一种多线切割机线网线弓在线监测装置及方法与流程

本发明涉及一种多线切割机线网线弓在线监测装置及方法，用于实现多线切割过程中线网线弓的在线监测，属于半导体硬脆材料切片加工领域。

背景技术：

晶体材料，例如包括但不限于单晶硅、多晶硅、蓝宝石等是集成电路芯片、太阳能电池片及发光二极管等重要的衬底材料，其要加工成薄片，并保证很高的尺寸和形状精度。因为晶体材料硬度高、脆性大的特点，切片加工难度大。目前，衬底片的切片加工大部分采用多线切割机进行加工。多线切割机是一种高效率高精度的新型切割设备，简称线锯，通过金属丝的高速往复运动，把混入磨料的砂浆带入晶锭的加工区域进行研磨，晶锭固定在线切割机的工作台上向下进给，逐步将晶锭同时切割为数百上千片的薄片。多线切割机以其生产效率高、精度高在晶体材料切片加工中得到了广泛的应用。

在多线切割加工过程中，因为其切割参数一旦设定，整个过程不可控，一旦出现参数设置不合理易导致断线等异常造成整个晶锭的报废。断线发生的一个重要因素是线切割过程中，工作台进给速度过大或者砂浆的切割能力低，导致线弓过大，线承受的张力大导致断线故障。线弓角度大小也是影响切割力、砂浆切割能力的一个重要因素，直接影响到切片的质量。但是，砂浆喷管喷出的砂浆在线网上形成平面然后被线带入切割区进行切割的过程中，砂浆在切割室被溅起，整个切割区的环境是十分恶劣的。而要在这样恶劣的环境中，传感器往往因粘上砂浆而导致失效。游离的磨粒多线切割缺少有效的在线线弓监测装置及方法，使切割过程难以有效的控制，直接影响切片质量甚至出现断线造成重大损失。

技术实现要素：

本发明针对多线切割加工过程中因为切割区环境恶劣线弓难以实时监测影响切片质量甚至晶锭因断线而报废的问题，提供了一种多线切割机线网线弓在线监测装置及方法。

实现本发明的目的技术方案如下：一种多线切割机线网线弓在线监测装置，其结构特点是，包括距离传感器；所述距离传感器通过锁紧螺母固定在外壳内部；所述外壳与保护气进气管相连；所述距离传感器信号收发端的探测信号对应着运动着线网上形成的平面状砂浆；所述的砂浆由砂浆喷管喷出；所述距离传感器一端用电线连接着线弓显示模组。

所述外壳与固定环相连，所述固定环与水平支撑杆相连；所述水平支撑杆穿过连接块上的孔；所述连接块连接着竖直支撑杆；所述竖直支撑杆固定在磁性固定座上；所述磁性固定座用磁力吸在线切割机本体上。

所述保护气进气管与线切割机保护气源连接，其气压为0.1-0.16兆帕斯卡。

所述外壳上端装有橡胶垫；所述外壳末端有探测信号经过的孔；所述保护气进气管进入的保护气体从外壳中的孔中以一定速度流出，用于防止切割区溅起的砂浆进入外壳，粘结在距离传感器的探头上。

所述的电线从橡胶垫的中心孔穿出，达到防止漏气及砂浆进入的作用。

所述线网在导轮的旋转带动下以8-30米/秒的速度运动；所述线网在切割晶锭的向下作用下偏离水平位置形成一定线弓；所述切割晶锭通过胶与晶托相连；所述晶托固定到线切割机的线切工作台上；所述线切工作台以0.1-1毫米/分钟的速度向下进给。

所述距离传感器与线网上的形成的平面状砂浆距离为100-400毫米；所述距离传感器探测到线网偏离水平位置的大小。

所述橡胶垫与外壳、电线之间采用紧密配合。

所述连接块可绕竖直支撑杆转动和上下移动，采用锁紧螺钉从侧面锁紧；所述连接块可调节水平支撑杆的伸出的距离，采用锁紧螺钉侧面锁紧；通过所述的水平支撑杆、竖直支撑杆、连接块可以调整距离传感器在线网中的位置。

本发明一种多线切割机线网线弓在线监测装置在线线弓监测方法，包括如下步骤：

1）安装工件：切割晶锭用胶粘结到晶托上，整体安装到到线切工作台上；

2）安装多线切割机线网线弓在线监测装置：保证外壳的中心垂直于线网，距离传感器到线网的距离在传感器许可范围内，保护气进气管连接切割的保护气源，测量外壳中心到导轮中心线垂直距离L，并将L值输入到线弓显示模组中；

3）设定参考零点：设定未开始切割时，距离传感器到水平线网上的水平状砂浆的距离为参考零点；

4）探测偏移距离：开始切割，线网在切割晶锭作用下，形成一个角度，距离传感器探测线网上砂浆层偏移平衡位置距离D；

5）根据三角函数关系，算出线弓角度：角度θ为

（1）；

6）实时显示角度θ值：线弓显示模组实时显示角度值。

本发明提供的一种多线切割机线网线弓在线监测装置及方法。通过保护气体的引入，使飞溅的砂浆在保护气的作用下不会进入到装置内部，使传感器能适应切割过程中恶劣的环境，从而实现在线线弓的监测。如果线弓角度过大，可以及时停机调整参数防止断线的发生；可以对整个过程中线弓进行记录后调整切割工艺，使线弓在一个小范围内波动以保证切割质量，为切割参数的合理调整提供必要的数据支持。

附图说明

图1是本发明装置剖视图；

图2是本发明装置结构图；

图3是本发明装置原理图。

在图中：

1-导轮；2-砂浆；3-砂浆喷管；4-晶托；5-线切工作台；6-切割晶锭；7-线网；8-固定环；9-外壳；10-电线；11-线弓显示模组；12-线切割机本体；13-磁性固定座；14-竖直支撑杆；15-水平支撑杆；16-连接块；17-锁紧螺钉；18-橡胶垫；19-距离传感器；20-锁紧螺母；21-胶；22-保护气进气管；23-探测信号。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做详细的描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本申请，但不对本申请的范围进行限定。此实施例为本申请的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。图1为发明装置剖视图，图2为发明装置结构图，图3为发明装置线弓监测原理图。

一种多线切割机线网线弓在线监测装置，包括距离传感器19；所述距离传感器19通过锁紧螺母20固定在外壳9内部；所述外壳9与保护气进气管22相连；所述距离传感器19信号收发端的探测信号23对应着运动着线网7上形成的平面状砂浆2；所述距离传感器19一端用电线10连接着线弓显示模组11。

所述外壳9与固定环8相连，所述固定环8与水平支撑杆15相连；所述水平支撑杆15穿过连接块16上的孔；所述连接块16连接着竖直支撑杆14；所述竖直支撑杆14与磁性固定座13；所述磁性固定座13用磁力吸在线切割机本体12上。

所述保护气进气管22与线切割机保护气源连接，其气压为0.1-0.16兆帕斯卡。

所述外壳9上端装有橡胶垫18；所述外壳9末端有探测信号23经过的孔；所述保护气进气管22进入的保护气体从外壳9中的孔中以一定速度流出，流出的气体阻止飞溅的砂浆进入外壳9内部，防止粘结在距离传感器19上，使传感器不能发送和接收探测信号23。

所述的电线10从橡胶垫18的中心孔穿出；所述橡胶垫18与外壳9、电线10之间采用紧密配合，防止砂浆进入和保护气体的漏出。

所述线网7在导轮1的旋转带动下以8-30米/秒的速度运动，运动的线网7使砂浆喷管3喷出的砂浆2形成覆盖线网的平面状；所述线网7在切割晶锭6的向下作用下偏离水平位置形成一定线弓；所述切割晶锭6通过胶21与晶托4相连；所述晶托固定到线切割机的线切工作台5上；所述线切工作台5以0.1-1毫米/分钟的速度向下进给。

所述距离传感器19与线网7上的形成的平面状砂浆2距离为100-400毫米；所述距离传感器19能探测到线网7偏离水平位置的值D。

所述连接块16可绕竖直支撑杆14转动和上下移动，采用锁紧螺钉17从侧面锁紧；所述连接块16可调节水平支撑杆15的伸出的距离，采用锁紧螺钉17侧面锁紧；所述连接块16上的孔与水平支撑杆15和竖直支撑杆14采用间隙配合，方便调整距离传感器19在线网7中的相对位置。

下面以某型多线切割机为例，结合本发明装置及方法，介绍具体的步骤：

1）安装工件：切割晶锭6用胶21粘结到晶托4上，整体安装到到线切工作台5上；

2）安装多线切割机线网线弓在线监测装置：保证外壳9的中心垂直于线网7，距离传感器19到线网的距离在传感器许可范围内，保护气进气管22连接线切割机的保护气源，测量外壳9中心到导轮中心线垂直距离L，L为150毫米；如图3所示，并将值输入到线弓显示模组11中初始值设定中；

3）设定参考零点：设定未开始切割时，距离传感器19到水平线网7上平面状砂浆2的距离为参考零点；

4）探测偏移距离：切割开始后，线网7在切割晶锭6作用下，形成一个角度，距离传感器19探测线网7上砂浆2形成的平面偏移平衡位置距离D，D测量距离为5毫米；

5）如图3所示，根据公式（1），算出线弓角度θ：线网7角度θ为

；

6）实时显示角度θ值：线弓显示模组11实时显示角度值为1.91度。

本发明一种多线切割机线网线弓在线监测装置及方法中，所述距离传感器19可以采用超声波距离传感器或者激光距离传感器；超声波距离传感器可以选择型号为S18UUA，激光距离传感器可选择型号为LKH157；所述实施例中，多线切割机为两个导轮，本发明装置和方法同样适用三个或四个导轮的多线切割机的在线线弓监测。

上面结合了附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，本领域的普通技术人员在了解上述方案的内容后还可以不脱离本发明宗旨的前提下做出种种变化。