CN114953229A - 一种线切割机的复合加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种线切割机的复合加工方法，该方法控制切割线以预设线速度运动，并控制切割线和待切割棒料以预设进给速度相向移动，在切割过程中切割线与待切割棒料接触的部分浸入至切削液中，将待切割棒料和切割线分别与电源连接并导通，进行磨削放电复合切割，利用浸泡切割线的方式，通过切割线的运动带动切削液进入切缝内冷却及润滑；利用切割线进行放电复合加工获得更充分的冷却条件，改善热损伤，延长切割线的使用寿命，提高晶片的成片质量，消除晶片热应力。沉浸式切削让切割线的放电作用得到改善，作为介质的切削液帮助放电效应实现，更容易形成电桥而增加放电的作用占比，充分发挥切割线放电复合加工的优点。

Description

一种线切割机的复合加工方法

技术领域

本申请涉及线切割技术领域，具体地，涉及一种线切割机的复合加工方法。

背景技术

加工效率和切割质量是单/多线金刚线切割领域主要关注的问题。为了提高切割效率，目前一般采用金刚线和放电切割相叠加的材料去除方式，在金刚线切割基础上，通过对工件和工具连接高频脉冲电源，形成放电回路，从而实现金刚线为切割工具的放电去除，基于该种复合切割方式，采用浇注切削进行冷却和润滑，如通过喷嘴喷淋和浇注到工作区，传统喷嘴喷淋和浇注方式可以一定程度上降低切削区温度，冲走切屑，但是由于金刚线线径极细，在多线切割方面线径可低至50μm，单线截断也可达到120μm以下。因此，切缝极小，切削液的在细线带入切削区的能力较有限，不能保证充足的冷却和润滑效果，尤其是切削液的润滑能力没有充分发挥，导致切削质量和加工效率受到一定的限制。

发明内容

本申请实施例中提供了一种线切割机的复合加工方法，以解决现有的切割装置中、金刚线带入切削区的切削液能力不足、无法保证冷却和润滑效果的问题。

为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请实施例提供的一种线切割机的复合加工方法，线切割机包括储液盒，储液盒内设有具有放电介质功能的切削液；方法包括：固定待切割棒料；控制切割线以预设线速度运动；控制切割线和待切割棒料以预设进给速度相向移动，且在切割过程中切割线与待切割棒料接触的部分浸入至切削液中；将待切割棒料和切割线分别与电源连接并导通，进行磨削放电复合切割。

采用本申请实施例中提供的一种线切割机的复合加工方法，相较于现有技术，具有以下技术效果：

线切割机具有储液盒，储液盒内设有具有放电介质功能的切削液，该方法控制切割线以预设线速度运动，并控制切割线和待切割棒料以预设进给速度相向移动，在切割过程中切割线与待切割棒料接触的部分浸入至切削液中，将待切割棒料和切割线分别与电源连接并导通，进行磨削放电复合切割，利用浸泡切割线的方式，通过切割线的运动带动切削液进入切缝内冷却及润滑；同时利用切割线进行放电复合加工时，可以获得更充分的冷却条件，改善热损伤，延长切割线的使用寿命，提高晶片的成片质量，消除晶片热应力。更为重要的是，沉浸式切削可以让切割线的放电作用得到改善，由于线缝内切削液的实际注入量增多，作为介质的切削液可以帮助放电效应得到实现，更容易形成电桥而增加放电的作用占比，充分发挥切割线放电复合加工的优点；相比于利用喷嘴直接浇注到工作区的方式，在加工精度、表面质量和金刚线的实际张力波动等方面均有优化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种线切割机的复合加工方法的流程示意图；

图2为本申请的复合加工方法应用于第一实施例提供的线切割机的结构示意图；

图3为本申请的复合加工方法应用于第二实施例提供的线切割机的结构示意图；

图4为本申请的复合加工方法应用于第三实施例提供的线切割机的结构示意图；

图5为本申请的复合加工方法应用于第四实施例提供的线切割机的结构示意图；

图6为本申请的复合加工方法应用于第五实施例提供的线切割机的结构示意图。

附图中标记如下：

切割辊1、储液盒2、泄流口3、喷淋组件4、待切割棒料5、放电装置6、切割轮7、切割线8。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种线切割机的复合加工方法，以解决现有的切割装置中、金刚线带入切削区的切削液能力不足、无法保证冷却和润滑效果的问题。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1-6，图1为本申请实施例提供的一种线切割机的复合加工方法的流程示意图；图2为本申请的复合加工方法应用于第一实施例提供的线切割机的结构示意图；图3为本申请的复合加工方法应用于第二实施例提供的线切割机的结构示意图；图4为本申请的复合加工方法应用于第三实施例提供的线切割机的结构示意图；图5为本申请的复合加工方法应用于第四实施例提供的线切割机的结构示意图；图6为本申请的复合加工方法应用于第五实施例提供的线切割机的结构示意图。

在一种具体的实施方式中，本申请提供的线切割机的复合加工方法，可应用于线切割机，如多线切割机或截断机等，线切割机包括储液盒，储液盒内具有放电介质功能的切削液，如金属切削液或其他具有放电介质功能的切削液，可根据现有技术的发展水平进行设置。储液盒一般为矩形腔体，结构简单便于设置；其长度可根据待切割棒料的长度进行设置，储液盒顶部具有开口以用于待切割棒料的浸入。一般的，储液盒内充满切削液，进一步增加与待切割棒料的接触面积，提高冷却效果；储液盒的底部设有泄流口和排屑孔，泄流口保证储液盒中的切削液实时流动，并能够及时将热量带走，可理解，为了能够使储液盒内充满一定量的切削液，满足在切割过程中切割区的切割线与待切割棒料接触的部分浸入至切削液中，储液盒的进液速度大于出液速度；储液盒还用于对切割过程中产生的碎片进行收集，排屑孔用于将切割过程中产生的切割碎片进行排出。具体的，复合加工方法包括：

S10：固定待切割棒料；

可通过设置进给组件对待切割棒料进行夹持以及进给，待切割棒料可以为圆形棒料或方形棒料，可根据需要进行设置；

S20：控制切割线以预设线速度运动；

S30：控制所述切割线和待切割棒料以预设进给速度相向移动，且在切割过程中所述切割线与待切割棒料接触的部分浸入至所述切削液中；

切割线优选为金刚线，预设线速度可与电参数配合进行设置，优选地，预设线速度为线速度为11-100m/s，优选为11m/s、50m/s或100m/s；预设进给速度为20-100mm/min，优选为20mm/min、50mm/min或100mm/min。切割线和待切割棒料以预设进给速度向彼此移动，如可控制切割线向待切割棒料所在方向移动，或者控制待切割棒料向切割线所在方向移动，或者分别控制切割线和待切割棒料相向移动，可根据具有的切割机的结构进行设置；在切割过程中切割线和待切割棒料接触的部分浸入至切削液中，可理解，金刚线切割工件的实际接触区位于储液盒内切削液的液面下方，优选为切割线与待切割棒料接触的全部部分浸入至切削液中，利用浸泡切削区的方式，并通过金刚线的运动带动切削液进入切削区实现切削区内的冷却、润滑。

S40：将待切割棒料和切割线分别与电源连接并导通，进行磨削放电复合切割。

采用本申请实施例中提供的一种线切割机的复合加工方法，相较于现有技术，具有以下技术效果：

线切割机具有储液盒，储液盒内设有具有放电介质功能的切削液，该方法控制切割线以预设线速度运动，并控制切割线和待切割棒料以预设进给速度相向移动，在切割过程中切割线与待切割棒料接触的部分浸入至切削液中，将待切割棒料和切割线分别与电源连接并导通，进行磨削放电复合切割，利用浸泡切割线的方式，通过切割线的运动带动切削液进入切缝内冷却及润滑；同时利用切割线进行放电复合加工时，可以获得更充分的冷却条件，改善热损伤，延长切割线的使用寿命，提高晶片的成片质量，消除晶片热应力。更为重要的是，沉浸式切削可以让切割线的放电作用得到改善，由于线缝内切削液的实际注入量增多，作为介质的切削液可以帮助放电效应得到实现，跟容易形成电桥而增加放电的作用占比，充分发挥切割线放电复合加工的优点；相比于利用喷嘴直接浇注到工作区的方式，在加工精度、表面质量和金刚线的实际张力波动等方面均有优化。

具体的，电源为高频脉冲电源；电源的频率为3k-500kHz，如3kHz、3.9kHz、7.8kHz、15.6kHz、……、500kHz；电源的脉宽为2-256μs，如2μs、4μs、8μs、16μs、32μs、64μs、128μs或256μs；电源的脉冲间距优选为2-8倍的脉宽的取值，单位同样为μs，脉冲间距具体可以是2倍、3倍、5倍、或8倍的脉宽。电源的电流优选为5-60A、电源的电压为70-120V，也可以采用其他高频脉冲电源常用电流电压值。金刚线结合电火花的复合加工，相比以往单独金刚线磨削加工的效率有较大提升，且加工精度也有明显提升；同时加工余量可以留得更小；金刚线张力稳定性更好；放电作用对电镀金钢线的磨粒有自锐作用，线的切割能力可以得到充分发挥。金刚线结合电火花复合加工过程中，放电参数的选择不同对于加工效果有不同程度影响，具体的，电流、电压增加可以提供更大的能量，对去除率有帮助，同时，可以通过提高脉宽以改善加工表面质量，脉间则需要匹配脉间设置。即本申请的实施例是通过合理的设置电流、电压、脉宽和脉间的参数，来获得高效优质的复合切割效果。

S40具体包括：

将待切割棒料和切割线中的一者与电源的正极导通，另一者与电源的负极导通。

优选地，将待切割棒料和切割线中的一者与电源的正极导通，另一者与电源的负极导通具体包括：

将切割棒料经辅助电极与电源的正极导通，切割线通过导电滑块、导电轮或辅助电极与电源的负极导通。

优选地，放电装置的正极与待切割棒料连接，放电装置的负极与切割辊连接，以放电装置为高频脉冲电源为例进行说明，连接电极将硅棒(待切割棒料)连接高频脉冲电源的正极，连接电极的方式可以是辅助电极方式，也可以是利用直连电极或利用导电胶、银浆等方式；高频脉冲电源的负极连接金刚线，连接方式可以是利用导电滑块、导电轮或辅助电极等方式。从而在金刚线和硅棒之间形成工具极和工件极的导电回路，并利用电源提供的高频脉冲实现工具与工件间的放电作用；当电极连接完成后，开启高频脉冲电源，硅棒至上而下向金刚线网运动，当接触线网后，金刚线与硅棒之间形成脉冲放电，从而利用放电产生的能量蚀除材料，同时，金刚线的磨粒切削作用提供更主要的材料去除。沉浸方式的冷却可以给放电提供介质，并提供更充分的冷却、润滑。

在该具体实施例中，切削液为水基切削液，水基切削液冷却性好，价廉易得，且加工后的工件易清洗，是高速切削加工工序中常用的切削液类型，可根据现有技术的发展水平进行切削液的设置。同时优选选用在通电情况下具有较优的电解效果的水基切削液，进一步优化电火花切割的放电效应，更容易形成电桥而增加放电的作用占比，充分发挥切割线放电复合加工的优点。

在一种实施例中，切割线的张力为4.8N-200N，具体可选4.8N、5N、50N、100N或200N，切割线的张力可根据上述电参数进行设置，以与电参数共同作用实现对待切割棒料的磨削放电复合切割。

在该具体实施例中，上述复合加工方法还包括：

S50：利用喷淋组件向待切割棒料和切割线的相交位置处喷淋切削液；以在储液盒的切割液无法进行补液时，通过喷淋组件向待切割棒料和切割线的相交位置处喷淋切削液，以及时对待切割棒料和切割线的相交位置处进行润滑和冷却。

在另一实施例中，上述复合加工方法还包括：

S60：在切割过程中，向储液盒内以预设进液速度补充切削液。可以理解的是，储液盒设有排液口和排屑孔，储液盒内的预设进液速度大于出液速度，以使储液盒中存有一定量的切削液，该切削液能够使切割过程中切割线与待切割棒料接触的部分浸入。具体的，可根据需要设置预设进液速度，在此不再赘述。

本申请提供的上述复合加工方法可应用于线切割机中，作为一种可选实施例，应用上述加工方法的线切割机包括至少两个相对设置的切割辊/切割轮、储液盒和放电装置。

如图2所示，可以理解的是，在第一实施例中，线切割机可以为多线切割机，其包括两个相对设置的切割辊，在两个切割辊间且切割区的切割线的下方设置储液盒，同时，每个切割辊均连接有导向轮、张力机构、排线机构和线辊，以实现多线切割，其具体的结构及设置位置可根据需要进行设置。

如图3所示，在第二实施例中，线切割机为环形金刚线切割机，该环形金刚线切割机包括两个相对设置的切割轮以及两个导向轮，两个切割轮和两个导向轮形成四个支点，金刚线分别绕设在两个导轮和两个导向轮的外周上；在竖直方向上，两个切割轮位于下方，两个导向轮相对应地位于各切割轮的上方；储液盒位于两个切割轮形成的切割区的下方，可通过切割轮的进给实现对硅棒的切割。

如图4所示，在第三实施例中，线切割机为单线截断机，其包括两个相对设置的切割轮、三个导轮和一个储线辊，在水平方向上，储线辊和切割轮组位于两端，两个相对设置的切割轮沿竖直方向设置，储线辊和位于上方的切割轮间设有两个导轮，两个导轮间设有重物，以保证切割线的张力；储线辊和位于下方的切割轮间设有另一个导轮，其具体的结构可根据需要进行设置。

如图5所示，在第四实施例中，线切割机为往复式单线截断机，其包括两个相对设置的切割轮，每个切割轮一侧分别连接有导向轮、张力机构、排线轮和线辊；如图6所示，在第五实施例中，线切割机为环线切割机，其包括两个切割轮和两个导向轮，在竖直方向上，两个切割轮位于两端，两个导向轮分别沿水平方向位于切割轮的另一端，以形成四点环形结构，切割线分别位于两个导向轮和两个切割轮的外周，两个切割轮间设有储液盒。

沉浸式冷却条件下的金刚线放电复合加工可以获得更充分的冷却条件，改善热损伤，延长金刚线的使用寿命，提高晶片的成片质量，消除晶片热应力。同时，更为重要的是，沉浸式切削可以让金刚线的放电作用得到改善，由于线缝内切削液的实际注入量增多，作为介质的切削液可以帮助放电效应得到实现，跟容易形成电桥而增加放电的作用占比，充分发挥金刚线放电复合加工的优点。

本申请提供的线切割机，用于切割圆形硅棒；同时也适用于切削其他半导体、导体等硬脆材料；以及其他非硬脆材料。该线切割机使用上述符合加工方法进行切割能够获得相似的效果，如1)表面粗糙度质量更好；2)加工精度更高；3)放电作用得到增强，切削效率更高；4)润滑和冷却效果更好，金刚线线耗更低，成品损伤降低。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述线切割机包括储液盒，所述储液盒内设有具有放电介质功能的切削液；所述方法包括：

固定待切割棒料；

控制切割线以预设线速度运动；

控制所述切割线和待切割棒料以预设进给速度相向移动，且在切割过程中所述切割线与待切割棒料接触的部分浸入至所述切削液中；

将待切割棒料和切割线分别与电源连接并导通，进行磨削放电复合切割。

2.根据权利要求1所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述电源为高频脉冲电源。

3.根据权利要求2所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述电源的频率3k-500kHz。

4.根据权利要求2所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述电源的脉宽为2-256μs、所述电源的脉冲间距为脉宽的2-8倍。

5.根据权利要求1所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述电源的电流为5-60A、所述电源的电压为70-120V。

6.根据权利要求1所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述切削液为水基切削液。

7.根据权利要求1所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述将待切割棒料和切割线分别与电源连接并导通，进行磨削放电复合切割具体包括：

将待切割棒料和所述切割线中的一者与所述电源的正极导通，另一者与所述电源的负极导通。

8.根据权利要求7所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述将待切割棒料和所述切割线中的一者与所述电源的正极导通，另一者与所述电源的负极导通具体包括：

将切割棒料经辅助电极与所述电源的正极导通，所述切割线通过导电滑块、导电轮或辅助电极与所述电源的负极导通。

9.根据权利要求1所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述切割线的张力为4.8-200N。

10.根据权利要求1所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，还包括：

利用喷淋组件向待切割棒料和所述切割线的相交位置处喷淋切削液。

11.根据权利要求1所述的线切割机的复合加工方法，其特征在于，所述方法还包括：

在切割过程中，向所述储液盒内以预设进液速度补充所述切削液。

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