[发明专利]一种针对脆性材料的裂片分割装置及分割方法

说明书

本发明提供了一种针对脆性材料的裂片分割装置及分割方法，本发明将激光切割与机械剪裁方法结合，分割装置结构为料斗安装在自动上料机构的丝杠上，搬运机构安装在料斗和物料传送带上方，自动抓取机构安装在搬运机构上，CCD或CMOS图像采集系统、激光器分别安装在物料传送带上方，裂片传送带与物料传送带衔接，裂片传送带上方安装多个裂片刀具，裂片传送带下方对应安装有多条分拣传送带，每条分拣传送带一端与一个裂片分拣箱相衔接，裂片传送带末端与一裂片分拣箱相衔接。本发明实现对单个样品同时多次裂片，得到N个裂片，N≥2，既保持激光加工的快速、高效、均匀和安全的特点，又克服了机械加工容易崩边，碎裂的缺点。

技术领域

本发明涉及激光加工及材料切割领域，尤其涉及一种针对脆性材料的裂片分割装置及分割方法，该技术可以应用于板状、脆性材料切割加工的自动生产线。

背景技术

当前，随着能源和电子消费类产品的需求及市场的不断扩大，针对特种脆性材料如硅片、太阳能电池片、晶圆、陶瓷、石英和玻璃等脆性材料的快速加工需求与日俱增，这些材料的加工方法和技术的开发，具有巨大的市场和经济效益。光伏产业、消费电子产业及半导体产业等应用了大量的脆性材料，市场中迫切需要高质量、高效率的加工方法和装置，提高产品合格率及生产效率。因此针对太阳能电池板、蓝宝石晶圆、特种强化玻璃等脆性材料的裂片切割方法的研究一直是热点。

针对上述脆性材料的加工，以往主要采用机械加工(如切、削)、化学反应(如酸、碱、盐等溶液与材料发生反应)和电火花加工等方法。然而以上加工方法在实际操作中存在一些不足之处，比如采用机械加工时，脆性材料容易产生崩边，碎裂现象，也会在一定程度上改变材料的韧性和强度。采用化学方法加工脆性材料时，通常使用各种酸碱性试剂，对人体有潜在的危害，并且该方法加工效率低，不适合工业生产线的快速生产。采用电火花加工时，一般采用高电压放电使材料受热气化已达到切割的目的，加工过程中会产生较大的热影响区域，加工的平整性和均匀性仍无法满足一些领域的要求。

发明内容

本发明提出一种针对脆性材料的裂片分割装置及分割方法，首先利用激光对薄脆性材料进行划线切槽，然后采用机械方法快速裂片，同时通过多路激光同时划线切槽和设置多个机械式裂片刀具，实现对单个样品的同时多次裂片，既保持了激光加工的快速、高效、均匀和安全的特点，又克服了机械加工容易崩边，碎裂的缺点，为工业自动化生产提供了一种新型快速加工方法和装置。

本发明的技术方案为：

一种针对脆性材料的裂片分割装置，包括自动上料系统、搬运机构、CCD成像系统或CMOS图像采集系统、激光器、多个裂片刀具、裂片传送带、多个裂片分拣箱、多条分拣传送带、物料传送带，所述的自动上料系统由自动上料机构、料斗及自动抓取机构构成，其特征在于：料斗安装在自动上料机构的丝杠上，搬运机构安装在料斗和物料传送带上方，自动抓取机构安装在搬运机构上，CCD成像系统或CMOS图像采集系统、激光器分别安装在物料传送带上方，裂片传送带与物料传送带衔接，裂片传送带上方安装多个裂片刀具，裂片传送带下方对应安装有多条分拣传送带，每条分拣传送带一端与一个裂片分拣箱相衔接，其中裂片传送带末端与一裂片分拣箱相衔接。

所述的自动上料机构由伺服电缸或电机和丝杠组成，伺服电缸或电机与丝杠相连，丝杠带动料斗的每次抬升量为0.2mm～2mm。

所述的自动抓取机构为吸盘。

所述的物料传送带为中部带孔、下部设置真空腔室的传送带，通过真空负压将物料吸附于传送带上方，随传送带移动。

所述的激光器为高斯光束、贝塞尔光束或平顶光束激光器，同时发出单束或多束激光，功率范围为5W～30W，波长为220nm～1100nm。