一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其上用于排列鋸線的導(dǎo)輪槽具平坦底部、鋸線定位側(cè)壁和鋸線導(dǎo)向側(cè)壁，底部寬度為鋸線直徑的40%-80%，側(cè)壁的坡度與高度依據(jù)底部寬度、鋸線直徑、槽距要求、導(dǎo)輪直徑以及相互匹配的導(dǎo)輪軸之間的距離定制。本實(shí)用新型的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，所述導(dǎo)輪與采用傳統(tǒng)V形或U形橫截面槽型的導(dǎo)輪相比，在不損失鋸線定位能力的前提下，不僅壽命顯著延長(zhǎng)，且鋸線跳線與抖動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)大幅降低，有利于降低切割不良如線痕、TTV等。
【專利說(shuō)明】一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，適用于使用游離磨料和/或固結(jié)磨料多線切割加工晶硅、碳化硅、水晶、藍(lán)寶石等硬質(zhì)材料。
【背景技術(shù)】
[0002]在使用多線切割機(jī)來(lái)加工晶體硅、藍(lán)寶石以及其它高硬度固體薄片時(shí)，主要有兩種工藝路線。一種是使用光滑的鋸線與分散在液體里的游離磨料；另外一種是使用將磨料顆粒固定在鋸線上的固結(jié)鋸線。不管哪一種工藝路線，都要求把鋸線纏繞在一對(duì)平行的導(dǎo)輪上。導(dǎo)輪上開有許多環(huán)形，且彼此平行的導(dǎo)輪槽。鋸線首先被引入一對(duì)導(dǎo)輪中其中一個(gè)A表面上的導(dǎo)輪槽Al中，然后被導(dǎo)入另外一邊導(dǎo)輪B上和Al在同平面上的導(dǎo)輪槽BI ;在導(dǎo)輪槽BI中環(huán)繞導(dǎo)輪半周后，在和工件相對(duì)的另外一側(cè)進(jìn)入導(dǎo)輪A上和Al相鄰的導(dǎo)輪槽A2，依此類推，完成整個(gè)布線工作。
[0003]在多線切割的加工過程中，導(dǎo)輪所起的作用是驅(qū)動(dòng)和引導(dǎo)鋸線，使其以指定的速度和張力狀態(tài)通過加工區(qū)域，而導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)中，與鋸線發(fā)生直接作用的就是導(dǎo)輪槽。因此，導(dǎo)輪槽的材質(zhì)與形貌，對(duì)多線切割的產(chǎn)品質(zhì)量和成本控制有非常重大的影響。
[0004]目前工業(yè)所用的多線切割機(jī)導(dǎo)輪槽截面形狀主要有兩種，V形截面和U形截面。兩種截面的主要區(qū)別在于底部形狀，V形截面槽形的底部為楔形，U形截面槽形的底部為一定弧度的圓角。V形槽的加工最容易，也是目前應(yīng)用的最廣泛的的槽形。但是V形槽的使用壽命波動(dòng)范圍很大，且槽的底部比較容易受到應(yīng)力破壞。
[0005]導(dǎo)輪槽失效的原因主要是磨料顆粒對(duì)導(dǎo)輪槽的磨損和鋸線跳線。對(duì)于達(dá)到正常使用壽命的導(dǎo)輪，磨損一般主要發(fā)生在導(dǎo)輪槽的底部。而一旦發(fā)生鋸線跳線，即鋸線因某些原因，進(jìn)入了錯(cuò)誤的導(dǎo)線槽，往往導(dǎo)輪槽的結(jié)構(gòu)會(huì)受到永久性的損壞，必須立即更換。以用碳化硅游離磨料加工多晶硅片為例，目前一般的導(dǎo)輪壽命在20-150次切割之間大幅度波動(dòng)，使用壽命嚴(yán)重依賴于導(dǎo)輪槽材質(zhì)、導(dǎo)輪槽形狀、機(jī)臺(tái)穩(wěn)定性和多線切割的工藝條件設(shè)定。在一個(gè)導(dǎo)輪槽的工作周期中，前10次左右切割為磨合期，一般伴隨著一定程度的良率波動(dòng)。導(dǎo)輪槽一旦因跳線等原因造成損壞，就必須立即更換備用導(dǎo)輪。雖然導(dǎo)輪槽的加工和使用成本占多線切割生產(chǎn)成本的較小部分，但是其性能嚴(yán)重影響到良率和機(jī)臺(tái)的有效工作時(shí)間。對(duì)導(dǎo)輪槽的檢查、清洗和可用性評(píng)估目前是多線切割生產(chǎn)中非常重要的操作環(huán)節(jié)，一般要占用30%以上的操作間隔時(shí)間。
[0006]當(dāng)帶有預(yù)加張力的鋸線被放置在導(dǎo)輪槽中時(shí)，鋸線即對(duì)導(dǎo)輪槽的施加一個(gè)壓力。根據(jù)材料力學(xué)，只要導(dǎo)輪槽與鋸線的接觸面呈現(xiàn)凹形的曲率，那么在鋸線的正下方作用點(diǎn)處，導(dǎo)輪槽的材料就會(huì)受到拉應(yīng)力(tensihle stress),應(yīng)力的大小取決于鋸線所施加的張力和底部的局部曲率角。張力越大，或者曲率角越小，拉應(yīng)力的數(shù)值就越高。如果導(dǎo)輪槽為V形截面，或者在使用中磨料顆粒的嵌入造成了類似V形的尖端，那么在頂點(diǎn)處，就會(huì)存在相當(dāng)大的應(yīng)力集中。這種應(yīng)力集中達(dá)到一定程度，或者有后續(xù)的磨料顆粒進(jìn)一步嵌入，就會(huì)造成槽底中央的材料發(fā)生破壞。U形截面的導(dǎo)輪槽的應(yīng)力集中程度比V形槽低，但因?yàn)槠浒济娴那剩匀粫?huì)在槽底部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。
[0007]另外，鋸線在向相鄰的導(dǎo)輪槽運(yùn)動(dòng)中，不可避免地會(huì)與導(dǎo)輪槽壁發(fā)生摩擦。當(dāng)前使用的導(dǎo)輪槽壁均為采用一個(gè)固定的傾角，這樣鋸線就會(huì)在相當(dāng)長(zhǎng)的距離上與導(dǎo)輪槽壁摩擦(一般在6-10_)。這樣的接觸會(huì)造成線網(wǎng)的振動(dòng)和導(dǎo)輪槽的磨損，提高跳線事故發(fā)生的概率。所以，應(yīng)該盡可能減小在定位需要以外的鋸線與導(dǎo)輪槽的接觸。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)輪槽側(cè)壁易磨損、鋸線易跳線的問題，提供一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪。
[0009]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，所述導(dǎo)輪表面具有耐磨涂層，所述導(dǎo)輪表面耐磨涂層上開有彼此平行的用于排列鋸線的導(dǎo)輪槽；所述導(dǎo)輪槽與通過導(dǎo)輪軸線的平面的交線形成導(dǎo)輪槽輪廓，所述導(dǎo)輪槽輪廓包括底邊和側(cè)壁，所述導(dǎo)輪槽輪廓的側(cè)壁包括與底邊相連的鋸線定位側(cè)壁和位于定位側(cè)壁之上的鋸線導(dǎo)向側(cè)壁，所述定位側(cè)壁為直線或向?qū)л啿圯喞行膹澢耐骨€，所述導(dǎo)向側(cè)壁為直線或向?qū)л啿圯喞行膹澢耐骨€，所述導(dǎo)輪槽輪廓所在平面上任一與導(dǎo)輪軸線垂直相交的直線為輪廓法線，所述導(dǎo)向側(cè)壁兩端點(diǎn)的連線與輪廓法線的夾角大于定位側(cè)壁兩端點(diǎn)的連線與輪廓法線的夾角。
[0010]多線切割用導(dǎo)輪表面的耐磨涂層肖氏D硬度在80-99之間、厚度大于0.3mm,肖氏D硬度在80-99之間可以滿足導(dǎo)輪在使用時(shí)的強(qiáng)度，厚度大于0.3_可以使導(dǎo)輪的重復(fù)利用率高，在一定范圍內(nèi)，耐磨涂層越厚，可重復(fù)利用的次數(shù)越多。
[0011]多線切割用導(dǎo)輪的底邊可以為直線或曲率半徑大于鋸線直徑D的1.6倍的曲線，將底邊設(shè)計(jì)成曲線，可以最大程度地降低鋸線正下方的應(yīng)力集中，導(dǎo)輪槽的側(cè)壁斜邊提供鋸線的定位力，導(dǎo)輪槽材質(zhì)的彈性模量需均勻，保證鋸線定位于導(dǎo)輪槽的中心。
·[0012]進(jìn)一步地，所述底邊寬度為W，所述底邊寬度W為鋸線直徑D的40%_80%，可以使加工的角度和高度更加容易處理。
[0013]為了消除底邊與側(cè)壁相連接部分的內(nèi)應(yīng)力集中點(diǎn)，所述底邊與側(cè)壁相接的部分存在平滑過渡的底邊倒角區(qū)。
[0014]多線切割用導(dǎo)輪的定位側(cè)壁兩端點(diǎn)的連線與輪廓法線的夾角為α，α的取值范
圍為:
[0015]
, W D λ , W D90 - α/τ?<ζ--arccos 廠..........................................χ 0.75 <α< 90 - arct%--arccos 廠.......................................:i:中
VDVD2 +W2 J{Dy/D2 +W2) /、
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[0016]90 -^ — -arccos為在不損失導(dǎo)輪槽提供的鋸線定位能力的前
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提下，定位側(cè)壁可允許的最大夾角，也即臨界定位夾角，主要為了最小化定位側(cè)壁被鋸線磨損，并減小因磨擦帶來(lái)的良率波動(dòng)和跳線風(fēng)險(xiǎn)。
[0017]在導(dǎo)輪槽底部寬度和鋸線的直徑確定的情況下，臨界定位情況下導(dǎo)輪槽壁與鋸線之間的關(guān)系如圖3所示；其側(cè)壁與水平線之間的角度β與鋸線直徑D與導(dǎo)輪槽底寬度W的
幾何關(guān)系為:
【權(quán)利要求】
1.一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述導(dǎo)輪(I)表面具有耐磨涂層(11)，所述導(dǎo)輪(I)表面耐磨涂層(11)上開有彼此平行的用于排列鋸線(2)的導(dǎo)輪槽(3);所述導(dǎo)輪槽(3)與通過導(dǎo)輪(I)軸線的平面的交線形成導(dǎo)輪槽輪廓(4)，所述導(dǎo)輪槽輪廓(4)包括底邊(41)和側(cè)壁(42 )，所述導(dǎo)輪槽輪廓(4)的側(cè)壁(42 )包括與底邊相連的鋸線定位側(cè)壁(43)和位于定位側(cè)壁(43)之上的鋸線導(dǎo)向側(cè)壁(44)，所述定位側(cè)壁(43)為直線或向?qū)л啿圯喞行膹澢耐骨€，所述導(dǎo)向側(cè)壁(44)為直線或向?qū)л啿圯喞行膹澢耐骨€，所述導(dǎo)輪槽輪廓(4)所在平面上任一與導(dǎo)輪軸線垂直相交的直線為輪廓法線(5)，所述定位側(cè)壁(43)兩端點(diǎn)的連線與輪廓法線(5)的夾角為α，所述導(dǎo)向側(cè)壁(44)兩端點(diǎn)的連線與輪廓法線(5)的夾角為Y ,所述α〈 Y。
2.如權(quán)利要求1所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述耐磨涂層(11)肖氏D硬度在80-99之間、厚度大于0.3mm。
3.如權(quán)利要求2所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述底邊(41)為直線或曲率半徑大于鋸線直徑D的1.6倍的曲線。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述底邊(41)寬度為W，所述底邊(41)寬度W為鋸線(2)直徑D的40%-80%。
5.如權(quán)利要求4所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述底邊與側(cè)壁相接的部分存在平滑過渡的底邊倒角區(qū)。
6.如權(quán)利要求2所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述定位側(cè)壁(43)兩端點(diǎn)的連線與輪廓法線(5)的夾角α的取值范圍為:
7.如權(quán)利要求6所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述定位側(cè)壁(43)在導(dǎo)輪槽法線上的投影長(zhǎng)度為hl，hi的取值范圍為:
8.如權(quán)利要求2所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述導(dǎo)輪(I)含耐磨涂層(11)在內(nèi)的半徑為r，所述槽壁高度為h，所述導(dǎo)向側(cè)壁(44)與鋸線(2)

間的接觸距尚為
9.如權(quán)利要求8所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述導(dǎo)向側(cè)壁(44)在導(dǎo)輪槽法線上的投影長(zhǎng)度為鋸線(2)直徑D的100%-250%。
10.如權(quán)利要求6-9任一項(xiàng)所述的一種定制槽型的多線切割用導(dǎo)輪，其特征在于:所述定位側(cè)壁(43)與導(dǎo)向側(cè)壁(44)相連部分存在平滑過渡的側(cè)壁倒角區(qū)。
【文檔編號(hào)】B28D7/00GK203496143SQ201320615011
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:凡登（常州）新型金屬材料技術(shù)有限公司