本發(fā)明涉及一種多線切割機(jī)線網(wǎng)張力測量裝置及方法，用于測量多線切割機(jī)切片過程中線網(wǎng)的張力，屬于多線切割加工領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

多線切割機(jī)是一種高效率高精度的硬脆材料切片加工設(shè)備，簡稱線鋸。按照磨料的方式不同，分為兩種類型：游離磨料多線切割及固結(jié)金剛石多線切割。游離磨料多線切割其切割原理是將鋼線纏繞在多個(gè)導(dǎo)輪的槽上，形成線網(wǎng)，導(dǎo)輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)線網(wǎng)高速運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)上裝著工件向下進(jìn)給；同時(shí)含有切割磨料的砂漿噴到線網(wǎng)上，運(yùn)動(dòng)的線網(wǎng)帶著砂漿進(jìn)入被切工件，從而將工件切割成數(shù)百上千片的薄片。固結(jié)金剛石多線切割的原理是將金剛石磨料固結(jié)到鋼線上，其它與游離磨料多線切割過程相同。多線切割因?yàn)槠淝懈钚矢摺⒉牧蠐p失小在太陽能、集成電路芯片、發(fā)二極管等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的基底材料的切片加工中得到廣泛應(yīng)用，如單晶硅、多晶硅、藍(lán)寶石等晶體材料的大批量切片加工中普遍采用多線切割機(jī)進(jìn)行加工。

在多線切割加工過程中，線張力是影響切割質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，特別是張力的波動(dòng)極易引起斷線導(dǎo)致切割晶體報(bào)廢。為此，中國專利ZL201310494668.1介紹了采用非接觸式檢測切割線張力的裝置及方法。但是，這種方法適用于測量鋼線進(jìn)線或出線部分張力檢測。而線網(wǎng)中線在切割過程中，鋼線磨損、進(jìn)給速度、以及疲勞都會(huì)對線張力產(chǎn)生影響。所以線網(wǎng)中的張力與進(jìn)線或出線口張力臂施加的張力是不同的，這也是導(dǎo)致晶片質(zhì)量產(chǎn)生較大波動(dòng)的原因之一，一般規(guī)律是從進(jìn)線口到出線口晶片質(zhì)量逐漸變差。但是，線網(wǎng)中鋼線間距只有不到0.2毫米，目前的張力測試裝置難以測試到線網(wǎng)中的張力，線網(wǎng)張力分布不清楚，給工藝參數(shù)的合理調(diào)整帶來困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對多線切割加工過程中線網(wǎng)張力分布影響切割質(zhì)量而張力不能有效測量的問題，本發(fā)明旨在提供一種多線切割機(jī)加工過程中線網(wǎng)張力測量裝置及方法。該裝置及方法通過將切割過程中晶錠對線的作用力等效于測量外加的對線的向下的拉力，從而根據(jù)線弓的角度以及力的平衡條件計(jì)算出線上的張力，抽測線網(wǎng)中不同位置的張力，就可以得出線網(wǎng)張力的分布。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種多線切割機(jī)線網(wǎng)張力測量裝置，包括兩個(gè)測量支柱，所述測量支柱中間有連接繩與T型連接桿相連，所述T型連接桿下端與壓力傳感器相連；所述壓力傳感器與下連接桿相連；所述下連接桿通過連接繩與長形盒相連；所述長形盒里面裝有配重液，所述測量支柱支承在線網(wǎng)的兩根相鄰被測線上，所述被測線在晶錠的向下的力作用下偏離平衡位置成一角度A，所述晶錠的中間夾著導(dǎo)電薄片，所述導(dǎo)電薄片用電線與萬用表一端相連，所述萬用表另一極用電線與測量支柱相連。

所述測量支柱直徑為0.5-1毫米，長度為兩被測線之間距離的1.2-2倍。

所述萬用表監(jiān)測測量支柱和導(dǎo)電薄片之間的通路的電阻。

所述配重液逐漸加入，其重量正好等于萬用表顯示電阻增大信號出現(xiàn)，被測線脫離晶錠及導(dǎo)電薄片導(dǎo)致電阻增大，此時(shí)晶錠對被測線作用力F約等于測量支柱施加的重力G，記錄壓力傳感器的值。

所述配重液可以為切割用的砂漿或者乙二醇或者切割過程中使用的冷卻液。

所述導(dǎo)電薄片厚度為0.1-1毫米，其長度和高度與晶錠2的長度和高度相同。

所述壓力傳感器的輸出信號通過電線與壓力顯示模組相連。

本發(fā)明還提供了一種多線切割機(jī)線網(wǎng)張力測量裝置的線張力測量方法，包括如下步驟：

1）準(zhǔn)備工件：所述晶錠和導(dǎo)電薄片用膠粘結(jié)到晶托上后整體安裝到到線切工作臺(tái)上，測量出測量支柱、連接繩、T型連接桿、壓力傳感器的重量，記為G1；

2）開始切割，需要測量位置暫停，進(jìn)行測量：測量線網(wǎng)在晶錠測量偏離平衡位置的距離D；將測量支柱支在晶錠的兩側(cè)面的被測線上，萬用表調(diào)節(jié)到電阻檔，萬用表的輸入端用電線分別與導(dǎo)電薄片和測量支柱連接，往長形盒逐漸加入配重液，直到電阻發(fā)生明顯變化，記錄壓力顯示模塊的重量值，記為G2；

3）計(jì)算線網(wǎng)張力：線網(wǎng)線弓角度A近似為

（1）

被測線張力T為

（2）

公式（a）中L為兩導(dǎo)輪的中心距，W為實(shí)驗(yàn)時(shí)兩晶錠與導(dǎo)電薄片粘結(jié)后的寬度，公式（b）中G=G1+G2；

4）重復(fù)步驟2和3，測量不同位置的鋼線，計(jì)算出線網(wǎng)的張力分布情況。

本發(fā)明能測量到多線切割加工過程中線網(wǎng)從入口到出口的張力變化，考察線網(wǎng)張力分布與切割參數(shù)之間的關(guān)系，從而調(diào)整工藝以減少張力降低對切割質(zhì)量的影響，降低斷線的風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明裝置局部放大圖；

圖3是本發(fā)明裝置剖視圖；

圖4是本發(fā)明裝置原理圖。

在圖中：

1-導(dǎo)輪；2-晶錠；3-晶托；4-切割工作臺(tái)；5-線網(wǎng)；6-導(dǎo)電薄片；7-膠；8-測量支柱；9-被測線；10-壓力顯示模組；11-壓力傳感器；12-長型盒；13-電線；14-萬用表；15-連接繩；16-T型連接桿；17-下連接桿；18-配重液。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明做詳細(xì)的描述。特別指出的是，以下實(shí)施例僅用于說明本申請，但不對本申請的范圍進(jìn)行限定。此實(shí)施例為本申請的部分實(shí)施例而非全部實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本申請保護(hù)的范圍。圖1為發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖，圖2為本發(fā)明裝置局部放大圖，圖3為本發(fā)明裝置剖視圖，圖4為發(fā)明裝置原理圖。

結(jié)合圖1、圖2及圖3，一種多線切割機(jī)線網(wǎng)張力測量裝置，包括兩個(gè)測量支柱8，所述測量支柱8中間有連接繩15與T型連接桿16相連，所述T型連接桿16下端與壓力傳感器11相連；所述壓力傳感器11與通過下連接桿17相連；所述下連接桿17通過連接繩15與長形盒12相連，所述長形盒12里面裝有配重液18，所述測量支柱8支承在線網(wǎng)5的兩根相鄰被測線9上，所述被測線9在晶錠2的向下的力作用下偏離平衡位置成一角度A，所述晶錠2的中間夾著導(dǎo)電薄片6，所述導(dǎo)電薄片6用電線13與萬用表14一端相連，所述萬用表14另一極用電線13與測量支柱8相連。

所述測量支柱8直徑為0.5-1毫米，長度為兩被測線9之間距離的1.2-2倍。

所述晶錠2和導(dǎo)電薄片6用膠7粘結(jié)到晶托3上后整體安裝到到線切工作臺(tái)4上，測量出測量支柱8、連接繩15、T型連接桿16、壓力傳感器11的重量，記為G1。

所述萬用表14監(jiān)測測量支柱8和導(dǎo)電薄片6之間的通路的電阻。

所述配重液18逐漸加入，其重量正好等于萬用表14顯示電阻增大信號出現(xiàn)，被測線9脫離晶錠2及導(dǎo)電薄片6導(dǎo)致電阻增大，此時(shí)晶錠2對被測線9作用力F約等于測量支柱8施加的重力G，記錄壓力傳感器11的值。

所述配重液18可以為切割用的砂漿或者乙二醇或者切割過程中使用的冷卻液。

所述導(dǎo)電薄片6厚度為0.1-1毫米，其長度和高度與晶錠2的長度和高度相同。

所述壓力傳感器11的輸出信號通過電線13與壓力顯示模組10相連。

結(jié)合本發(fā)明原理圖4，晶錠2在加工過程中對被測線9產(chǎn)生壓力F，壓力F與張力T達(dá)到平衡；通過圖1所述裝置，在被測線9上施加一個(gè)重力G，使G約等于F；線弓角度A可根據(jù)導(dǎo)輪1中心距離及晶錠2的寬度由公式（1）求出；在豎直方向力要達(dá)到平衡，根據(jù)公式（5）就可計(jì)算出被測線9的張力。

以某型號多線切割機(jī)為例，結(jié)合本發(fā)明裝置及方法，步驟如下：

1）準(zhǔn)備工件：安裝好加工晶錠2，測量出測量支柱8、連接繩15、T型連接桿16、壓力傳感器11的重量，記為G1，G1等于0.784牛頓；

2）開始切割，需要測量位置暫停，進(jìn)行測量：將測量支柱8支在晶錠2的兩側(cè)面的被測線9上，萬用表14調(diào)節(jié)到電阻檔，將萬用表14輸入端用電線13分別與導(dǎo)電薄片（6）和測量支柱8連接，往長形盒12逐漸加入配重液18，直到電阻發(fā)生明顯變化，記錄壓力顯示模塊10的重量值0.49牛頓，等于G2；測量線網(wǎng)5在晶錠2測量偏離平衡位置的距離D為4毫米；公式（2）中G為1.274牛頓；

3）計(jì)算線網(wǎng)張力：L為兩導(dǎo)輪1的中心距，L為540毫米；W為實(shí)驗(yàn)時(shí)兩晶錠2與導(dǎo)電薄片6粘結(jié)后的寬度為150毫米，根據(jù)公式3線網(wǎng)5線弓角度A近似為

（3）

被測線張力T為

（4）

公式（4）中結(jié)果為被測線9的張力；

4）重復(fù)步驟2和3，測量不同位置的鋼線，就可以計(jì)算出線網(wǎng)5的張力分布情況。

以上實(shí)施例中，導(dǎo)輪1個(gè)數(shù)為兩個(gè)，本發(fā)明裝置和方法同樣適用三個(gè)或四個(gè)導(dǎo)輪的多線切割機(jī)的線網(wǎng)張力測量。

上面結(jié)合了附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在了解上述方案的內(nèi)容后還可以不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出種種變化。