[发明专利]改进的超声波多线切割方法及专用设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于固体材料特别是晶体材料的改进的超声波多线切割方法及实施该方法的专用设备。

背景技术

现有的专用于固体材料、例如但不限于包括硅、碳化硅、氧化铝、钻石等硬脆晶体材料的线切割及多线切割的方法，通常包括步骤：使用单根或多根切割线通过布线系统排列成包含有至少2条切割线的切割线网，使切割线做切割运动的同时，使待切割固体材料与切割侧切割线网接触，通过切割线本身的切割作用，或由切割线携带的切割或研磨砂浆的切割作用，实现待切割固体材料的切割，包括例如晶体锭的剖方，或切片，等等。其中，切割线的切割运动包括例如单向运动、双向往复运动、旋转运动、振动及其复合运动等等。

使用现有的线切割方法切割硬脆材料时，通常切割效率较低、切割精度不高，成本高，并且切割终了时被切割材料易产生出线边缘崩边等损伤。为此，中国专利说明书ZL03133682.5介绍了采用超声波振动装置的超声波线切割锯，利用超声能量辅助金刚石线锯切割，实现了高效率、高精度、低成本的线锯方法。但是，这种线锯需要把超声波变幅杆与金刚石线的一端固定连接，只能适用于往复走线的短线锯切割，无法用于单向走线切割，更无法实现连续双向或单向走线切割。

中国专利ZL200610044360.7公开了一种非导电硬脆材料超声振动复合线锯切割方法，通过在固定待切割的非导电硬脆材料的工作台上安装超声换能器，在切割时使工作台产生超声振动，带动固定其上的待切割材料发生附加超声振动，而实现超声振动线锯切割，达到高效切割的目的。但是，由于超声换能器所产生的超声波需要先穿透工作台和工作台上固定待切割材料的工件板及其粘结层才能达到待切割材料，在实际切割中，由于需要穿透的厚度较大，和工作台、工件板、粘结层等具有相对于待切割材料的不可调整的声阻抗，超声波到达待切割材料时已极度衰减，其超声切割效果难以达到预期，并且需要较大功率的超声装置。并且，该发明方法仅用于非导电硬脆材料，对于实际线锯切割中占较大份额的导电的硬脆材料，例如半导体、电子、光电工业使用的电性掺杂的硅晶体、碳化硅晶体，从该专利中无法确定是否可使用该方法。

中国专利申请CN201010565214公开了一种超声锯切机床，其设置有与超声波发生装置的变幅杆连接的振动头，使振动头与金刚石切割线保持压力接触实现金刚石切割线的超声振动。这种机床虽然实现了金刚石线锯的连续切割，但是，由于振动头与高速运动的金刚石切割线接触会被切割，不仅快速切割消耗振动头，也使金刚石线发生无效切割磨损，降低了线锯的有效利用率，并且，由于硬性接触中难以实现超声波在多根切割线上的同步传递，只能用于单线切割，不能用于多线切割。

发明内容

鉴于以上现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的是提供改进的超声波多线切割方法，以更为有效、节能和经济的方式，实现包括导电和非导电材料的超声波线切割方法；本发明的再一个目的是，提供实施该改进的超声波多线切割方法的专用线切割设备，从而为该方法的工业化提供装备基础。本发明的超声波多线切割方法，同样适用于单线切割。

为此，本发明提供了一种固体物体的多线切割方法，包括：

(1)设置多线切割线网和待切割物体，其中，待切割物体以其至少部分表面为装载接触面装载固定于装载固定装置上；

(2)设置包含有超声发射表面的至少一个超声波发生装置，并将超声发射表面安装于所述的待切割物体的其余表面的至少部分表面上；

(3)启动切割线切割待切割物体，启动超声波发生装置，使超声发射表面发射的超声波透过其所安装的待切割物体表面传递到待切割物体；

(4)保持切割线切割待切割物体直至完成切割；任选在切割完成前从所述的待切割物体表面上移开所述的超声发射表面，以避免切割线切割所述的超声发射表面。

其中，所述的超声发射表面安装其上的所述的待切割物体的其余表面是指待切割物体的装载接触面之外的表面；

其中，所述的超声发射表面可以是超声波发生装置的超声换能器的超声发射表面，也可以是超声变幅杆的超声发射表面，或者是超声振板的超声发射表面，或者是超声振子的超声发射表面，或者是聚焦或辐散超声波的超声透镜的超声发射表面；

其中，所述的超声发射表面优选具有和待切割物体的接触表面相贴合的形状，例如平面或圆弧曲面；