具有气流体密封结构的摆动机构及多线切割机

技术领域

本发明涉及密封防护技术领域，尤其是涉及一种具有气流体密封结构的摆动机构及多线切割机。

背景技术

多线切割机是一种通过金刚石线的高速往复运动及其形成的摆动线网结构将碳化硅(SiC)、蓝宝石等各种硬、脆材料分解成片状的切割设备。作为第三代半导体材料的碳化硅与氮化镓具有高出传统硅材料数倍的禁带、漂移速度、热导率、耐高温等优良特性，且具有优异的抗辐射等性能，在高温、高频、高功率电子器件方面有着巨大的应用潜力。

在第三代半导体材料的加工工序中，晶体的切割技术尤为重要，晶体的切割方式主要分为物料摆动和线网摆动，其中，线网摆动切割出的衬底晶片较优。多线切割机中的摆动线网是最为关键的部件之一，其摇摆精度要求较高，但线网摆动切割的控制难度大、结构复杂且在切割过程中需要用到切削液，使得切割设备处于含有水汽和粉屑等杂质的环境中，极其容易因密封性能差导致轴承等核心关键的零部件被腐蚀和破坏，从而影响切割晶片的精度以及多线切割机的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种具有气流体密封结构的摆动机构及多线切割机，以解决采用多线切割机切割晶片时，由于切割设备处于含有水汽和粉屑等杂质的环境中，极其容易因密封性能差导致轴承等核心关键的零部件被腐蚀和破坏，从而影响切割晶片的精度和多线切割机的使用寿命的问题。

本发明第一方面提供了一种具有气流体密封结构的摆动机构，包括轴承和摆动平台，其中，所述具有气流体密封结构的摆动机构还包括：

摆动件，形成有用于撑托所述摆动平台的摆动部，所述摆动部能够以其所在平面的任一中线为轴心形成摆转倾角，以使所述摆动件带动所述摆动平台倾斜；

支撑座，与所述摆动件连接，所述轴承设置在所述支撑座与所述摆动件之间；所述支撑座形成有贯穿至所述摆动件的气流通道，所述气流通道吹出的气流形成于所述摆动平台与所述轴承之间，以使所述轴承被气流隔绝。

优选地，所述气流通道朝向所述摆动件的一端形成为气流出口，所述气流通道形成有多个，多个所述气流出口彼此连通，且多个所述气流通道内的气体流向相同，使得多条气流对流相会以形成气流保护屏障，所述气流保护屏障形成在所述摆动平台与所述轴承之间。

优选地，所述摆动件的侧部形成有第一凹槽，所述支撑座的侧部形成有与所述第一凹槽对应设置的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽围成气腔，所述气腔形成在所述摆动平台与所述轴承连通的所述气流通道上。

优选地，所述气腔形成为多个，多个所述气腔分别设置在所述气流保护屏障的两侧。

优选地，所述具有气流体密封结构的摆动机构还包括分别与所述摆动件和所述支撑座抵接的防护件，以使所述轴承与外界工作环境隔断。

优选地，所述防护件包括与所述摆动件抵接的第一防护件和与所述支撑座抵接的第二防护件；

所述第一防护件与所述第二防护件抵接，所述第一防护件和/或所述第二防护件形成有朝向所述气流通道凸出的防护部。

优选地，所述气流通道的一端形成为与气源设备连通的气流入口；

所述具有气流体密封结构的摆动机构还包括与所述气源设备连接的计量调节件，所述计量调节件设置在所述气流入口与所述气源设备之间。

优选地，所述摆动件形成为圆盘状结构，所述支撑座形成有与所述摆动件的周向侧壁连接的连接部；所述轴承形成为环形结构，所述环形结构的内环与所述摆动件的侧壁抵接，所述环形结构的外环与所述连接部抵接；所述气流通道沿所述摆动件的圆周侧壁呈环形设置。

优选地，所述连接部对应所述轴承的部位向内凹陷，使得所述连接部形成为阶梯状的结构，所述轴承的一端与所述连接部的阶梯结构抵接；

所述具有气流体密封结构的摆动机构还包括与所述支撑座连接的压紧件，所述压紧件形成有朝向所述轴承凸出的压紧部，所述压紧部与所述轴承的另一端抵接。

本发明第二方面提供了一种多线切割机，置包括上述任一技术方案所述的具有气流体密封结构的摆动机构。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的具有气流体密封结构的摆动机构，通过气流将轴承与水汽和粉屑等杂质隔绝的方式，有效地避免因密封性能差导致水汽和粉屑等杂质将轴承腐蚀或破坏的情况出现，从而延长了轴承的使用寿命，提高了摆动精度与晶片的切割质量。

此外，采用具有气流体密封结构的摆动机构的多线切割机，能够保证晶片的切割质量满足产品要求，且工作稳定可靠、效率高，延长了多线切割机的使用寿命、减少了维修工时。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例提供的具有气流体密封结构的摆动机构的结构示意图；

图2为图1中A处的结构剖面图；

图3为图2中B处的结构示意图；

图4为本发明的实施例提供的具有气流体密封结构的摆动机构的气流输送过程的原理图。

图标：10-摆动件；11-摆动部；12-第一凹槽；20-支撑座；21-第二凹槽；22-连接部；30-气流通道；31-气流入口；32-气流出口；33-气腔；41-第一防护件；42-第二防护件；43-防护部；50-压紧件；51-压紧部；60-气源设备；70-计量调节件；80-轴承；81-外圈；82-内圈；90-摆动平台。

具体实施方式

提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。

这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或系统的诸多可行方式中的一些方式。

在整个说明书中，当元件(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。

如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。

尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。

为了易于描述，在这里可使用诸如“在……之上”、“上部”、“在……之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在……之上”根据装置的空间方位而包括“在……之上”和“在……之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。

这里所描述的示例的特征可按照在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本申请的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能的。

根据本发明的第一方面提供一种具有气流体密封结构的摆动机构，其包括摆动件10、支撑座20以及气流通道30。

在下文中，将描述根据本实施例的具有气流体密封结构的摆动机构的上述部件的具体结构。

在本实施例中，如图1至图4所示，具有气流体密封结构的摆动机构用于保护支撑摆动平台90的轴承80，以避免水汽和粉屑等杂质对轴承80造成腐蚀或破坏等影响。具有气流体密封结构的摆动机构的摆动件10形成有用于撑托摆动平台90的摆动部11，摆动平台90与摆动部11之间可以采用螺栓或螺钉等紧固件连接；摆动部11能够以其所在平面的任一中线为轴心形成摆转倾角，以使摆动件10带动摆动平台90倾斜，其中，倾斜的角度优选为±12°；在摆动件10连续且多次地倾斜运动中实现摆动平台90的摆转。

需要说明的是，摆转运动可以形成为以摆动部11所在平面的一条中线为轴心进行往复摆动，也可以形成为以摆动部11所在平面的多条中线为轴心形成摆转倾角，使得摆动件10朝向不同的方向倾斜，在摆动件10连续且多次地改变倾斜方向的运动过程中带动平台摆转。

在优选的实施方式中，如图1和图2所示，摆动件10形成为圆盘状的结构，例如可以形成为水平设置的摆动轮，摆动部11形成在圆盘状结构的顶部，即摆动部11形成为圆形的平面结构，以便摆动件10能够以摆动部11的任一中线为轴心进行摆动。此外，摆动部11朝向摆动件10的内部凹陷，摆动件10的周向形成为环状的限位凸台，从而使得摆动平台90设置在限位凸台的环内。然而摆动件10的结构并不限于此，摆动件10还可以形成为柱状或板状等结构，只要使得摆动件10能够带动摆动平台90进行摆转即可。

此外，在本实施例中，如图2所示，轴承80形成为环形结构，轴承80的环形结构的内环与摆动件10的圆形的侧壁抵接，轴承80优选地与摆动件10侧壁的底部连接，如此使得摆动平台90与轴承80分别设置在摆动件10的两侧，轴承80能够给予摆动件10良好的支撑，从而提升摆动件10在摆转过程中的稳定性。需要说明的是，轴承80设置在摆动件10侧壁的底部仅表示将轴承80设置在摆动件10的侧壁偏下方位置，并非表示将轴承80设置在摆动件10的最底端。

在实施例中，如图1至图3所示，轴承80为交叉圆柱滚子轴承，轴承80包括内圈82、外圈81和滚动体，内圈82和外圈81均形成为环形，内圈82套设在外圈81内，内圈82和外圈81之间设置有滚动体。如上所述的与摆动件10抵接的环形结构的内环为外圈81的内壁。

在本实施例中，如图1至图3所示，具有气流体密封结构的摆动机构的支撑座20与摆动件10连接，支撑座20可以形成为板状或台状等结构；支撑座20形成有与圆盘状摆动件10的周向侧壁连接的连接部22，以使摆动件10的侧壁与连接部22形成间隙配合，连接部22可以是贯穿于支撑座20的通孔，亦或是沿支撑座20的顶部向其内部凹陷的盲孔。

需要说明的是，连接部22与摆动件10的形状相适配即可，以使支撑座20对摆动件10提供一定的支撑力，例如摆动件10形成为矩形结构时连接部22对应地形成为矩形槽。

此外，在实施例中，如图1至图3所示，轴承80设置在支撑座20与摆动件10之间；轴承80的外环与连接部22抵接，如上所述，轴承80的外环为轴承80的外圈81的侧壁。在优选的实施方式中，连接部22对应轴承80的位置向内凹陷，使得连接部22形成为阶梯状结构，轴承80的一端与连接部22的阶梯结构抵接，轴承80靠近支撑座20一侧的内圈82和外圈81均与支撑座20凹陷的阶梯结构位置抵接，以使轴承80固定在支撑座20上。

为了使轴承80在支撑座20上拆装方便，在本实施例中，如图2至图3所示，具有气流体密封结构的摆动机构还包括与支撑座20连接的压紧件50，压紧件50设置在轴承80的下方，压紧件50与支撑座20优选地采用可拆卸的连接方式，例如螺钉连接，如此便于轴承80的安装或拆卸；压紧件50形成为板状、块状或杆状等结构；压紧件50可以形成为一个或多个，当压紧件50的数量为一个时，压紧件50对应地形成为环形的板状结构，如此使得轴承80稳定地固定在压紧件50和支撑座20之间，当压紧件50的数量为多个时，多个压紧件50可以形成为沿轴承80的周向均匀分布的块状或杆状等结构。

此外，为了进一步地提升轴承80和支撑座20的连接稳定性，在实施例中，如图2和图3所示，压紧件50形成有朝向轴承80凸出的压紧部51，如上所述，当压紧件50形成为环形的板状结构时，压紧部51对应的形成为环状的凸起结构；当压紧件50形成为多个块状或杆状等结构时，压紧部51可以形成为块状或板状的凸起结构。压紧部51与轴承80靠近支撑座20一侧的外圈81抵接，如此使得压紧部51与支撑座20的阶梯结构将轴承80压紧，从而保证轴承80和支撑座20紧固连接。

在本实施例中，如图1至图4所示，为了避免摆动平台90在工作时出现水汽或粉屑等杂质对轴承80造成腐蚀或破坏的情况，采用气流将轴承80隔绝在工作环境之外的方式对轴承80形成保护，具体的，支撑座20形成有贯穿至摆动件10的气流通道30，气流通道30朝向摆动件10的一端形成为气流出口32，气流通道30的另一端形成为与气源设备60连通的气流入口31，气流入口31可以形成为圆形或方形的孔状结构，气流出口32的结构同理于气流入口31；气源设备60形成为正压气源设备60，以向气流通道30输送压缩气体，气体可以是空气或氮气等。气流由气流出口32吹向摆动件10，气流通道30吹出的气流形成于摆动平台90与轴承80之间，以使轴承80被气流隔绝，从而避免轴承80被水汽或粉屑等杂质腐蚀或破坏。

此外，在本实施例中，如图1至图4所示，如上所述，气流通道30沿圆盘状摆动件10的圆周侧壁呈环形设置，如此使得气流能够将轴承80完全隔绝在工作环境之外，环形的气流通道30上的气流入口31可以设置为一个或多个，当气流入口31的数量为多个时，多个气流入口31分别与多个气源设备60连通，多个气流入口31优选为沿环形的气流通道30的周向均匀布设，以使气流通道30内各处的气流分布均匀，从而有效地对轴承80形成保护。

需要说明的是，气流通道30优选地设置在固定不动的支撑座20上，以保证气流的输送过程稳定，设置有气流通道30的支撑座20可以采用铸造的方式加工形成；但气流通道30的设置位置并非仅限于支撑座20，也可以设置在摆动件10上，当气流通道30形成于摆动件10时，气流由气流出口32吹向支撑座20且气流形成于摆动平台90与轴承80之间，如此使得轴承80被气流隔绝，从而避免轴承80被水汽或粉屑等杂质腐蚀或破坏。

在优选的实施方式中，如图2和图3所示，气流通道30形成有多个，多个气流出口32彼此连通且多个气流通道30内的气体流向相同，使得多条气流在轴承80的上方对流相会以形成气流保护屏障，气流保护屏障形成在摆动平台90与轴承80之间，气流屏障能够将摆动件10和支撑座20之间的空隙完全封闭，从而达到保护轴承80避免其被水汽或粉屑等杂质腐蚀或破坏的目的。需要说明的是，摆动件10和支撑座20之间的空隙约为3mm～4mm，摆动件10和支撑座20之间的空隙由装配精度形成，无法避免。

此外，在实施例中，多个气流通道30可以是多个气流出口32对应地设置多个气流入口31，或多个气流出口32共用一个气流入口31，只要保证气源设备60内的气体能够由气流入口31输送至气流出口32并对轴承80形成保护即可。

在实施例中，如图3所示，气流通道30的数量优选为两个，两股气流形成对流以便于控制气流保护屏障的所在位置。

为了进一步地保护轴承80避免其被水汽或粉屑等杂质腐蚀和破坏，在本实施例中，如图2和图3所示，摆动件10的侧部形成有第一凹槽12，支撑座20的侧部形成有与第一凹槽12对应设置的第二凹槽21，第一凹槽12和第二凹槽21围成气腔33，气腔33形成在摆动平台90与轴承80连通的气流通道30上，若水汽或杂质进入气流通道30内能够及时地被气腔33拦截。

在实施例中，多个气腔33分别设置在气流保护屏障的两侧，如此使得即便是出现水汽或粉屑等杂质突破了气流保护屏障的情况，水汽或粉屑等杂质也会被气流保护屏障与轴承80之间的气腔33拦截，从而更进一步地避免水汽或粉屑等杂质进入轴承80。

需要说明的是，气腔33的数量优选为两个，两个气腔33既能够实现保护轴承80的同时，还能够保证摆动件10的结构强度，使得摆动件10在摆动过程中不会因凹槽过多而出现损坏，从而保证了摆动件10的摆动精度。

此外，在实施例中，如图2和图3所示，如上所述，第一凹槽12沿圆盘状的摆动件10的周向侧壁向内凹陷，以形成环形结构的第一凹槽12，同理，第二凹槽21沿支撑座20的连接部22侧壁向内凹陷，以形成环形结构的第二凹槽21；第一凹槽12和第二凹槽21围成气腔33对应的形成为环形。

需要说明的是，由于第一凹槽12设置在摆动件10上，且摆动件10需要频繁地进行摆转运动，在优选的实施方式中，第一凹槽12的槽壁形成为弧形结构，如此避免第一凹槽12的槽壁的折角结构产生应力集中，从而降低摆动件10出现疲劳裂纹或断裂的情况的发生率。第二凹槽21的槽壁可以形成为弧形或矩形等结构。

在本实施例中，如图1至图3所示，具有气流体密封结构的摆动机构还包括分别与摆动件10和支撑座20抵接的防护件，如上所述，保护件形成为环形的结构，以将摆动件10与支撑座20之间的间隙封闭在保护件的下方，从而使得轴承80与外界工作环境隔断，避免大部分的水汽与杂质进入气流通道30(气流通道30内的气流、气流保护屏障或气腔33对轴承80形成加强保护)。

此外，为了提升防护件的防护效果，在实施例中，如图1至图3所示，防护件包括与摆动件10抵接的第一防护件41和与支撑座20抵接的第二防护件42，第一防护件41与第二防护件42抵接，如此保证保护件呈水平设置，从而保证保护件能够同时地与摆动件10和支撑座20紧密贴合，以提升密封效果；此外，在实施例中，第一防护件41和/或第二防护件42形成有朝向气流通道30凸出的防护部43，如上所述，防护部43对应的形成为朝向环形的气流通道30凸出的环形结构，以提升气流通道30的密封性。

需要说明的是，第一防护件41和第二防护件42优选地采用螺钉连接，但实际安装时，第一防护件41和第二防护件42之间可能存在间隙，凸出的防护部43可以防止水汽或粉屑等杂质直接进入气流通道30，进一步地对轴承80形成有效保护。

在本实施例中，多个气流通道30中的任一气流通道30延伸至防护部43的侧部，使得当水汽或粉屑等杂质位于防护部43周围时，气流通道30中的气流能够将水汽或粉屑等杂质吹出防护件之外。

在实施例中，防护部43优选地与摆动件10和支撑座20之间的间隙设置在不同的竖直直线上(即防护部43与摆动件10和支撑座20之间的间隙交错开)，避免杂质直接进入气腔33。

此外，在本实施例中，如图1至图4所示，为了保证具有气流体密封结构的摆动机构的有效性，具有气流体密封结构的摆动机构还包括与气源设备60连接的计量调节件70，计量调节件70设置在气流入口31与气源设备60之间，以控制进入气流通道30内的气体流量，从而使得气流或气流保护屏障形成在能够指定位置，进而有效地保护轴承80。在实施例中，计量调节件70可以采用气体流量控制阀，也可以采用气体流量计与调节阀配合使用。

根据本发明的具有气流体密封结构的摆动机构的结构简单、成本低、密封效果好，通过气流将轴承与水汽和粉屑等杂质隔绝的方式，有效地避免因密封性能差导致水汽和粉屑等杂质将轴承腐蚀或破坏的情况出现，从而延长了轴承的使用寿命，提高了摆动精度与晶片的切割质量。

根据本发明的第二方面提供一种多线切割机，能够保证晶片的切割质量满足产品要求，保证多线切割机工作稳定且可靠，延长了多线切割机的使用寿命、减少了维修工时，提升了多线切割机的工作效率。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。