一种半导体线切片机的轴系结构及切片机的制作方法

1.本实用新型涉及一种半导体设备领域，尤其是一种半导体线切片机的轴系结构及具有该轴系结构的切片机。


背景技术：

2.半导体线切片机是用于将半导体材料切割为晶片的装置，大量的切割线并排拉伸并被高速驱动，诸如切片机的工件被切割并在与轴向正交的方向上进给。切割线被缠绕在带有凹槽的引导辊上，动力原件带动引导辊转动进而驱动切割线运动切割。
3.目前，切片机的引导辊轴系通常采用自然冷却的散热方式，导致存在轴系散热效果差的问题。而散热不好会进一步导致进刀单元、切割工件等部件产生变形，使引导辊上的凹槽相对于被切割工件产生错位，最终切割后的晶片形貌差。另外，轴系散热效果差，也容易在长时间运转后出现轴系频繁抱死停机的故障。此外，目前的设备生产商均未对切片机轴系散热引起足够重视，也无法对切割轴在切割中的位移趋势进行实时检测。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种半导体线切片机的轴系结构。
5.为解决上述技术问题，本实用新型采用的解决方案是：
6.提供一种半导体线切片机的轴系结构，包括主轴，主轴的左右两端分别套设第一轴承和第二轴承，套筒形的轴承座通过所述两个轴承装在主轴上；管状的引导辊套装在轴承座的外侧，其外表面涂敷包胶层，包胶层上环设有用于绕切割线的引导槽；所述主轴为中空结构，在其内部的换热腔中沿轴向设置用于导入冷却水的通水管。
7.作为一种改进，所述主轴的一端封闭，另一端固定装设法兰面，用于插入通水管和分水套；通水管的开口端与主轴的封闭端相对布置且保持间距，通水管的外侧与主轴的内壁保持间距，以该方式延长冷却水在主轴中换热的时间；通水管的外端部设冷却水进水口，分水套上设冷却水出水口和冷却水排空口。
8.作为一种改进，所述冷却水进水口通过管路接至水泵的出口，水泵入口接至水箱中，冷却水出水口通过管路接至水箱；水泵出口的管路上设有温度传感器，水箱中设有电加热器，温度传感器和电加热器分别通过线缆连接至温控装置。
9.作为一种改进，所述主轴的下侧设置通孔，通孔内装有通水管支撑套。
10.作为一种改进，所述主轴的封闭端安装在固定座中，在固定座与轴承座之间设有主轴迷宫密封组件、压盖和轴承固定挡圈；在轴承座的另一端，轴承压盖、轴承固定挡圈、传动套和带轮依次套装在主轴上；其中，传动套通过螺钉紧固安装在轴承座上，带轮通过螺钉紧固安装在传动套上。
11.作为一种改进，所述主轴的外侧设置台阶，所述第二轴承与该台阶之间设置内隔套；在主轴与套筒形的轴承座之间设有外隔套。
12.作为一种改进，所述主轴上还套设第三轴承，其安装位置位于第二轴承的外侧；第二轴承和第三轴承共用一个联动轴承座，所述套筒形的轴承座安装在该联动轴承座的外侧。
13.作为一种改进，第二轴承和第三轴承的外侧分别设置第一隔圈和第二隔圈，所述联动轴承座的两端分别与第一隔圈和第二隔圈相接。
14.作为一种改进，在所述套筒型的轴承座外侧套设传感器固定套筒，传感器固定套筒上安装位移传感器。
15.本实用新型进一步提供了具有前述轴系结构的切片机，包括l形布局的安装座，在安装座的竖向侧壁上安有竖向的导轨滑块组件；在导轨滑块组件中，升降梁通过滑块与导轨相连，进刀单元动力组件设于升降梁上，能驱动升降梁沿导轨竖向运动，升降梁外部罩设有防护罩；升降梁下部设有进刀防护固定组件，其下端安装夹紧底座；料座安装在夹紧底座的底部，用于装载待加工的半导体材料；料座正下方为安装座的水平底座，在水平底座上平行布置多组所述的轴系结构，且主轴垂直于安装座的竖向侧壁；切割线绕设于各轴系结构的包胶层上，形成平行的切割线网。
16.作为一种改进，在所述的轴系结构中设有传感器固定套筒，传感器固定套筒上安装位移传感器；所述套筒形的轴承座上设有用于密封的轴外座孔密封内圈，其端面作为位移传感器的检测参考面。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
18.1、本实用新型能够利用冷却水实现主轴温度控制，避免因散热不好导致的部件产生变形和加工错位，最大程度地保证加工后的晶片形貌一致性。
19.2、本实用新型能够保证设备具有良好的散热效果，避免发生轴系频繁抱死停机的故障。
20.3、本实用新型能够对主轴在切割中的位移趋势进行实时检测，并利用位移趋势监测数据用于针对冷却水系统的温度调节。
附图说明
21.图1是本实用新型中的轴系结构示意图。
22.图2是本实用新型中半导体切片机的结构示意图。
23.图3是本实用新型中的冷却水循环系统简图。
24.各图中附图标记：1-主轴，2-主轴迷宫密封组件，3-压盖，4-引导辊，5-(套筒型的)轴承座，6-内隔套，7-外隔套，8-第一隔圈，9-联动轴承座，10-第二隔圈，11-轴承压盖，12-轴承固定挡圈1，13-传动套，14-带轮，15-通水管，16-冷却水进水口，17-冷却水出水口，18-冷却水排空口，19-传感器固定套筒，20-位移传感器，21-轴外座孔密封内圈，22-第三轴承，23-第二轴承，24-通水管支撑套，25-内隔套，26-第一轴承，27-外隔套，28-隔圈，29-轴承固定挡圈，30-螺钉,31-螺钉，32-分水套，33-包胶层；34-升降梁，35-进刀单元动力组件，36-安装座，37-导轨滑块组件，38-进刀防护固定组件，39-夹紧底座，40-料座，41-(待加工的)半导体材料,42-轴系结构；43-水箱，44-水泵，45-温控装置，46-温度传感器。
具体实施方式
25.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
26.半导体线切片机的结构如图2所示，包括l形布局的安装座36，在安装座36的竖向侧壁上安有竖向的导轨滑块组件37；在导轨滑块组件37中，升降梁34通过滑块与导轨相连，进刀单元动力组件35设于升降梁上，能驱动升降梁沿导轨竖向运动，升降梁外部罩设有防护罩；升降梁下部设有进刀防护固定组件38，其下端安装夹紧底座39；料座40安装在夹紧底座39的底部，用于装载待加工的半导体材料41；料座40正下方为安装座36的水平底座，在水平底座上平行布置多组所述的轴系结构42，且轴系结构42的主轴垂直于安装座36的竖向侧壁；切割线绕设于各轴系结构42的包胶层33上，形成平行的切割线网。
27.具体地，该半导体线切片机中轴系结构42的冷却系统如图1所示，包括中空结构的主轴1，在其内部的换热腔中沿轴向设置通水管15；主轴1的一端封闭，另一端固定装设用于插入通水管15和分水套32的法兰面；通水管15的开口端与主轴1的封闭端相对布置且保持间距，通水管15的外侧与主轴1的内壁保持间距，以该方式延长冷却水在主轴1中换热的时间；通水管15的外端部设冷却水进水口16，分水套32上设冷却水出水口17和冷却水排空口18。主轴1的下侧设置至少两个通孔，通孔内装有通水管支撑套24。冷却水循环系统结构如图3所示，轴系结构42的冷却水进水口16通过管路接至水泵44的出口，水泵44的入口接至水箱43中(或图中所示选择潜水泵)，冷却水出水口17通过管路接至水箱43；水泵44的出口管路上设有温度传感器46，水箱43中设有电加热器，温度传感器46和电加热器分别通过线缆连接至温控装置45。
28.轴系结构42的支撑和传动结构具体如图1所示，主轴1的左右两端分别套设第一轴承26和第二轴承23，套筒形的轴承座5通过所述两个轴承(21、23)装在主轴1上；管状的引导辊4套装在轴承座5的外侧，其外表面涂敷包胶层33，包胶层33上环设用于绕切割线的引导槽。主轴上还套设第三轴承22，其安装位置位于第二轴承23的外侧；第二轴承23和第三轴承22共用一个联动轴承座9，轴承座5安装在该联动轴承座9的外侧。
29.主轴1的封闭端安装在固定座中，在固定座与轴承座5之间设有主轴迷宫密封组件2、压盖3和轴承固定挡圈29；在第一轴承26的两侧分别设置内隔套25和外隔套27，外隔套27与轴承固定挡圈29之间设置隔圈28。在轴承座5的另一端，轴承压盖11、轴承固定挡圈12、传动套13和带轮14依次套装在主轴1上；其中，传动套13通过螺钉30紧固安装在轴承座5上，带轮14通过螺钉13紧固安装在传动套13上。主轴1的外侧设置台阶，第二轴承23与该台阶之间设置内隔套6；在主轴1与轴承座5之间设有外隔套7。第二轴承23和第三轴承22的外侧分别设置第一隔圈8和第二隔圈10，联动轴承座9的两端分别与第一隔圈8和第二隔圈10相接。
30.为了实时监测主轴在切割过程中的位移趋势，在所述的轴系结构中设有传感器固定套筒19，传感器固定套筒19上安装位移传感器20。在轴承座5与传动套13相接处设有用于密封的轴外座孔密封内圈21，以防止轴承座5溅水出来。传感器固定套筒19固定设置在轴承座5外侧的一个铸件上，位移传感器20将轴外座孔密封内圈21的端面作为检测参考面，基于对两者之间距离变化的检测，实现切割过程中对主轴位移趋势的实时监测。
31.具体应用方式描述：
32.主轴1内部形成冷却水的流通通道，冷却水进入通水管15后，由通水管15与主轴1的间隙中流向分水套32，最后从冷却水出水口17流出。通过温控装置45和水平44的配合，可
以通过加热和流量调整控制冷却水的降温与加热。
33.第一轴承26与第二轴承23为圆柱滚子轴承，第三轴承22为球轴承。各轴承的内圈安装在主轴1上，通过各隔套、隔圈和联动轴承座9对其内圈进行轴向定位。轴承座5安装在第一轴承26的外圈上，同时通过联动轴承座9安装在第二轴承23和第三轴承22的外圈上。带轮14将运动传递给引导辊4和轴承座5，使其绕着主轴1旋转。主轴1保持静止，轴承内圈保持不动，引导辊4旋转，轴承外圈与其同步运动。由于轴承内外圈存在的相对位移，引导辊4与主轴1会产生沿轴向左或向右方向的位移。故在第二轴承23的右侧安装第三轴承22，第三轴承22右侧有轴承压盖11,轴承压盖11定位使第一轴承26与第二轴承23在旋转过程中只能产生轴向向左的位移。
34.由于切割过程中产生大量的热，相关部件产生热膨胀变形。其中导轨滑块组件背靠安装座36，所以其产生的位移为背向安装座36方向，与轴系结构42的位移量同方向。由于切割线平行等间距缠绕在引导辊4沟槽中，在切割过程中，被切割工件或者切割线网单个部分发生位置偏移，会导致所得晶片翘曲度差。如若工件与线网同时同方向产生等量位移，线网与晶片位置相对不动，可以使晶片的翘曲量更小并且更均匀。
35.最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。