CN119974266A - 一种划片刀及加工制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种划片刀及加工制作方法，包括划片刀本体，划片刀本体的刃口表面沿换向设有多个交替设置的排屑区和切削区，切削区表面设有多个呈蜂巢形布置的凸起单元以形成位于切削区表面的微纹理结构，所述凸起单元包括有封闭环形凸起，封闭环形凸起的内部设有多个直线条形凸起，相邻直线条形凸起之间形成凹坑，沿划片刀本体径向由内向外的方向，多个直线条形凸起呈向外发散的形式分布，本发明的划片刀排屑能力强、润滑效果好，摩擦力小，使用寿命长。

Description

一种划片刀及加工制作方法

技术领域

本发明涉及划片刀技术领域，具体涉及一种划片刀及加工制作方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

绝大部分光电晶片集成电路和器件产品在封装时，都需要使用划片刀进行切割，划片刀由金刚石材质制成，传统的金刚石划片刀面临严峻挑战：一方面，由于蓝宝石、碳化硅等晶片硬脆材料的硬度很高；另一方面，划片刀的厚度越来越薄，划片刀刃口表面为平面，与工件接触面积大，摩擦力大，容屑能力差、排屑不畅等问题会导致划切芯片发生微裂纹、界面剥离、边缘有毛刺、背面边界崩裂、边角脱落等缺陷，无法满足产业化要求。

目前能够通过微纹理结构来减少刀具和工件之间的摩擦力，例如专利CN105922377B公开了一种降低木工刀具切削时摩擦系数的木工刀具及其制造方法，通过在切削刃位置设置微结构纹理，避免了崩刃，延长了刀具的使用寿命，但是其也存在排屑不畅的问题，其表面微纹理采用圆形凹坑(凸体)或者平行凹槽或交叉网状凹槽，但是采用上述微纹理结构不利于润滑剂的存储，润滑剂容易流失，进而影响润滑效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种划片刀及制作方法，克服了当前划片刀所存在的缺陷，与工件之间摩擦力小、润滑油不易流失，延长了划片刀的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种划片刀，包括划片刀本体，划片刀本体的刃口表面沿换向设有多个交替设置的排屑区和切削区，切削区表面设有多个呈蜂巢形布置的凸起单元以形成位于切削区表面的微纹理结构，所述凸起单元包括有封闭环形凸起，封闭环形凸起的内部设有多个直线条形凸起，相邻直线条形凸起之间形成凹坑，沿划片刀本体径向由内向外的方向，多个直线条形凸起呈向外发散的形式分布。

可选的，所述封闭环形凸起和直线条形凸起的高度为10-30um。

可选的，所述封闭环形凸起采用正多边形环状凸起或圆形环状凸起。

可选的，所述排屑区沿划片刀本体的环向等间隔分布，相邻排屑区之间的区域为切削区。

可选的，沿划片刀本体径向由内向外的方向，所述排屑区的宽度逐渐减小。

可选的，所述划片刀本体采用金刚石材质制成。

第二方面，本发明的实施例提供了一种第一方面所述的划片刀的加工制作方法：划刀片本体绕自身轴线转动，脉冲激光束垂直照射到划刀片本体刃口表面，利用脉冲激光束，利用脉冲激光束去除刃口表面材料，形成排屑区及位于排屑区之间的加工区的微纹理结构。

可选的，脉冲激光束的波长为1060-1068nm，优选为1064nm，脉冲宽度为0.8-1.2us，优选为1us。

可选的，划片刀本体利用脉冲激光束加工前，依次利用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，清洗完成后，利用氮气将划片刀本体进行吹干。

可选的，将划片刀本体的中心位置与动力主轴固定连接，由动力主轴带动其绕自身轴线转动，在划片刀本体一侧设置脉冲激光器，利用脉冲激光器向划片刀本体刃口表面照射脉冲激光。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的划片刀，刃口表面包括交替设置的排屑区和加工区，加工区设有纹理结构，纹理结构包括多个凸起单元，凸起单元包括有封闭环形环状凸起，闭环形环状凸起的内部设有多个直线条形凸起，划片刀加工时，设置有排屑区，方便加工切屑的排出，使得排屑更加顺畅，加工过程中，只有凸起的顶面与工件接触，减少了摩擦面积，进而降低了摩擦力，通过闭环形凸起及多个直线条形凸起可以形成多个封闭的润滑剂储藏室，润滑剂能够存储在润滑剂储藏室中，润滑剂储藏室中的润滑剂可以在加工过程中持续的释放出来，在划片刀与工件之间形成一层润滑膜，减少二者之间的直接接触，降低摩擦系数，减轻磨损，同时闭环形环状凸起能够防止润滑剂的流失，保证了润滑效果，多个直线条形凸起呈向外发散的形式分布，使得直线条形凸起可以引导切屑流动，使得切屑更容易从划片刀表面脱离，将切削向外侧引导进而使得切削进入排屑区，相邻直线条形凸起之间形成楔形间隙，能够形成流体动压效应，有利于润滑作用。

2.本发明的划片刀，沿划片刀本体径向由内向外的方向，所述排屑区的宽度逐渐减小，在排屑区的内侧边缘和外侧边缘之间能够形成压力差，有利于润滑油携带切屑向排屑区内侧边缘流动，能够减少切屑的聚集，更有利于排屑，使得排屑更加顺畅。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1整体结构示意图；

图2是本发明实施例1凸起单元示意图；

图3是本发明实施例1划片刀的加工制作示意图；

其中，1.排屑区，2.纹理结构，3.划片刀本体，4.划片刀，5.高速主轴，6.A/D转化模块，7.数据采集模块，8.主控制器，9.移动工作台，10.位移传感器，11.激光工作台，12.激光器；

2-1.闭环形环状凸起，2-2.直线条形凸起。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种划片刀，如图1所示，包括划片刀本体3，划片刀本体3采用金刚石材质制成，为圆形结构，其外边缘设有刃口，划片刀本体的结构采用现有技术即可，其进一步的技术细节在此不进行详细叙述，传统的划片刀中，刃口表面为平面，容屑能力差、排屑不畅等问题会导致划切芯片发生微裂纹、界面剥离、边缘有毛刺、背面边界崩裂、边角脱落等缺陷，无法满足产业化要求。本实施例中对现有的划片刀结构进行改进，在划片刀本体的刃口表面通过激光加工出交替设置的排屑区1和加工区，加工区表面利用脉冲激光光束加工出纹理结构2，纹理结构包括多个呈蜂巢状排列的凸起单元，如图2所示，凸起单元包括一个闭环形环状凸起2-1，闭环形环状凸起2-1内部设有多个直线条形凸起2-2，相邻直线条形凸起2-2之间形成凹坑。

具体的，所述闭环形环状凸起2-1采用长方形或正方形或圆形或其他多边形形状，本领域技术人员根据实际需要选择即可，多个闭环形环状凸起呈蜂巢式分布，优选的，所述闭环形环状凸起2-1采用长方形或正方形或其他正多边形形状，使得相邻闭环形凸起治安存在共用的边缘，进而使得整个刃口表面能够被闭环形环状凸起全部覆盖，通过闭环形环状凸起，能够围合形成一个空间较大的润滑油储藏室，便于对润滑油进行存储，放置润滑油的流失，多个直线条形凸起2-2将润滑油储藏室分隔成多个用于存储润滑油的腔室。

优选的，所述闭环形环状凸起2-1采用长方形结构，方便进行激光加工，降低加工难度。

由多个圆形凸体或其他形状土体构成的纹理结构中，多个凸体之间的空间为一个非密封的空间，该空间用于容纳润滑油，由于该空间为一个非密闭的空间，因此无法对润滑油向外的流动形成限制，因此工作时，润滑油能够通过凸起之间的空间流出，进而导致了润滑油的流失，本实施例的凸起单元设置有闭环形环状凸起2-1，闭环形环状凸起2-1围合成了一个封闭的空间，闭环形环状凸起2-1能够将润滑油存储在其内部形成的润滑油储藏室中，润滑油不易流失，更容易在工件和划片刀之间形成油膜。

由圆形或其他形状凹坑或者平行凹槽或者交叉网状凹槽构成的微纹理结构中，由于凹坑和凹槽的尺寸较小，而润滑油具有一定的黏度，因此润滑油不易进入凹坑或者凹槽中进行存储，更容易流失，不易在刃口表面和工件之间形成润滑油膜，本实施例采用闭环形环状凸起2-1时，润滑油的存储空间更大，润滑油更容易进入闭环形环状凸起2-1内部空间进行存储，避免了润滑油的流失，保证了润滑效果。

另外，加工时，通过凸起与工件接触，与传统的采用凹槽式纹理结构相比，划片刀的刃口部分只通过凸起的顶面与工件进行接触，划片刀与工件的接触面积更小，减少了工件与划片刀刃口之间的摩擦面积，进而降低了摩擦力，避免了划片刀的摩擦损伤。

因此通过本实施例的凸起单元的结构设计，使得划片刀加工时，既能够减少与工件之间的接触面积，减少摩擦力，又能够对润滑油进行存储，避免润滑油的流失，通过润滑油进一步降低摩擦力和降低划片刀温度，提高划片刀的使用寿命。

沿沿划片刀本体径向由内向外的方向，多个直线条形凸起2-2呈向外发散的形式分布，即沿划片刀本体径向由外向内的方向，多个直线条形凸起2-2逐渐相互靠近并汇聚设置。

本实施例中，所述直线条形凸起2-2与闭环形环状凸起2-1相交或者不相交，优选的，所述直线条形凸起2-2与闭环形环状凸起2-1相交设置。

一个闭环形环状凸起2-1内部的多个直线条形凸起2-2中，其中一个位于中部的直线条形凸起2-2沿划片刀本体的径向设置，该直线条形凸起2-2两侧的直线条形凸起相对于该直线条形凸起对称设置。

与直线条形凸起2-2平行分布相比，采用此种设置方式能够使得直线条形凸起可以引导切屑流动，使得切屑更容易从划片刀表面脱离，将切削由内侧向外侧排放，进而引导切削进入排屑区1,同时相邻直线条形凸起2-2之间还能够形成楔形间隙，有利于产生流体动压效应，有利于润滑作用。

本实施例中，所述闭环形环状凸起2-1与直线条形凸起2-2的厚度均为10um-30um，采用此种厚度尺寸，在满足对润滑油具有较好的存储功能的同时，还能够保证凸起的强度，实现对工件的顺利切削。

所述刃口表面沿环向设置有多个排屑区1，排屑区1的外端部延伸至刃口的外边缘，内端部延伸至刃口的内边缘，优选的，多个排屑区1沿划片刀本体的环向等间隔分布，使得排屑能够更加均匀，相邻排屑区1之间为加工区，加工区表面设有纹理结构2。

由于纹理结构2为凸起结构，因此排屑区1相对于加工区凹陷设置，加工时排屑区1不与工件接触，因此形成了用于容纳切屑的空间，极大的提高了划片刀的容屑能力，同时排屑区内能够通入润滑油，利用润滑油将切屑冲出，提高了划片刀的排屑能力。

排屑区1能够形成一个用于存储切屑的空间，通过润滑油将排屑区内的切屑冲出，使得切屑离开划片刀刃口，通过排屑区的设置，提高了划片刀的容屑和排屑能力，避免了划片刀发生微裂纹、界面剥离、边缘有毛刺、背面边界崩裂、边角脱落等缺陷。

所述排屑区可以采用条形结构，条形结构偏离划片刀径向设定角度设置，排屑区也可采用其他形状设置，只要能够满足排屑需求即可，本实施例中，所述排屑区采用梯形形状，沿划片刀本体径向由内向外的方向，所述排屑区1的宽度逐渐减小，采用此种设置方式，能够减少切屑的聚集，更有利于排屑，使得排屑更加顺畅。

具体的，划片刀本体排屑区1内边缘宽度大，润滑油的流体动压力小，排屑区1外边缘宽度小，润滑油的流体动压力大，在排屑区1的内边缘到外边缘之间形成了流体压力差，驱动润滑油携带切屑由排屑区1的外侧边缘向排屑区1内侧边缘流动，有利于排屑，减少切屑的聚集。

划片刀的中心位置设有固定孔，用于将划片刀与转轴进行固定，本实施例中，仅对划片刀的刃口表面结构进行改进，划片刀的其余结构采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。

采用本实施例的划片刀，通过排屑区1的设置使得划片刀的容屑排屑能力更强，排屑更加顺畅，通过呈蜂巢状分布的凸起单元的设置，使得划片刀与工件之间的摩擦力更小，润滑油的储存能力更强，润滑油的润滑效果更好，在划刀片厚度减薄的前提下，满足了对蓝宝石、碳化硅等硬脆材料的切割加工需求。

实施例2

本实施例提供了一种实施例1所述的划片刀的加工制作方法，对当前的划片刀采用激光照射的方式在刃口表面加工出排屑区1和多个凸起单元，如图3所示，包括以下步骤：

首先将划片刀4依次用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，清理掉划片刀4表面的灰尘和杂质，避免影响后续的激光加工，每种清洗设定时间，优选的，设定时间为20分钟，然后再利用氮气将划片刀吹干，将吹干后的划片刀4的中心位置与高速主轴5固定连接，高速主轴5与转动动力系统连接，高速主轴5能够带动划刀片4绕自身轴线转动。转动动力系统采用现有技术即可，例如转动动力系统采用电机或液压马达等，在此不进行详细叙述，高速主轴5安装有转速传感器，转速传感器依次通过A/D转化模块6和数据采集模块7与主控制器8连接，能够采集高速主轴5的转速并传递给主控制器8，转速传感器及其与高速主轴5的连接方式采用现有技术即可，在此不进行详细叙述，本实施例中高速主轴5的转速为10000r/min-50000r/min。

过A/D转化模块6和数据采集模块7采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。

高速主轴5的下方设有移动工作台9，移动工作台9与三轴联动机构连接，三轴联动机构采用现有设备即可，能够带动移动工作台9运动，三轴联动机构包括第一水平移动机构和第二水平移动机构，第一水平移动机构和第二水平移动机构的分布方向相互垂直，第一水平移动机构的移动部分与第二水平移动机构连接，能够带动第二水平移动机构运动，第一水平移动机构和第二水平移动机构能够分别输出水平面上的第一方向运动和第二方向运动，第一方向与第二方向相互垂直，第二水平移动机构与竖向移动机构连接，能够带动竖向移动机构沿第二方向运动，竖向移动机构能够输出竖向运动，移动工作台9与竖向移动机构的移动部分连接，竖向移动机构能够带动移动工作台9做竖向运动，移动工作台9能够在第一水平移动机构、第二水平移动机构和竖向移动机构的带动下进行运动，从而调节激光器12的位置，使得激光器12与划片刀刃口之间的位置满足加工需要，优选的，所述第一水平移动机构、第二水平移动机构和竖向移动机构均采用丝杠传动机构，满足了移动精度的控制要求，进而满足了微纹理结构的成型质量要求。

移动工作台9还设有用于检测其移动部分位移的位移传感器10，位移传感器10依次通过A/D转化模块和数据采集模块7与主控制器8连接，移动工作台9的移动部分与激光工作台11连接，能够带动激光工作台11运动，其中移动工作台9在第一方向的行程范围为0-250mm，在第二方向的行程范围为0-220mm，竖向的行程范围为0-250mm。

位移传感器10及其安装连接方式采用现有技术即可，在此不进行详细叙述。

所述激光工作台11上固定与激光器12，本实施例中，激光器12采用半导体微秒脉冲激光器，优选的，采用半导体端面泵浦微秒脉冲激光器，半导体微秒脉冲激光器射出的脉冲激光束能够制备出微米两级的表面微结构。

半导体微秒脉冲激光器使用时，输出激光波长为1060-1068nm，优选为1064nm，脉冲宽度为0.8-1.2us，优选为1us。

半导体微秒脉冲激光器的平均功率约为100mW，重复频率7.5kHz，扫描速度10mm/s，扫描间距0.01mm。

将划片刀4固定在高速主轴5后，调节激光器12的位置，使得激光器12的激光发射口对准划片刀的刃口位置，且激光器12的激光发射口与刃口之间的距离满足设定要求，然后启动激光器12和高速主轴5，高速主轴5带动划片4刀以10000-25000r/min的转速转动，激光器12发出的脉冲激光束照射在划片刀4的刃口表面，当激光照射刃口材料基体时，粒子吸收激光能量，材料温度迅速升高气化，实现刃口材料去除，完成排屑区和纹理结构的加工。

激光器12在移动工作台的带动下按照设定的轨迹移动，配合划片刀的转动，在刃口表面加工出满足要求的排屑区和微纹理结构。

通过调节激光的扫描速度、扫描次数、脉冲宽度等参数，可以调整激光辐照在刃口表面的激光通量以及单位面积样品表面接收的脉冲数，从而控制表面微结构的纵横比等结构特性，本领域技术人员根据实际需要调节即可，在此不进行详细叙述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种划片刀，包括划片刀本体，其特征在于，划片刀本体的刃口表面沿换向设有多个交替设置的排屑区和切削区，切削区表面设有多个呈蜂巢形布置的凸起单元以形成位于切削区表面的微纹理结构，所述凸起单元包括有封闭环形凸起，封闭环形凸起的内部设有多个直线条形凸起，相邻直线条形凸起之间形成凹坑，沿划片刀本体径向由内向外的方向，多个直线条形凸起呈向外发散的形式分布。

2.如权利要求1所述的一种划片刀，其特征在于，所述封闭环形凸起和直线条形凸起的高度为10-30um。

3.如权利要求1所述的一种划片刀，其特征在于，所述封闭环形凸起采用正多边形环状凸起或圆形环状凸起。

4.如权利要求1所述的一种划片刀，其特征在于，所述排屑区沿划片刀本体的环向等间隔分布，相邻排屑区之间的区域为切削区。

5.如权利要求1所述的一种划片刀，其特征在于，沿划片刀本体径向由内向外的方向，所述排屑区的宽度逐渐减小。

6.如权利要求1所述的一种划片刀，其特征在于，所述划片刀本体采用金刚石材质制成。

7.一种权利要求1-6任一项所述的划片刀的加工制作方法：划刀片本体绕自身轴线转动，脉冲激光束垂直照射到划刀片本体刃口表面，利用脉冲激光束，利用脉冲激光束去除刃口表面材料，形成排屑区及位于排屑区之间的加工区的微纹理结构。

8.如权利要求7所述的划片刀的加工制作方法，其特征在于，脉冲激光束的波长为1060-1068nm，优选为1064nm，脉冲宽度为0.8-1.2us，优选为1us。

9.如权利要求7所述的划片刀的加工制作方法，其特征在于，划片刀本体利用脉冲激光束加工前，依次利用丙酮、无水乙醇和去离子水进行超声清洗，清洗完成后，利用氮气将划片刀本体进行吹干。

10.如权利要求7所述的划片刀的加工制作方法，其特征在于，将划片刀本体的中心位置与动力主轴固定连接，由动力主轴带动其绕自身轴线转动，在划片刀本体一侧设置脉冲激光器，利用脉冲激光器向划片刀本体刃口表面照射脉冲激光。