[发明专利]硅棒快速解裂的激光加工装备及其方法

说明书

本发明涉及硅棒快速解裂的激光加工装备及方法，包括用于驱使硅棒上下移动及360度旋转的X‑θ二维运动机构、用于扫描测量硅棒侧壁三维轮廓的三维轮廓扫描仪、用于在硅棒的侧壁表面形成预切刻痕的预切激光加工系统以及用于沿着预切刻痕扫描加热并解裂分离的解裂激光加工系统，三维轮廓扫描仪设置于X‑θ二维运动机构的侧部，预切激光加工系统和解裂激光加工系统布置于X‑θ二维运动机构的侧部；预切激光加工系统包含沿光路依次设置的脉冲激光器、第一3D扫描振镜和第一扫描场镜，解裂激光加工系统包含沿光路依次设置的连续激光器、第二3D扫描振镜和第二扫描场镜。解裂均匀一致性较好，破裂效果佳，破碎粒径占比稳定。

技术领域

本发明涉及一种硅棒快速解裂的激光加工装备及其方法。

背景技术

目前，硅棒破碎方法是，先将硅棒加热至500～600℃，然后将其放入水中，利用“水爆法”使其内部产生裂纹，后通过鄂破机将其破碎。一方面，由于加热不均会导致破碎效果时好时坏，达不到所需的粒径占比要求；另一方面，加热过程中存在打火风险，影响晶棒品质和正常生产；还有，鄂破会引入金属杂质，破碎粒径占比不稳定。

上述诸多问题，急需研发硅棒快速解裂的设备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种硅棒快速解裂的激光加工装备及其方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

硅棒快速解裂的激光加工装备，特点是：包括用于驱使硅棒上下移动及360度旋转的X-θ二维运动机构、用于扫描测量硅棒侧壁三维轮廓的三维轮廓扫描仪、用于在硅棒的侧壁表面形成预切刻痕的预切激光加工系统以及用于沿着预切刻痕扫描加热并解裂分离的解裂激光加工系统，所述三维轮廓扫描仪设置于X-θ二维运动机构的侧部，预切激光加工系统和解裂激光加工系统布置于X-θ二维运动机构的侧部；

所述预切激光加工系统包含沿光路依次设置的脉冲激光器、第一3D扫描振镜和第一扫描场镜，第一3D扫描振镜与第一扫描场镜连接于一体，位于X-θ二维运动机构的侧面；

所述解裂激光加工系统包含沿光路依次设置的连续激光器、第二3D扫描振镜和第二扫描场镜，第二3D扫描振镜与第二扫描场镜连接于一体，位于X-θ二维运动机构的侧面。

进一步地，上述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其中，所述脉冲激光器是波长500nm～1100nm、激光功率大于50w、脉冲宽度300fs～1us的脉冲激光器。

进一步地，上述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其中，所述连续激光器是波长500nm～10700nm、激光功率大于500W的连续激光器。

进一步地，上述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其中，所述X-θ二维运动机构包含X轴运动模组以及连接于其上的θ轴运动模组，所述X轴运动模组包含X轴大理石底架、X轴直线导轨、X轴运动板和控制X轴运动板运动的X轴直线电机，X轴直线导轨和X轴直线电机安装于X轴大理石底架上，X轴运动板置于X轴直线导轨上，X轴直线电机与X轴运动板驱动连接，从而控制X轴运动板沿X轴直线导轨运动；所述θ轴运动模组包含旋转DD马达和石英载物架，石英载物架安装于旋转DD马达上，旋转DD马达固定于X轴运动板上。

进一步地，上述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其中，所述X轴直线导轨为竖立设置，X轴直线电机驱动X轴运动板上下移动。

进一步地，上述的硅棒快速解裂的激光加工装备，其中，所述θ轴运动模组上安装有用于夹持固定硅棒的夹紧机构。

本发明硅棒快速解裂的激光加工方法，硅棒固定于X-θ二维运动机构上，硅棒倒置下垂，X-θ二维运动机构可驱使硅棒上下移动以及360度旋转；

由X-θ二维运动机构带动硅棒运动，位于X-θ二维运动机构一侧的三维轮廓扫描仪对硅棒侧壁的三维轮廓进行扫描测量；