專利名稱：用線鋸將硬質(zhì)材料塊切割成片材的方法以及實現(xiàn)該方法的線鋸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將硬質(zhì)材料塊，特別是由半導體、玻璃或者陶瓷構(gòu)成的材料塊切割成片材的方法，以及實現(xiàn)這種方法的一種鋸。
現(xiàn)有技術(shù)為了切割硬質(zhì)材料塊，例如由半導體、陶瓷或者玻璃構(gòu)成的材料塊，通常采取的方法是用散態(tài)添加的磨料以及一個移動固態(tài)載體--通常為一條連續(xù)的線材，共同作在將被切割的材料塊上而實現(xiàn)。這種方法的特點是，分布在一種液體，如油中的磨料是被一條切割線攜帶著通過一套開槽滾輪系統(tǒng)的作用而到達切割點，被切割材料被一條鏈狀切割線壓著逐漸切割。切割出的片材的厚度是由滾輪上的各槽之間的距離、切割線的厚度或磨料的顆粒度所確定的，而切割質(zhì)量是由磨料材料、材料塊材料以及附加技術(shù)參數(shù)所確定的。
現(xiàn)在已有一系列這類方法與設備，例如，根據(jù)美國專利US4494523、US4574769、US4640259、US4903682、US5201305、US5269285和英國專利GB2216441，提出了基于現(xiàn)有原理的各種設備以及這些設備的最佳實施例。傳統(tǒng)解決方法的共同特征在于，一套開槽滾輪系統(tǒng)中引導的某條切割線在切割過程中的任何時刻均以相同的方向切割塊狀材料。這種方法的結(jié)果是，產(chǎn)生的各片材沿切割方向的厚度不恒定，即，由于切割線切割通塊材料塊時，隨著在切割線上的磨料會逐漸減少，因而沿切割線運動方向片材呈楔形。這種楔形現(xiàn)象可以通過切割線的雙向運動而校正，即沿一個方向移運切割線一段切割時間后，再通過轉(zhuǎn)向開關(guān)而將切割線反向移動切割材料塊。然而，這種方法的一個缺點是，由于切割過程中切割線的停止與起動會引起大量能量損失，而設備的周期性的變向且張緊的節(jié)點干擾出現(xiàn)的可能性也會增加，因此切割過程會明顯減慢且不連續(xù)。
本發(fā)明的概述根據(jù)權(quán)利要求1的方法能克服上述缺點。該方法的實質(zhì)在于所采用的一套滾輪系統(tǒng)上包含至少一對偏移滾輪和一對導向滾輪，而在該滾輪系統(tǒng)中的滾輪周緣槽中運轉(zhuǎn)的連續(xù)固態(tài)載體則壓緊切入材料塊中，材料塊上相鄰二切口內(nèi)的載體切割方向相反。在滾輪系統(tǒng)中，連續(xù)固態(tài)載體被引導著反復地在各周緣槽中移動，其移動順序為先通過第一個偏移滾輪的上側(cè)，再通過與第二個偏移滾輪相鄰的那個導向滾輪的上側(cè)，再從第二個偏移滾輪下側(cè)開始繞過該滾輪，再沿相反的方向經(jīng)過另一個導向滾輪的上側(cè)，最后從第一個滾輪的下側(cè)移向該滾輪的上側(cè)。
根據(jù)這種方法的線鋸包含一套滾輪系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的各滾輪上均開有周緣槽，而該滾輪系統(tǒng)固定在一個基架上；線鋸還包含一個帶固定件的臺面、一個切割線導向系統(tǒng)以及一個磨料輸送與恒溫系統(tǒng)。該線鋸的特征在于，滾輪系統(tǒng)中包含至少一對導向滾輪以及至少一對偏移滾輪，各偏移滾輪與各導向滾輪相配合安置，二相鄰安置的偏移滾輪與導向滾輪的轉(zhuǎn)動方向相反，而兩個偏移滾輪的轉(zhuǎn)向以及兩個導向滾輪的轉(zhuǎn)向也分別彼此相反。
在一個最佳實施例中，各偏移滾輪與各導向滾輪的安置方式為各偏移滾輪的上表面線位要高于各導向滾輪的上表面線位而各導向滾輪在一個固定的基架上可沿軸向調(diào)節(jié)。固態(tài)載體在滾輪系統(tǒng)中纏繞多次，從而形成一個鏈形，而固態(tài)載體則分別在一對導向滾輪上的兩個相鄰槽中沿相反的方向由頂部向斜下方或由底部向斜上方運行，從而被引導著通過一對導向滾輪之間的工作區(qū)域。
本發(fā)明中提出的切割方法可以獲得較高的效率，這是因為可以保持所需的速度以及連續(xù)的切割過程，即不需要固態(tài)載體耗能的運動方向轉(zhuǎn)換；而且切割出的片材均勻、表面相互平行，沒有前面所述的楔形。
附圖簡述下面將通過參考附圖對根據(jù)本發(fā)明的切割方法與線鋸結(jié)構(gòu)進行解釋。附圖包括

圖1中顯示了一個四滾輪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中包括兩個偏移滾輪和兩個小一些的導向滾輪，各滾輪軸線平行且共面，圖2中顯示的滾輪系統(tǒng)與圖1中所示相同，但兩對滾輪的軸線不共面，圖3中顯示的是另一種結(jié)構(gòu)的滾輪系統(tǒng)，其中的偏移滾輪直徑較小而導向滾輪直徑較大，圖4中所示為四滾輪系統(tǒng)的一個最佳實施例，各滾輪直徑相等且共面安裝，圖5中所示為另一種滾輪系統(tǒng)，在偏移滾輪與導向滾輪之間加入了附加滾輪，圖6中所示為一個線鋸的基本功能部件的總體簡圖。
最佳實施例的解釋用于將硬質(zhì)材料塊1切割成片材的線鋸包含四個基本結(jié)構(gòu)與技術(shù)系統(tǒng)，即滾輪系統(tǒng)、帶固定件的臺面、切割線存儲器以及磨料的輸送與恒溫系統(tǒng)。滾輪系統(tǒng)作為線鋸的核心部分，包含至少一對偏移滾輪2和一對導向滾輪3，這些滾輪安裝在一個固定基架4上。而基架4則固定在臺面5上的固定件上，從而確保滾輪系統(tǒng)所需的機構(gòu)穩(wěn)定性與剛度。固定基架4上安裝的導向滾輪3的位置可在軸向調(diào)節(jié)，而偏移滾輪2相對于導向滾輪3的安裝位置使得偏移滾輪2的上表面線位高于導向滾輪3的上表面線位。各滾輪2、3的表面線位高于導向滾輪3的上表面線位。各滾輪2、3的表面均經(jīng)過精磨，且?guī)в兄芫壊?用于引導連續(xù)的、循環(huán)運行的固態(tài)載體7。固態(tài)載體7的優(yōu)選結(jié)構(gòu)為一條鏈形切割線，用于在切割過程中壓緊通過材料塊1。滾輪系統(tǒng)中的一個滾輪2或3作為驅(qū)動輪而與一個驅(qū)動電機(未畫出)相聯(lián)，電機可無級變速，從而可以在0至15M/S范圍內(nèi)設置連續(xù)載體7的雙向速度。
線鋸的臺面5上劃分出一定的區(qū)域用于給將被切割的材料塊，如含有半導體晶體的材料塊定位，還可調(diào)整材料塊相對于切割平面的方位。為了將材料塊控制著按下并壓緊在纏繞在滾輪系統(tǒng)上的鏈狀連續(xù)的循環(huán)固態(tài)載體7，臺面5上帶有一些滑桿51和一個驅(qū)動系統(tǒng)52，驅(qū)動系統(tǒng)52可以是一個計算機控制的電機，這樣，臺面5可以在0至1000μm/s的速度范圍內(nèi)向上或向下雙向調(diào)節(jié)。將要切割的材料塊1可以通過玻璃板或石墨板8機械式固定在臺面5上，而材料塊1的切割尺寸，即有關(guān)其切割后所得片材的厚度的信息可以通過一個步進線位移傳感器9檢測。移動臺面5的最終位置通過限位開關(guān)10確定，而且為了減小各個主要功能區(qū)內(nèi)的極端負載，臺面5上裝有一個平衡配重11，用于平衡臺面5的機械裝置以及將被切割的材料塊1的重量。
一個切割線導向系統(tǒng)用于使連續(xù)固態(tài)載體7以預定的速度及受控的張緊力纏入或離開卷筒12，該纏入與離開的路徑彼此分開但保持同步。通過張緊桿13可以彌補纏繞中的不均勻性；而固態(tài)載體7的輸送系統(tǒng)包括滾輪14、張緊輪15和限制棒16；固態(tài)載體7的實際張緊力通過壓力傳感器17測量，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動牽引盤18以及驅(qū)動滾輪系統(tǒng)內(nèi)的滾輪2、3的電機間的電壓差值，可以調(diào)節(jié)張緊力。固態(tài)載體7的纏繞力由彈簧19施加到張緊桿13上的作用力來確定，任何可能出現(xiàn)的干擾可以由位于張緊桿13末端的信號發(fā)生器20監(jiān)測出，而張緊桿13則聯(lián)接著線鋸的控制系統(tǒng)(未畫出)。通常的方法是，未纏繞的固態(tài)載體7的速度與長度也用類似的步進轉(zhuǎn)動傳感器(未畫出)聯(lián)接到一個牽引盤18上而監(jiān)測。在滾輪系統(tǒng)中，固態(tài)載體7以如下方式纏到一對偏移滾輪2和一對導向滾輪3的周緣槽6上該載體7由第一個偏移滾輪2的上側(cè)進入滾輪系統(tǒng)，再被引導著從對面的導向滾輪3的上方繞過，再由相鄰的第二個偏移滾輪2的下方繞過并將其纏繞。之后，固態(tài)載體7被引導著從第二個偏移滾輪2的上側(cè)通到對面的導向滾輪3的上側(cè)，最后回到第一個偏移滾輪2的下側(cè)并將其纏繞。通過上述的基本方式將固態(tài)載體重疊纏繞在各外緣槽中，從而使形成的固態(tài)載體鏈被引導著在二導向滾輪間以相對的運動方向切入將被切割的材料塊1中的兩個相鄰切割面中，如圖1至5所示。
用于切割的磨料溶液是通過分配器21傳送到連續(xù)固態(tài)載體7上的，分配器21面對著固態(tài)載體7進入材料塊1的切口時的入口。在固態(tài)載體7從滾輪系統(tǒng)中運行出來后，有一個高效空氣過濾器22用于除去固態(tài)載體7上剩余的磨料。分配器21通過供應管路23和泵24而與容器25聯(lián)接起來。容器25上帶有一個攪拌裝置26。該容器25反過來又通過一個排泄管路27而與收集槽28相聯(lián)接。收集槽28位于滾輪系統(tǒng)的下方，磨料溶液可在收集槽中收集并排泄。磨料溶液的溫度可通過一個冷卻回路而保持在預定范圍之內(nèi)。冷卻回路包含一個冷卻組件29，冷卻組件29上裝有冷卻管路30，從而可以使冷卻液在容器25、排泄管路27和收集槽28上的雙層壁之間運行。冷卻液的實際溫度可由一個溫度傳感器31檢測。而有關(guān)磨料的流量、粘度的信息則由一個安裝在容器25上的探測器/傳感器32檢測；所有這些測量值均傳輸?shù)骄€鋸的控制系統(tǒng)(未畫出)，并在控制系統(tǒng)中進行判斷。
在線鋸開始工作之前，固態(tài)載體7在其整個長度內(nèi)被纏繞，線鋸的各主要功能區(qū)的性能參數(shù)也被設置好，材料塊1則通過板8而橫跨在臺面5上，再相對于切割面定位并鎖緊。一旦固態(tài)載體7開始以選定的運動方向運動，則材料塊1會被壓緊著以選定的進給速度通過由導向滾輪3以及偏移滾輪2構(gòu)成的滾輪系統(tǒng)中的鏈狀固態(tài)載體，而磨料則通過分配器而添加到固態(tài)載體7進入切口的地方。而一旦固體材料塊1被切割成單片的形狀，則臺面5會回到其原始位置而且可以再重復下一個完整的切割過程并重新選擇固態(tài)載體7的運動方向以及其他切割參數(shù)，例如臺面5的切割進給速度，固態(tài)載體7的運行速度和張緊力、磨料的用量、溫度以及粘度等。
上面解釋的線鋸并不是根據(jù)本發(fā)明的唯一可行結(jié)構(gòu)。保持滾輪系統(tǒng)內(nèi)各對導向滾輪3和偏移滾輪2的基本布置方式，可以在不脫離本發(fā)明的基本原理的前提下以其他的方式實現(xiàn)滾輪系統(tǒng)中以及材料塊1的切口中的固態(tài)載體7的纏繞與運動方式、切割線輸送系統(tǒng)的布置與結(jié)構(gòu)、臺面5的結(jié)構(gòu)以及其固定方式、磨料傳輸與冷卻系統(tǒng)的單個元件設置等。如圖1至圖4所示，只要保證固態(tài)載體7切入材料塊1時的入口點高于其離開時的出口點，則可以對導向滾輪3和偏移滾輪2的外形比以及相對布置方式作出選擇。因此，可以如圖5中所示那樣，在導向滾輪3以及偏移滾輪2間加入一對中介滾輪33。
工業(yè)應用性這種用于將硬質(zhì)材料塊切割成片材的方法以及用于實現(xiàn)這種方法的線鋸可以應用于不同的工業(yè)分支中，可以將硬質(zhì)材料，如半導體、陶瓷或玻璃等切割成精確的片材，從而使片材相對的兩個表面平整且相互平行。
權(quán)利要求
1.一種用于將硬質(zhì)材料塊切割成片材的方法，該切割過程是通過以散態(tài)添加的磨料以及一條連續(xù)的循環(huán)固態(tài)載體的共同作用而完成的，該固態(tài)載體被引導著傳輸于一個滾輪系統(tǒng)中同軸滾輪上的周緣槽中并形成一個鏈形，而將被切割的材料塊即壓緊在該固態(tài)載體鏈上；其特征在于，該載體運行于一個滾輪系統(tǒng)的各滾輪的周緣槽中，該滾輪系統(tǒng)包含至少一對導向滾輪和至少一對偏移滾輪，該載體壓緊切入要被切割的材料塊中并被引導著沿相對的運行方向分別運行于材料塊上的兩個相鄰切口中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，滾輪系統(tǒng)中的鏈狀載體反復通過各周緣槽，所通過的路徑為由第一個偏移滾輪上側(cè)出發(fā)，經(jīng)過位于對面的第二個導向滾輪的上側(cè)，到達相鄰的第二個偏移滾輪的下側(cè)并繞過該偏移滾輪，之后再被引導著返回對面的第一個導向滾輪的上側(cè)并經(jīng)過第一個偏移滾輪的下側(cè)回到該偏移滾輪的上側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1與2中任一款的方法切割材料塊的線鋸，該線鋸上帶有一個滾輪系統(tǒng)，滾輪系統(tǒng)中的各滾輪上開有周緣槽，滾輪系統(tǒng)安裝在一個基架上；線鋸上還包含一個帶固定件的臺面、一個切割線輸送系統(tǒng)以及一個用于磨料輸送與恒溫的裝置，其特征在于，該滾輪系統(tǒng)包含至少一對導向滾輪(3)和一對偏移滾輪(2)，各偏移滾輪(2)相對于各導向滾輪(3)的安置方式為每個偏移滾輪(2)與導向滾輪(3)相鄰且轉(zhuǎn)動方向相反，而兩個導向滾輪(3)的轉(zhuǎn)動方向以及兩個偏移滾輪(2)的轉(zhuǎn)動方向也分別相反。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的線鋸，其特征在于，各偏移滾輪(2)與各導向滾輪(3)的布置使得各偏移滾輪(2)的上表面線位要高于各導向滾輪(3)的上表面線位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的線鋸，其特征在于，各導向滾輪(3)在基架(4)上的軸向位置可調(diào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任意一款的線鋸，其特征在于，該固態(tài)載體(7)在滾輪系統(tǒng)的各偏移滾輪(2)和導向滾輪(3)上纏繞數(shù)次，從而形成一個鏈狀，該固態(tài)載體鏈分別在兩個相鄰周緣槽中沿相反的方向由頂部向斜下方或由底部向斜上方運行，從而被引導著進入位于一對導向滾輪(3)之間的工作區(qū)域內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將硬質(zhì)材料塊切割成片材的方法,該切割過程是通過以散態(tài)添加的磨料以及一條連續(xù)的循環(huán)固態(tài)載體(7)的共同作用實現(xiàn)的。該載體被引導著沿共軸滾輪(2、3)上的周緣槽運行,并由此形成一個鏈形,而要被切割的材料塊就壓緊在這個載體鏈上。該載體運行于一個滾輪系統(tǒng)中的各滾輪上的周緣槽中,該滾輪系統(tǒng)包含至少一對偏移滾輪(2)和至少一對導向滾輪(3),該載體被引導著沿相反的方向壓緊切入材料塊的兩個相鄰切口中。
文檔編號B26D1/46GK1212644SQ97192847
公開日1999年3月31日 申請日期1997年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月6日
發(fā)明者卡雷爾·沃伊捷霍夫斯基 申請人:特里梅克斯－泰思拉公司