完成對工件的切割，而避免或抑制破裂。
然而，根據(jù)本發(fā)明人的經(jīng)驗(yàn)，如果以上所述的傳統(tǒng)切割繼續(xù)切割相對長的時(shí)間，則其切割效率就會下降并且開始產(chǎn)生破裂。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的主要目的在于提供一種新穎和改進(jìn)的切割設(shè)備，即使在所述切割設(shè)備已經(jīng)持續(xù)切割了長時(shí)間后，其也可高效地完成切割操作，而避免或抑制破裂。
本發(fā)明人針對傳統(tǒng)切割設(shè)備的上述問題進(jìn)行了研究和實(shí)驗(yàn)。結(jié)果，本發(fā)明人認(rèn)識到在切割操作進(jìn)行了相對長時(shí)間后，構(gòu)成壓電振子的壓電元件被加熱，并且壓電元件的電阻增加，而其結(jié)果是，由壓電振子所產(chǎn)生的超聲振動失效或削弱，因而引起前述問題?；谶@種認(rèn)識，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過以下措施可解決這些問題，即安置冷卻壓電振子的冷卻裝置以避免或抑制壓電元件的溫度升高。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種用來實(shí)現(xiàn)上述主要目的的切割設(shè)備，這種切割設(shè)備包括用來保持工件的保持裝置；可轉(zhuǎn)動地安裝著的心軸；固定在所述心軸上的環(huán)形切割刀片；用來旋轉(zhuǎn)所述心軸的旋轉(zhuǎn)裝置；用來超聲振動所述心軸的壓電振子；以及將交流電供應(yīng)至所述壓電振子的供電裝置，所述切割設(shè)備被布置成旋轉(zhuǎn)和超聲振動所述心軸，從而旋轉(zhuǎn)和超聲振動所述切割刀片，并且將所述切割刀片作用在所述工件上，而所述切割設(shè)備還包括用來冷卻所述壓電振子的冷卻裝置。
所述壓電振子可包括由鋯鈦酸鉛(PZT)形成的壓電元件。優(yōu)選地，所述冷卻裝置將流體，尤其是空氣，吹到所述壓電振子上，以冷卻所述壓電振子。


圖1是剖視圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的切割設(shè)備的優(yōu)選
具體實(shí)施例方式
參看附圖現(xiàn)在將詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明所改進(jìn)的切割設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的切割設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的主要部件。所示出的切割設(shè)備包括總體上由附圖標(biāo)記2表示的心軸單元，而該心軸單元2包括心軸殼體4。心軸殼體4包括整體為圓柱形的本體6，以及附加構(gòu)件8，其連接至本體6的后端部(圖1中的右端部)。本體6具有相對大外徑的后部10，以及相對小外徑的前部12。延伸穿過本體6的通孔14包括相對大內(nèi)徑的后部16，以及相對小內(nèi)徑的前部18。環(huán)形槽20圍繞通孔14的前部18而形成。附加構(gòu)件8借助于適合的緊固裝置(未示出)例如緊固螺栓連接至本體6，并且所述附加構(gòu)件8具有相對小外徑的后部22，以及相對大外徑的前部24。在附加構(gòu)件8中形成有相對小直徑的通孔26，其沿中心軸線方向延伸。
總體上由附圖標(biāo)記28表示的心軸可轉(zhuǎn)動地安裝在殼體4中。所示的心軸28具有相對大直徑的主體部分30，相對小直徑的后端部32，以及相對小直徑的前端部34。環(huán)形凸緣36形成在主體部分30的前部中，并且所述環(huán)形凸緣36安放在形成于殼體4的本體6內(nèi)的環(huán)形槽20中。壓縮空氣借助于形成在本體6中的供應(yīng)通路(未示出)供應(yīng)至通孔14的前部18與心軸28的外周表面之間的空隙中，其中所述通孔14形成在殼體4的本體6中。心軸28借助于這種壓縮空氣可轉(zhuǎn)動地支承在殼體4中。通孔14的前部18用作為向心空氣軸承，而圍繞通過14形成的環(huán)形槽20用作為止推空氣軸承。
環(huán)形切割刀片38固定在心軸28的前端部34上。更具體地講，具有平坦前表面的環(huán)形轂部40固定在心軸28的前端部34上。在另一方面，切割刀片38的內(nèi)周邊緣部分固定在環(huán)形轂部42的平坦后表面的外周邊緣部分上。然后，環(huán)形轂部42固定附在心軸28的前端部34上，并且環(huán)形轂部42借助于適合的固定裝置(未示出)例如緊固螺栓被固定在環(huán)形轂部40上，從而切割刀片38被固定在心軸28上。切割刀片38優(yōu)選是非常薄的環(huán)形刀片，其通過利用適合的粘合劑例如電鑄金屬粘結(jié)金剛石顆粒而形成。
進(jìn)一步參看圖1，用于高速旋轉(zhuǎn)心軸28的旋轉(zhuǎn)裝置44附加在心軸28的后端部32上。在圖示的實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)裝置44是感應(yīng)電機(jī)，其包括安置在心軸28的后端部上的永磁體46，以及繞組48，其固定在通孔14的后部16中并且圍繞所述永磁體46。所述繞組48借助于適合的連接線路(未示出)供有交流電，從而永磁體46旋轉(zhuǎn)，以至于心軸28和固定在一起的切割刀片38旋轉(zhuǎn)。
壓電振子50連接至心軸28的后端部。壓電振子50包括壓電元件52，以及安置在所述壓電元件52的兩側(cè)的極板54。壓電元件52優(yōu)選由鋯鈦酸鉛(PZT)形成。用來將交流電供應(yīng)至壓電振子50的供電裝置56也安置在心軸單元2中。所示的供電裝置56包括非接觸式介電供電裝置(non-contact dielectric power supplymeans)。更具體地講，向后延伸的支承構(gòu)件58與壓電振子50的后部連接，而所述壓電振子50與心軸28連接。電能接收繞組或副繞組60安裝在支承構(gòu)件58的小直徑后端部上。支承構(gòu)件58本身必須由絕緣材料制成，或者將副繞組60經(jīng)由合適的絕緣構(gòu)件安裝在支承構(gòu)件58上。在另一方面，電能接收繞組或主繞組62安裝在通孔26的后端部上，其中所述通孔26形成在殼體4的附加構(gòu)件8中。附加構(gòu)件8本身必須由絕緣材料制成，或者將主繞組62經(jīng)由合適的絕緣構(gòu)件安裝在附加構(gòu)件8上。主繞組62經(jīng)由合適的連接線路(未示出)連接至交流電源。在心軸28旋轉(zhuǎn)并且交流電被供應(yīng)至主繞組62時(shí)，在副繞組60中感應(yīng)出交流電。副繞組60的兩個(gè)端子分別經(jīng)由連接線路(未示出)連接至壓電振子50的對應(yīng)極板54。因而，在副繞組60中感應(yīng)出的交流電被供應(yīng)至壓電振子50，從而壓電振子50沿心軸28的中心軸線方向被超聲振動，以至于心軸28沿其中心軸線方向被超聲振動。心軸28的這種振動通過環(huán)形轂部40和42被轉(zhuǎn)化成沿與心軸28的中心軸線垂直的方向(即圖1中的上下方向)的振動。結(jié)果，切割刀片38沿垂直于其中心軸線的方向被超聲振動。環(huán)形轂部40和42用作為將沿心軸28的中心軸線方向的超聲振動轉(zhuǎn)化成沿與心軸28的中心軸線垂直的方向的超聲振動的振動轉(zhuǎn)化裝置。在前述日本特開第2000-210928號公報(bào)和日本特開第2001-162493號公報(bào)中說明了由壓電振子50所致的切割刀片38的超聲振動的細(xì)節(jié)。這些文獻(xiàn)結(jié)合在此引作參考，以省略相關(guān)的說明。
在根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的切割設(shè)備2中，重要的是，設(shè)置用來冷卻壓電振子50的冷卻裝置64。在圖示的實(shí)施例中，在構(gòu)成心軸殼體4的附加構(gòu)件8中形成通孔形式的輸入孔66以及通孔形式的輸出孔68，它們沿徑向延伸。有利地，輸入孔66和輸出孔68沿徑向?qū)φ?。輸入?6經(jīng)由合適的軟管(未示出)連接至冷卻流體供應(yīng)源70。冷卻流體供應(yīng)源70通過軟管將合適的冷卻流體供給至輸入孔66。這種冷卻流體從輸入孔66朝向壓電振子50噴射以冷卻壓電振子50，并且然后通過輸出孔68排出至心軸殼體4的外側(cè)。這種冷卻流體優(yōu)選是空氣，尤其是冷卻到10℃級別的空氣。
還參看圖1，所示的切割設(shè)備裝有用來保持諸如半導(dǎo)體晶片的工件72的保持裝置74。保持裝置74可以是真空吸引工件72的那種類型的保持裝置。在切割由保持裝置74所保持的工件72的過程中，心軸單元2相對于保持裝置74相對下降，以相對于工件72而定位切割刀片38，從而到達(dá)預(yù)定的切割深度。然后，心軸28以高速旋轉(zhuǎn)，并且沿其中心軸線被超聲振動，從而切割刀片38繞其中心軸線高速旋轉(zhuǎn)，并且沿垂直于其中心軸線的方向超聲振動。然后，使得切割刀片38作用在工件72上，而保持裝置74和心軸單元2沿垂直于圖1的紙面的方向相對于彼此而移動。
在根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的切割設(shè)備中，安置用來冷卻壓電振子50的冷卻裝置64，從而超聲振子50被適當(dāng)冷卻。因此，即使切割進(jìn)行了相對長的時(shí)間，壓電振子50的生熱也被避免或抑制。因而，避免或抑制了壓電振子50的壓電元件52的電阻的增加，并且可以以高效和不產(chǎn)生破裂的方式完成切割操作。
圖2-A示出了在切割操作連續(xù)進(jìn)行時(shí)，隨著切割時(shí)間的持續(xù)，在由本發(fā)明人作為樣品所制的心軸單元中，而其中沒有對壓電振子進(jìn)行冷卻，供應(yīng)至壓電振子的電能的變化(對應(yīng)于壓電元件的電阻的變化)，和切割刀片的超聲振動的振幅的變化。圖1中示出了該樣品心軸單元的結(jié)構(gòu)。使用富士陶瓷公司的商品名為Z4T10X23W-W(C-2B)的壓電振子(壓電元件PZT)作為壓電振子。心軸的轉(zhuǎn)速為12000。施加至主繞組的電壓為60V，并且通過測量由主繞組所消耗的電能來確定供應(yīng)至壓電振子的電能。通過借助于激光測量工具來測量切割刀片的外周邊緣的移動長度而確定切割刀片的振幅。正如將從圖2-A所清楚的那樣，隨著時(shí)間的持續(xù)，供應(yīng)電能減小，從而壓電元件的電阻增加，并且切割刀片的振幅減小。
圖2-B示出了在經(jīng)由輸入孔以70ml/min的速度噴射大約10℃的空氣以冷卻壓電振子時(shí)，隨著切割時(shí)間的持續(xù)，供應(yīng)至壓電振子的電能的變化(對應(yīng)于壓電元件的電阻的變化)，和切割刀片的超聲振動的振幅的變化。通過圖2-B，應(yīng)該理解的是，即使在切割操作持續(xù)了相當(dāng)長的時(shí)間后，供應(yīng)至壓電振子的電能沒有顯著變化，切割刀片的振幅也沒有顯著變化。
雖然參看附圖已經(jīng)詳細(xì)說明了根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的切割設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不限于該實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明范圍的條件下，可進(jìn)行各種變化和改型。
權(quán)利要求
1.一種切割設(shè)備，包括用來保持工件的保持裝置；可轉(zhuǎn)動地安裝著的心軸；固定在所述心軸上的環(huán)形切割刀片；用來旋轉(zhuǎn)所述心軸的旋轉(zhuǎn)裝置；用來超聲振動所述心軸的壓電振子；以及將交流電供應(yīng)至所述壓電振子的供電裝置，并且所述切割設(shè)備被布置成旋轉(zhuǎn)和超聲振動所述心軸，從而旋轉(zhuǎn)和超聲振動所述切割刀片，并且將所述切割刀片作用在所述工件上，所述切割設(shè)備還包括用來冷卻所述壓電振子的冷卻裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切割設(shè)備，其特征在于，所述壓電振子包括由鋯鈦酸鉛形成的壓電元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切割設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置將流體吹到所述壓電振子上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的切割設(shè)備，其特征在于，所述冷卻裝置將空氣吹到所述壓電振子上。
全文摘要
公開了一種切割設(shè)備，包括用來保持工件的保持裝置；可轉(zhuǎn)動地安裝著的心軸；固定在所述心軸上的環(huán)形切割刀片；用來旋轉(zhuǎn)所述心軸的旋轉(zhuǎn)裝置；用來超聲振動所述心軸的壓電振子；以及將交流電供應(yīng)至所述壓電振子的供電裝置。所述心軸被旋轉(zhuǎn)和超聲振動，從而旋轉(zhuǎn)和超聲振動所述切割刀片。安置用來冷卻所述超聲振子的冷卻裝置。
文檔編號B26D1/143GK1820913SQ20061000470
公開日2006年8月23日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月15日
發(fā)明者邱曉明 申請人:株式會社迪斯科