[发明专利]超声波旋转掏棒机

说明书

技术领域

本发明涉及一种掏棒机，尤其是一种用于对蓝宝石材料掏棒的超声波旋转掏棒机。

背景技术

由于大尺寸蓝宝石衬底材料应用的普及，特别是发光二极管LED及SOS(Silicon on Sapphire，硅-蓝宝石)半导体行业对于蓝宝石晶圆需求的增长，促进了业界对蓝宝石材料加工的需求快速上升。由于蓝宝石材料的物理属于硬脆材料，对大体积蓝宝石晶体，例如80～100kg级的蓝宝石晶体，进行套取大口径晶棒(特别是6、8英寸)的加工操作非常困难，而且效率低下，因此研究蓝宝石掏棒的快速有效加工成为当前的难题。

在现有技术中，蓝宝石掏棒技术多采用套筒旋转，钻取晶棒。如图5所示为现有技术的采用下压方式套取晶棒的一种掏棒机结构，可以上下移动的移动工作台406上设置有第一电机401、齿轮传动机构402、丝杠403、套筒夹具404和由套筒夹具夹持的套筒405。移动工作台406在第二电机407的驱动下，可沿着立杆408上下移动。第一电机401带动齿轮传动机构402转动，由从动齿轮驱动安装于从动齿轮的中心的丝杠403转动，丝杠带动安装于丝杠上的套筒夹具404和由套筒夹具夹持的套筒405旋转，套筒在第一电机401驱动下高速转动并向下进给，对位于固定工作台409上的蓝宝石材料进行掏棒加工。利用套筒405底端的金刚石刀头与蓝宝石材料接触，旋转磨削，直至钻穿蓝宝石材料，取得圆柱形的蓝宝石晶棒。此种方式的掏棒机存在有以下几个缺点：1)单旋转掏棒，磨削速度慢，速率一般只有2～5mm/min，最快不超过8mm/min，加工的效率较低；2)单独外冷却，散热效果差；若冷却不足会导致金刚石套筒刀头发热，套筒损耗大甚至导致套筒损坏，而且晶棒表面质量差、产品质量不够理想；3)对于套筒的轴向跳动要求严格，如果套筒的轴向跳动过大(一般≥0.05mm)，那么在掏棒过程中容易导致晶体炸裂。

申请号为200610004701.8的中国发明专利公开了一种切割设备，如图6所示。该设备中旋转装置是感应电机，其包括安置在心轴的后端部上的永磁体以及绕组。压电振子连接至心轴的后端部。用来将交流电供应至压电振子的供电装置也安置在心轴单元中。冷却流体供应源通过软管将冷却流体供给至输入孔，冷却压电振子。这种切割设备主要存在以下几个问题：1)旋转装置的感应电机内嵌，设备长时间工作，不利于电机散热，容易烧坏电机；2)压电振子放置在心轴单元的后端部，传动距离过长，造成超声波振动衰减，振动效果差；3)此系统冷却流体只能给压电振子冷却，在加工界面处无冷却，切割刀具无法冷却。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种超声波旋转掏棒机，以解决当前蓝宝石材料的掏棒加工效率低下、辅料消耗大及晶棒表面质量差的问题。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

超声波旋转掏棒机，其结构特点是，包括切割装置、工作台和水冷却装置；

所述切割装置包括导轨、可沿着导轨移动的架体、用于驱动架体沿着导轨移动的架体驱动电机、设有切割刀具的主轴和用于带动主轴转动的主轴驱动电机；所述架体的两侧各设置有一根所述导轨；所述架体上设置有内螺纹孔，所述架体驱动电机的输出端设置有丝杆，所述丝杆与所述架体的内螺纹孔之间螺纹配合以使得所述丝杆转动时可带动所述架体沿着所述导轨移动；所述架体上设置有主轴驱动电机，所述架体之上还安装有由所述主轴驱动电机驱动的主轴；所述主轴驱动电机和所述主轴之间采用传动带作为传动机构；主轴的上端设置有集流装置，主轴的内部设有空腔，所述空腔内设置有超声波换能器，所述主轴的下端固定设置有套筒，所述套筒的下端设置有切割刀具；所述主轴上设置有用于通过冷却水的第二冷却水管道，所述架体上设置有第一冷却水管道，所述第一冷却水管道和第二冷却水管道相通，且所述架体上的第一冷却水管道与所述水冷却装置的出水管相连通，由水冷却装置向第一冷却水管道和第二冷却水管道内注入冷却水；所述集流装置包括上集流环和下集流环，所述上集流环和下集流环均通过电源线与所述超声波换能器相连接；

所述工作台包括工作台本体、电磁吸盘和用于固定被加工工件的固定板；所述电磁吸盘设置于所述工作台本体上，所述固定板设置于所述电磁吸盘上；

所述水冷却装置包括水泵、出水管、回水管和水箱；所述水箱用于存储冷却水，所述水箱和水泵之间通过连接水管相连接；所述水箱上还设置有所述回水管；所述出水管设置于所述水泵上，且出水管与所述切割装置的架体的第一冷却水管道相连接。

本发明的超声波旋转掏棒机还具有以下技术特点。

所述架体上还设置有可将冷却水引导至被加工工件的导管。