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TWM661898U - 放電加工裝置 - Google Patents

放電加工裝置 Download PDF

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Publication number
TWM661898U
TWM661898U TW113203943U TW113203943U TWM661898U TW M661898 U TWM661898 U TW M661898U TW 113203943 U TW113203943 U TW 113203943U TW 113203943 U TW113203943 U TW 113203943U TW M661898 U TWM661898 U TW M661898U
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
discharge
processing
machining
processed
edm
Prior art date
Application number
TW113203943U
Other languages
English (en)
Inventor
寇崇善
葉文勇
陳長營
Original Assignee
日揚科技股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日揚科技股份有限公司 filed Critical 日揚科技股份有限公司
Priority to TW113203943U priority Critical patent/TWM661898U/zh
Publication of TWM661898U publication Critical patent/TWM661898U/zh

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  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

一種放電加工裝置,用以對待加工物進行放電加工程序。此放電加工裝置包含載台及放電加工單元。載台用以承載待加工物。待加工物定義有加工目標區。放電加工單元經由放電電極以加工參數對待加工物之加工目標區進行放電加工程序。放電加工單元依據放電加工程序之放電過程中之放電頻率或放電能量之變化狀態,對應地調整實際輸出能量值,使得放電加工程序維持在目標加工狀態。放電加工裝置使用排渣單元提供外力輔助去除殘留在加工溝槽中之殘渣。此外,使用絕緣套包覆放電電極可減少切口損失(Kerf Loss)。

Description

放電加工裝置
本創作是有關於一種加工裝置,特別是有關於一種放電加工裝置。
隨著半導體產業蓬勃發展,放電加工(Electrical Discharge Machining,EDM)技術已常見用於加工處理晶錠或晶圓。放電加工是一種藉由放電產生火花,使待加工物成為所需形狀的一種製造技術。介電材料分隔兩電極並施以電壓,產生週期性快速變化的電流放電,用以加工上述之待加工物。放電加工技術採用兩個電極,其中一個電極稱為工具電極,或稱為放電電極,另一個電極則稱為工件電極,連接上述之待加工物。在放電加工的過程中,放電電極和工件電極間不會有實際的接觸。
當兩個電極間的電位差增大時,兩電極之間的電場亦會增大,直到電場強度高過介電強度,此時會發生介電崩潰,電流流過兩電極,並熔融去除部分材料。當電流停止時,新的介電材料會流到電極間的電場,排除上述的部分材料,並重新提供介電質絕緣效果。在電流流過之後,兩電極間的電位差會回到介電崩潰之前,如此可以重複進行新一次的介電崩潰。由於上述的放電過程會去除待加工物的部分材料,導致電極與待加工物之間的間隔距離變大, 當間隔持續增大至電場強度低於介電強度時,將會造成無法放電的狀況,亦即導致放電加工程序中斷。因此,在放電加工的進給過程中,需要不斷地即時調整(縮小或增加)上述的間隔距離。然而,現實技術中並無法直接測量上述的間隔距離,僅能靠操作人員的經驗針對各種待加工物進行間隔距離的調整。
現有放電加工技術所形成的切割面的粗糙度不佳,切割面上具有相當多表面裂縫,甚至會沿著非切割方向延伸,導致非預期方向的破裂效果。此外,現有的放電加工技術在進行例如晶錠切割時,必須使用夾持器具夾持晶錠的周緣,亦即徑向夾持晶錠的側邊,以防止滾動或位移。然而,傳統技術僅能切割暴露在夾持器具外側的晶錠,無法切割夾持器具與晶錠重疊之區域,所以傳統技術需要停機並重新調整位置後,才能再次切割。
而且,在傳統晶錠切割技術中,由於切割下來的晶圓厚度相當薄,因此傳統晶錠切割技術中常產生晶圓破裂現象。此外,在傳統放電加工技術中,放電電極容易沾黏殘渣,導致放電不均勻(如,放電停止或局部電流過大),甚至容易造成電極及待加工物損傷。
有鑑於此,本創作之一目的就是在提供一種放電加工裝置,以解決上述傳統技術的許多問題。
為達前述目的,本創作提出一種放電加工裝置,用以對至少一待加工物進行一放電加工程序,包含:至少一載台,用以承載該待加工物,該待加工物定義有至少一加工目標區;以及至少一放電加工單元,包含至少一放電電極及一供電單元,其中該供電單元係以一放電頻率提供一放電能量給該放電 電極,該放電加工單元係經由該放電電極以至少一加工參數對該載台所承載之該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序,其中該放電加工單元係依據該放電加工程序之一放電過程中之該放電頻率或該放電能量之變化狀態對應地調整一實際輸出能量值,使得該放電加工程序維持在一目標加工狀態。
其中,該放電加工單元係經由調整該供電單元所提供之該放電頻率及/或該放電能量,藉以在進行該放電加工程序時即時調整該實際輸出能量值,使得該放電加工程序維持在該目標加工狀態。
其中,該放電加工單元係經由調整該加工參數藉以對應地即時調整該實際輸出能量值。
其中,該放電加工單元係依據該待加工物之一內在或外在特徵對應地調整該加工參數,藉以使得該放電加工程序維持在該目標加工狀態。
其中,該加工參數之種類為複數個,且該放電加工程序係從該些加工參數之該些種類中選擇至少一者進行調整,藉以使得該放電加工程序維持在該目標加工狀態。
其中,該目標加工狀態選自於由該待加工物之切割速度、材料去除率、材料耗損率與表面粗糙度以及該放電電極之斷線頻率所組成之族群。
其中,該放電加工單元係於一預設溫度對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序,且該預設溫度為小於或等於攝氏100度。
其中,該放電加工單元係於一溫度區間對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序,其中該待加工物於該溫度區間具有實質最低之一電阻率。
其中,該放電加工單元係於一水溶液中對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序。
其中,該待加工物為半導體材料。
其中,該載台更包含至少一夾持件,該夾持件為一狹縫結構,該夾持件係徑向或軸向對該待加工物施力以固定該待加工物。
其中,該狹縫結構之狹縫之型態係選自於由無開口封閉型、單邊開口型及雙邊開口型所組成之族群。
其中,該夾持件為固定式或可拆卸式之單側鎖附結構或雙側鎖附結構,用以夾固該待加工物。
其中,該狹縫結構具有一或複數個狹縫,且每一該複數個狹縫具有相同或不同的跨距。
其中,該狹縫結構具有一或複數個狹縫,且每兩相鄰之該複數個狹縫之間距為相同或不同。
其中,該狹縫結構具有至少一狹縫,且該狹縫具有非等距式跨距或可調式跨距。
其中,該狹縫結構具有複數個狹縫,且該複數個狹縫中至少兩狹縫為彼此連通。
其中,該夾持件與該待加工物之間係經由導體或絕緣體局部連接或黏接。
其中,該導體或該絕緣體為固體介質、軟質介質或黏膠。
其中,該放電加工裝置更包含一排渣單元,用以提供至少一外力排除該放電電極對該待加工物進行該放電加工程序時所產生之殘渣。
其中,該外力係選自於由氣流、水流、超音波震盪、壓電震盪、吸力及磁力所組成之族群之一者或複數者。
其中,該排渣單元更包含一導引結構,用以導引該外力至該放電電極對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序之一加工溝槽上。
其中,該導引結構係手動式或自動式伴隨進行該放電加工程序之該放電電極改變導引該外力之位置或角度,藉以將該外力導引至該放電電極當前進行該放電加工程序之該待加工物之該加工溝槽之一放電加工位置上。
其中,該導引結構係伴隨該放電電極在該待加工物之該加工目標區之該加工溝槽中移動位置,藉以同步填充式移動至該加工目標區之該加工溝槽上已完成該放電加工程序之一放電加工位置上。
其中,該導引結構係一外封式擋板,用以覆蓋該待加工物之該加工目標區上尚未進行該放電加工程序之一區域,且伴隨該放電電極同步移動位置。
其中,該導引結構為一指叉式結構對應於該待加工物之該加工目標區上之該加工溝槽。
其中,該導引結構係搭配一伸縮機構,藉以自動伴隨該放電電極同步移動以導引該外力。
其中,該導引結構係搭配一感測元件,用以依據該感測元件之一感測結果調整導引效果。
其中,該放電加工裝置更包含一控溫單元,藉以於進行該放電加工程序時提供熱源及/或冷源給該待加工物。
其中,該熱源為紅外線、微波或電熱器。
其中,該冷源為搭配防凍劑使用,藉以避免該放電加工單元之一加工環境產生結凍現象。
其中,該控溫單元具有一溫度感測器,藉以判斷該待加工物之一加工環境是否達到一目標溫度,以便將該加工環境維持在該目標溫度。
其中,該放電加工單元之一加工環境中係添加有臭氧或氣泡,藉由氧化、軟化或爆裂方式以提升加工效率。
其中,該放電電極之材質係選自於由銅(Copper)、黃銅(Brass)、鉬(Molybdenum)、鎢(Tungsten)、石墨(Graphite)、鋼(Steel)、鋁(Aluminum)、鋅(Zinc)、鎳(nickel)及鑽石所組成之族群。
其中,該放電電極之內部為一金屬層,且該放電電極具有一介電材料層或一鑽石層包覆於該金屬層之外圍。
其中,在該放電加工程序之該放電過程中,該放電電極係作為一電容感測元件,用以提供一感測電容值。
其中,當該放電電極與該待加工物之至少一者之數量為複數個時,該放電加工程序係對應地具有複數個加工進給速度,且該放電加工單元係以該複數個加工進給速度中最慢之一者作為一共同加工進給速度。
其中,該載台為移動式載台,且該載台係以該共同加工進給速度作為移動速度。
其中,該放電電極之數量為複數個,各該複數個放電電極具有獨立控制之加工進給速度。
其中,該放電電極與該待加工物之數量皆為複數個,該複數個放電電極係對相同或不同的該待加工物進行該放電加工程序。
其中,該放電加工單元更包含一絕緣套,該絕緣套係套設於該放電電極之外側且暴露出該放電電極於一加工進給方向上之至少一表面,藉以使用該表面作為該放電電極進行該放電過程時之一放電表面。
其中,該放電電極所暴露出之該放電表面在進行該放電過程時所形成之一放電區域係實質大於該絕緣套之橫斷面。
其中,該絕緣套與該放電電極於該放電加工程序之一加工進給方向上之相對位置係呈固定,該絕緣套與該放電電極於該放電電極之一張力方向上之相對位置係呈移動。
其中,該絕緣套包含一底板及兩側壁,該兩側壁位於該底板之兩端以組成一容槽,該容槽之內部形成一容室,用以容納該放電電極,且該容槽具有一開口連通至該容室,用以暴露出位於該容室中之該放電電極之該放電表面。
其中,該絕緣套係沿著該放電電極之一張力方向套設於該放電電極之外側,且該絕緣套具有一或複數個缺口,用以在該放電加工程序中提供排水及排屑功能。
其中,該載台更包含至少一夾持件,該夾持件之一夾持面與該待加工物之一輪廓之間的一共形程度係對應地依據該夾持件與該待加工物之間的一夾持程度而變化,以對應地改變該夾持件之該夾持面與該待加工物之該輪廓之一貼附程度。
其中,該放電加工單元之該供電單元為整合式或分離式配置於該放電加工裝置上,用以供應該放電能量之一電源給該待加工物。
其中,更包含一非破壞性檢測裝置,用以檢測進行該放電加工程序之前、當中或之後之該待加工物。
其中,該放電加工單元更包含一振動量測單元,用於量測該放電電極的振動值。
其中,該放電加工單元更包含一張力量測單元,用於量測該放電電極的張力值。
承上所述,依本創作之放電加工裝置具有以下優點與功效:
(1)、依據放電過程中之放電頻率或放電能量的變化狀態對應調整放電過程之實際放電能量值,可使得放電加工程序維持在預定之目標加工狀態。
(2)、排渣單元可提供外力輔助去除殘留在加工溝槽中之殘渣。
(3)、導引結構可將排渣單元所提供之外力正確地導引至當前進行放電加工程序之放電加工位置上。
(4)、放電電極可作為電容感測元件,藉以即時提供感測電容值作為放電回饋的信號。
(5)、絕緣套包覆放電電極且暴露出放電電極於加工進給方向上的放電表面,可降低切口損失(kerf loss),還可提高放電加工精密度,故可有效改善傳統放電電極及待加工物容易產生非預期損傷之問題。
(6)、絕緣套包覆放電電極可讓放電電極較不抖動,也可增強排渣用之外力(如水流或氣流),以達成排屑效果。絕緣套可使切割後之待加工物(如晶圓)較不抖動,減少破片風險。而且,絕緣套可利用排渣用之外力(如水流或氣流)降低絕緣套與放電電極間之摩擦力,以避免放電電極受損。此外,絕緣套還可以同時提供局部加熱之功效。
(7)、絕緣套具有缺口,不僅可改善放電電極的放電加工效果,還可同時提供排渣功能。
(8)、夾持件具有狹縫結構可穩固夾持待加工物,且可有效解決傳統放電加工技術無法切割夾持件與待加工物重疊區域之問題,且藉由鎖附結構還可達到拆裝及調整之功效。
(9)、夾持件可經由緩衝構件連接或黏接待加工物,可有效避免傳統晶錠切割技術中常產生的晶圓破裂現象。
茲為使鈞審對本創作的技術特徵及所能達到的技術功效有更進一步的瞭解與認識,謹佐以較佳的實施例及配合詳細的說明如後。
10:放電加工裝置
20:載台
21:承載板
23a:第一抵接元件
23b:第二抵接元件
24:夾持件
25:狹縫
25a:輔助孔
27:墊片
29:緩衝構件
30:放電加工單元
32:放電電極
32a:導電材質層
32b:金屬層
32c:鑽石層
32d:介電材料層
32e:放電表面
33:控溫單元
34:供電單元
35:溫度感測器
36:治具
38:張力量測單元
39:振動量測單元
40:承載構件
41:槽體
50:固持構件
64:排渣單元
64a:推力產生裝置
64b:吸力產生裝置
66:導引結構
68:伸縮機構
69:感測元件
80:非破壞性檢測裝置
100:待加工物
110:加工目標區
120:加工溝槽
123a:第一抵接部
123b:第二抵接部
125:導槽
132:絕緣套
132a:底板
132b:側壁
132c:容槽
132d:開口
134:缺口
240:鎖附結構
242:螺栓
244:螺帽
A:側邊
B:放電區段
D:跨距
P1:電源
F、X、Y:方向
F2:外力
F21:推力
F22:吸力
R:放電區域
r:橫斷面
圖1為本創作之放電加工裝置之前視示意圖,其係顯示載台經由承載板承載待加工物。
圖2為本創作之放電加工裝置之前視示意圖,其係顯示載台經由夾持件承載待加工物。
圖3為本創作之放電加工裝置之上視示意圖,其係顯示載台經由夾持件承載待加工物,圖3(A)及圖3(B)顯示墊片的厚度不同可對應地調整狹縫之跨距。
圖4為本創作之放電加工裝置之放電電極之剖面示意圖,其中圖4(A)顯示放電電極由金屬層組成,圖4(B)顯示放電電極由金屬層及鑽石層組成,圖4(C)顯示放電電極由金屬層及介電材料層組成。
圖5為本創作之放電加工裝置之放電電極包覆有絕緣套之上視示意圖,圖5(A)及圖5(C)顯示尚未形成加工溝槽,圖5(B)顯示已形成加工溝槽。
圖6為本創作之放電加工裝置之放電電極包覆有絕緣套之前視示意圖,圖6(A)及圖6(C)顯示尚未形成加工溝槽,圖6(B)顯示已形成加工溝槽。
圖7為本創作之放電加工裝置於槽體中進行放電加工程序之上視示意圖。
圖8為本創作之放電加工裝置之狹縫結構之狹縫為彼此連通之上視示意圖。
圖9為本創作之放電加工裝置之狹縫結構之狹縫型態為無開口封閉型之上視示意圖,其中圖9(B)相較於圖9(A)更具有輔助孔。
圖10為本創作之放電加工裝置之狹縫結構之狹縫型態為單邊開口型之上視示意圖,其中圖10(A)、圖10(B)及圖10(C)分別為夾持件位於載台上方與側邊之態樣。
圖11為本創作之放電加工裝置之狹縫結構之狹縫具有導槽之上視示意圖,其中圖11(A)、圖11(B)及圖11(C)分別為夾持件位於載台上方與側邊之態樣。
圖12為本創作之放電加工裝置之夾持件為單側鎖附結構之前視示意圖,其中圖12(A)與圖12(B)分別為夾持件之兩種態樣。
圖13為本創作之放電加工裝置之夾持件使用緩衝構件間接夾持待加工物之前視示意圖。
圖14為本創作之放電加工裝置之夾持件夾持待加工物之側視示意圖,其中圖14(A)顯示夾持件直接夾持待加工物,圖14(B)顯示夾持件間接夾持待加工物。
圖15為本創作之放電加工裝置具有排渣單元之前視示意圖。
圖16為本創作之放電加工裝置之排渣單元進行排渣動作之前視示意圖,其中圖16(A)及圖16(B)顯示排渣單元使用不同排渣態樣進行排渣動作。
圖17為本創作之放電加工裝置之排渣單元具有導引結構之前視示意圖。
圖18為本創作之放電加工裝置之導引結構為外封式擋板之前視示意圖。
圖19為本創作之放電加工裝置之導引結構為指叉式結構之前視示意圖。
圖20為本創作之放電加工裝置之導引結構為弧形結構之前視示意圖。
圖21為本創作之放電加工裝置之導引結構搭配伸縮機構進行導引動作之前視示意圖。
圖22為本創作之放電加工裝置之導引結構搭配感測元件進行排渣偵測之前視示意圖。
為利瞭解本創作之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效,茲將本創作配合圖式,並以實施例之表達形式詳細說明如下,而其中所使用之 圖式,其主旨僅為示意及輔助說明書之用,未必為本創作實施後之真實比例與精準配置,故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本創作於實際實施上的權利範圍。此外,為使便於理解,下述實施例中的相同元件係以相同的符號標示來說明。
另外,在全篇說明書與申請專利範圍所使用的用詞,除有特別註明外,通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露的內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本創作的用詞將於下或在此說明書的別處討論,以提供本領域技術人員在有關本創作的描述上額外的引導。
關於本文中如使用“第一”、“第二”、“第三”等,並非特別指稱次序或順位的意思,亦非用以限定本創作,其僅僅是為了區別以相同技術用語描述的組件或操作而已。
其次,在本文中如使用用詞“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等,其均為開放性的用語,即意指包含但不限於。
本創作係提出一種放電加工裝置與方法,用以對至少一待加工物進行放電加工程序。在本創作中,此放電加工裝置與方法藉由改善放電加工單元可使得放電加工程序維持在預定之目標加工狀態。例如,放電加工單元可依據放電加工程序之放電過程中之放電頻率或放電能量的變化狀態,而即時對應調整放電過程之實際放電能量。本創作可藉由智慧化調整放電能量(如,實際輸出能量),可使得放電加工程序維持在預定之目標加工狀態(如,維持切割速度、維持最大材料去除率(Material removal rate,MRR)、維持無斷線、維持預定的表面粗糙度、維持預定的斷線頻率或其他狀態等)。此外,本創作之放電加工裝置 與方法另外藉由改良放電加工單元與載台之結構設計以進一步改善放電加工效率。
圖1為本創作之放電加工裝置之前視示意圖,其係顯示載台經由承載板承載待加工物。圖2為本創作之放電加工裝置之前視示意圖,其係顯示載台經由夾持件承載待加工物。圖3為本創作之放電加工裝置之上視示意圖,其係顯示載台經由夾持件承載待加工物。請同時參閱圖1至圖3,本創作之放電加工裝置10包含至少一載台20以及至少一放電加工單元30。載台20用以承載至少一待加工物100。本創作之載台20為位置固定式載台,或者為可移動或可轉動之運動式載台,其中本創作之載台20可選擇性具有承載板21(如圖1所舉例),或選擇性省略承載板(如圖2及3所舉例)。上述載台20之型態僅為示例,並非用以侷限本發明。
上述之待加工物100可為任何導體或半導體材料,例如晶錠或晶圓等,甚至可為任何適合進行放電加工之材料,且其外形例如為圓柱狀等塊狀物或者是片狀物。待加工物100定義有至少一加工目標區110,例如單個或複數個加工目標區110。以半導體材料為例,待加工物100例如由選自於由矽、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵及碳化矽所組成之族群之半導體材料所組成。以複數個加工目標區110為例,這些加工目標區110選擇性位於待加工物100中任何適合加工之位置上。這些加工目標區110之間距對應地定義出(例如相同於)待加工物100之切割厚度、薄化厚度或切割間距等,其數值依據實際製程需求而調整,故不侷限於彼此相等或不相等。
請接續參閱圖1至圖3,放電加工單元30包含至少一放電電極32及至少一供電單元34。放電加工單元30之放電電極32為沿著第二方向Y延伸,使得 放電電極32之放電區段B平行於第二方向Y,其中第二方向Y分別垂直於第一方向X與加工進給方向F。放電電極32之放電區段B與待加工物100之加工目標區110為呈往復式或循環式相對移動(例如,沿著圖1至圖3所示之第二方向Y產生相對位移),用以沿著加工進給方向F以放電電極32對載台20上之待加工物100之加工目標區110進行放電加工程序。放電加工單元30之供電單元34在放電加工程序中提供放電能量之電源P1予放電電極32及待加工物100,用以經由位於放電區段B中之放電電極32施加放電能量予待加工物100之加工目標區110。其中,供電單元34可為一組電源輸出或複數組電源輸出,用以供應上述之電源P1。供電單元34亦可為串聯式或並聯式電性連接放電電極32,只要可經由放電電極32施加放電能量於待加工物100之加工目標區110,即可適用於本創作中。此外,在本創作中,放電加工單元30之供電單元34可例如為整合(一體)式或者是分離(拆卸)式配置於放電加工裝置10上以供應電源P1給待加工物100。舉例而言,載台20(及/或,連同其上之夾持件24)與供電單元34之配置可例如為整合(一體)式或分離(拆卸)式設計,其中載台20上亦可選擇性具有承載板21。換言之,在載台20連同其上之夾持件24承載及夾持待加工物100時,可直接經由與載台20(及/或,連同其上之夾持件24)整合(一體)式配置之供電單元34供應上述之電源P1給待加工物100。或者是,先承載及夾持待加工物100,再透過分離(拆卸)式配置之供電單元34,另外供應上述之電源P1給待加工物100。
放電加工單元30之供電單元34係以一放電頻率提供一放電能量給放電電極32,藉以使得放電加工單元30可經由放電電極32以至少一加工參數沿著一加工進給方向F對載台20上之待加工物100之加工目標區110進行放電加工程序,例如對待加工物100的加工目標區110進行切割(Cutting)、薄化(Thinning) 及/或磨拋(Electric Discharge Grinding,EDG)等放電加工程序。本創作不侷限於載台20帶動待加工物100朝向放電加工單元30的放電電極32移動或是放電加工單元30驅使放電電極32朝向待加工物100移動,只要放電加工(EDM)單元30之放電電極32與載台20上之待加工物100能夠沿著加工進給方向F進行相對運動,即可適用於本創作中。其中,本創作之放電加工單元30具有處理控制組件(如,處理器)(未繪示),藉以例如經由伺服機構(如,步進馬達)(未繪示)驅動載台20移動或驅使放電電極32朝向待加工物100移動。由於放電加工單元30具有處理控制組件及經由伺服機構進行驅動載台20或放電電極32屬於習知技術,且本創作所屬技術領域中具有通常知識者依據本創作揭示內容,應當可明瞭放電加工單元30如何具備處理控制組件及搭配伺服機構進行運作,故此處不另贅述。
在放電加工程序之放電過程中,當放電電極32的結構或待加工物100的材料去除率等加工狀態產生變化,例如放電電極32斷線前或者是材料去除率變小的時候,放電加工程序之放電過程中之放電頻率或放電能量(如,單位時間的放電頻率或放電能量)將會產生變化,其原理在於當放電電極32斷線前或當材料去除率變小的時候(例如,待加工物100當下被切割的位置的材質較硬或導電度較低時),會導致正常(normal)放電頻率降低,電弧(arcing)放電頻率增加。上述之放電頻率或放電能量之變化例如為放電頻率或放電能量之變化量超過預定之臨界值(threshold value),或者是放電頻率或放電能量之變化呈現一趨勢,例如越來越低、越來越高、陡升或陡降等趨勢,或者正常放電與電弧放電的比例超過預定的臨界值等變化。
詳言之,本創作依據放電加工程序之放電過程中之放電頻率或放電能量(如,單位時間的放電頻率或放電能量)的變化狀態,例如量測或計算放電 頻率或放電能量之變化量是否超過預定之臨界值(Threshold Value),若超過,則代表放電加工程序之加工狀態(如,切割速度、材料去除率、放電電極完整度或表面粗糙度等)開始產生變化。由於放電加工程序之加工參數及待加工物的內在特徵及外在特徵會影響上述之放電頻率或放電能量之變化程度,因此本創作可藉由多種調整方案即時調整加工參數所對應之實際輸出能量值(如,單位時間的實際輸出能量值)可使得放電加工程序維持在預定之目標加工狀態(即,避免加工狀態持續產生變化),例如維持預定之材料去除率(MRR)、維持無斷線、維持預定的表面粗糙度、維持預定的斷線頻率或其他狀態等。由於本創作可藉由習知放電加工技術量測或計算放電頻率或放電能量,且本創作所屬技術領域中具有通常知識者依據本創作揭示內容,應當明瞭如何運用現有放電加工技術量測或計算得到放電頻率或放電能量之變化狀態,故此處不另贅述量測或計算放電頻率或放電能量之理論基礎及其量測及計算方式。
在第一種調整方案中,本創作之放電加工單元30係經由調整供電單元34所提供之放電頻率及/或放電能量等加工參數,藉以在進行放電加工程序時對應地即時調整此加工參數所對應之實際輸出能量值,使得放電加工程序維持在預定之目標加工狀態。其中,本創作可例如藉由調整電壓以調整放電能量。在第二種調整方案中,本創作之放電加工單元30係經由調整放電頻率及/或放電能量以外之其他加工參數,例如調整加工參數之數值,而即時調整實際輸出能量值。例如,將第一加工參數數值調整為第二加工參數數值,藉以將對應於第一加工參數數值之實際輸出能量值調整為對應於第二加工參數數值之實際輸出能量值。第三種調整方案則為結合第一種調整方案與第二種調整方案,意即同時調整放電頻率及/或放電能量以及將其他加工參數之第一加工參數數值調整為 第二加工參數數值,藉以對應地即時調整實際輸出能量值。本創作之加工參數之種類包含位向參數、放電電性參數、排渣(Debris Removal)參數及移動、張力參數及振動參數中之一者或複數者。位向參數例如為放電電極與待加工物相對之加工之方向。放電電性參數例如包含放電頻率及放電能量,還可例如包含峰值電流(放電時在放電電極之兩極間通過的最大電流)、待加工物與放電電極遠離時的電壓、放電脈衝持續時間、放電脈衝休止時間以及放電間隙對應的間隙電壓中之一種或多種。排渣參數係包含提供於放電電極上之排渣液之流速,排渣液則例如為水,較佳為去離子水,且排渣液例如為提供於放電電極之兩端點間。移動與張力參數係包含放電電極之移動速度、放電電極之張力及放電電極之振動中之一或複數者。此外,本創作之加工參數亦可選擇性包含上述一或多種加工參數之回授調整速度。舉例而言,本創作可根據不同的待加工物100依據複數種加工參數進行放電加工程序所對應得到的加工狀態進行數據分析,藉以得到影響不同的待加工物100的加工狀態的加工參數。上述之不同的待加工物100係例如包含內在特徵(如,摻雜濃度、電阻率、缺陷或瑕疵)或外在特徵(如,厚度)等差異,例如不同摻雜濃度或電阻率的待加工物,或是不同厚度的待加工物。除此之外,本創作亦可選擇性將上述待加工物的內在特徵與外在特徵、加工參數之數值與種類、加工狀態、放電頻率、放電能量與實際輸出能量值之對應關係製作成一對應關係表。藉此,本創作可根據所需之目標結果(即,目標加工狀態),從上述之對應關係表中選擇最佳的加工參數之數值或種類進行調整。簡言之,本創作可依據對應關係表從多個加工參數之數值與種類中選擇至少一者進行調整,藉以使得放電加工程序維持在目標加工狀態。上述之加工狀態例如為選自於由待加工物100的切割速度、材料去除率、材料耗損率與表面粗糙度及放 電電極32之斷線頻率所組成之族群。除此之外,本創作亦可選擇性對待加工物100進行非破壞性檢測步驟,藉此可獲得上述之內在特徵。以上述之內在特徵為瑕疵或缺陷為例,本創作在對待加工物100進行放電加工程序(如,切割)之前、當中或之後,可選擇性以非破壞性檢測裝置80,如超音波檢測裝置、X光檢測裝置或紅外線檢測裝置對待加工物100進行非破壞性檢測步驟,可檢測切割前、切割中或切割後之待加工物100(如,晶錠或晶圓)內部之狀態,例如缺陷或瑕疵之位置或程度,以便進行對應調整,甚至可將上述檢測結果回饋放電加工裝置,藉以搭配此非破壞性檢測及上述之一或多種加工參數以獲得最佳加工參數。
請接續參閱圖1至圖3,在第一實施例中,本創作之放電加工單元30之放電電極32之兩側邊A係抵靠在治具36上。治具36例如由至少兩承載構件40及至少兩固持構件50分別對應組接而成,但不侷限於此。放電電極32之兩側邊A分別活動式或固定式抵靠於兩承載構件40上,使得放電電極32之放電區段B呈懸空狀態,藉以經由放電區段B對待加工物100的加工目標區110進行放電加工程序。固持構件50為可拆卸式或固定式穩固地組接承載構件40,治具36例如經由固持構件50連接一運動機構(如,步進馬達)(未繪示)上,其中此運動機構為能夠使得治具36進行轉動或移動等運動,其中放電加工單元30亦可例如經由處理控制組件驅使此運動機構搭配上述之伺服機構進行運作,藉以共同使得放電電極32沿著張力方向(Y軸)往復或循環移動,以及沿著加工進給方向(F軸)前後移動。本創作之放電加工單元30之放電電極32可例如為具有固定之張力值,或者亦可例如為具有可調整之張力值,例如藉由上述之運動機構(未繪示)使得兩治具36產生相對位移,例如朝向彼此靠近或彼此遠離的方向運動,進而調整放電電極32之張力值。其中,本創作之放電加工單元30可選擇性具有張力量測單元38,用 以量測放電電極32之張力值。張力量測單元38可例如為習知已商品化之張力計,故此處不另贅述。此外,本創作還可選擇性具有振動量測單元39,用於量測放電電極32的振動值。
放電電極32之外形例如為線狀、片狀或其他各種形狀。放電電極32之數量例如為一個或複數個,待加工物100之數量亦可例如為一個或複數個。在這些放電電極32中,各個放電電極32可選擇性具有獨立控制之加工進給速度,各個放電電極32之收放線組(如,治具36)可為各自獨立或共用。因此,在本創作中,一個或多個放電電極32可選擇性例如分別對相同或不同的一個或多個待加工物100進行放電加工程序,亦即可針對相同或不同的待加工物100上的一個或多個加工目標區110進行放電加工程序。當一個或多個放電電極32分別對相同或不同的一個或多個待加工物100進行放電加工程序時,放電加工程序將對應地具有複數個加工進給速度,因此本創作之放電加工單元30可選擇性例如以這些加工進給速度中最慢之一者作為共同加工進給速度。藉此,這些放電電極32可具有共同之加工進給速度。換言之,當多個放電電極32對同一待加工物100加工時,整體之加工進給速度由最慢之一者決定。同理,由於待加工物100係承載於載台20上,且載台20若為移動式載台,則載台20係以上述之共同加工進給速度作為移動速度。惟,上述僅為舉例,並非用以限定本創作,本創作在進行放電加工程序時,這些放電電極32亦可選擇性具有獨立控制之加工進給速度,藉此這些放電電極32可具有各自之加工進給速度。
如圖4(A)所示,本創作之放電電極32可由導電材質層32a組成,其中導電材質層32a之材質係例如為選自於由銅(Copper)、黃銅(Brass)、鉬(Molybdenum)、鎢(Tungsten)、石墨(Graphite)、鋼(Steel)、鋁(Aluminum)、鋅(Zinc)、 鎳(nickel)及鑽石所組成之族群。或者是,如圖4(B)所示,放電電極32之內部例如為金屬層32b,且具有鑽石層32c包覆於金屬層32b之外圍,藉此可在放電過程中同時達到磨拋(即,邊放電邊磨拋)的效果。或者是,如圖4(C)所示,放電電極32之內部例如為金屬層32b,且具有介電材料層32d包覆於金屬層32b之外圍,所以放電電極32可在放電過程中作為電容感測元件,藉由即時偵測放電過程中的電容變化,可提供感測電容值作為放電回饋的信號。上述之介電材料層32d之材質例如為陶瓷或鐵氟龍,但不限於上述舉例。上述之金屬層32b之材質係例如為選自於由銅(Copper)、黃銅(Brass)、鉬(Molybdenum)、鎢(Tungsten)、鋼(Steel)、鋁(Aluminum)、鋅(Zinc)及鎳(nickel)所組成之族群。放電電極32的厚度小於約300μm,厚度範圍較佳為約30μm至約300μm。
除此之外,如圖5至圖6所示,圖5(A)、圖5(C)、圖6(A)及圖6(C)代表放電電極32尚未在待加工物100上形成加工溝槽120,而圖5(B)及圖6(B)代表放電電極32已經在待加工物100上形成加工溝槽120。本創作之放電加工單元30選擇性包含絕緣套132,絕緣套132係由電性絕緣材質組成。本創作之絕緣套132係沿著放電電極32之張力方向(即,Y軸方向)套設於放電電極32之外側。此絕緣套132不限於固定式或活動式套設於放電電極32之外側,藉此絕緣套132與放電電極32在張力方向之相對位置可視需求而為固定或相對移動。絕緣套132暴露出放電電極32於放電加工程序之加工進給方向F上之至少一表面,藉以使得上述之表面可作為放電電極32進行放電加工程序之放電過程時之放電表面32e。其中,絕緣套132部分包覆放電電極32,但較佳為僅暴露出放電電極32於放電加工程序之加工進給方向F上之表面。本創作使用絕緣套132包覆放電電極32的周緣(即,加工進給方向F以外的表面),目的是減少切口損失(kerf loss,或稱材料加工損耗) 可有效改善傳統放電電極32及待加工物100容易產生非預期損傷之問題。在本創作中,放電電極32所暴露出之放電表面32e在進行放電過程時所形成之放電區域R係實質大於絕緣套132之橫斷面r,藉此放電電極32及絕緣套132均可進入加工溝槽120中,意即放電區域R僅需約略大於絕緣套132之橫斷面r即可適用於本創作中。換言之,本創作可提高放電加工之精密度且能避免傳統放電電極32及待加工物100容易產生非預期損傷之問題。舉例而言,絕緣套132例如包含底板132a及兩側壁132b,此絕緣套132例如為經由底板132a設置於治具36或載台20(如圖2所示)上,或者設置在待加工物100之周圍環境上。兩側壁132b位於底板132a之兩端以組成容槽132c,其中容槽132c之兩端為開口端,容槽132c之內部形成容室,用以容納放電電極32,且容槽132c具有開口132d連通至容室,絕緣套132經由開口132d暴露出位於容室中之放電電極32之放電表面32e。在一種態樣中,絕緣套132與放電電極32於放電加工程序之加工進給方向F上之相對位置例如為呈固定,絕緣套132與放電電極32於放電電極32之張力方向上之相對位置例如為呈移動。簡言之,放電電極32係活動式套接在絕緣套132中,絕緣套132與放電電極32均沿著加工進給方向F(如,縱向位移)移動,但只有放電電極32進行左右位移,而絕緣套132則未進行左右位移。然而,本創作不限於此,在另一種態樣中,絕緣套132與放電電極32於放電加工程序之加工進給方向F以及放電電極32之張力方向上之相對位置均例如為呈固定。此外,絕緣套132雖較佳為僅暴露出放電電極32在加工進給方向F上之表面,但本創作不限於此。舉例而言,本創作之絕緣套132選擇性具有一或複數個缺口134(如圖6(A)、圖6(B)、圖6(C)所示),例如為多個微孔位在側壁132b上,且容槽132c可經由這些缺口134連通至外部,用以在放電加工程序中提供排渣(如,排水或排屑)功能。這些缺口的設置用途在於排放 殘渣或水流(即圖17中所述之排渣單元64所產生之外力F2),且使其遠離放電電極32,因此並不受限於特定方位、位置、尺寸或數量,只要使得絕緣套132能夠同時保護放電電極32及提供排渣功能,均可適用於本創作中。
請再次參閱圖1至圖3及圖7,本創作之放電加工單元30除了可以在氣態流體環境或真空環境等乾式加工環境中乾式放電加工待加工物100,還可以將待加工物100浸泡在槽體41的液體中或是將液體噴灑在待加工物100上,藉以在濕式加工環境中濕式放電加工待加工物100,上述之液體例如為水溶液或電解液。詳言之,本創作之放電加工單元30可例如在水溶液或電解液等液體中對待加工物100之加工目標區110進行放電加工程序。以液體為電解液為例,放電電極32電性連接供電單元34(如圖1所示)之陰極,待加工物100電性連接供電單元34之陽極,因此在進行放電加工程序的過程中,可同時產生電解反應。本創作藉由電解反應之陰極保護(cathodic protection)現象,可避免放電電極32的金屬成分在放電加工程序中溶解於電解液中,故可減少放電電極32產生斷裂現象。電解反應可使電解液中的水在待加工物100之加工目標區110上產生氫氣,氫氣氣泡的產生有助於排除加工溝槽120中的殘渣,提升待加工物100之清洗效果。而且,藉由相同電性會互相相斥的原理,可避免同樣帶負電之殘渣沾黏在放電電極32或加工溝槽120中。
本創作之放電加工單元30可進行放電加工程序之溫度區間例如為小於或等於約攝氏100度,意即,本創作之放電加工單元30可進行放電加工程序之預設溫度為小於或等於約攝氏100度之任一溫度值。舉例而言,本創作所適用之相對較低之溫度區間例如為從約攝氏0度至約攝氏100度,且例如為從攝氏約22度至攝氏約100度,上述之預設溫度則為此溫度區間中之任一溫度值,例如 室溫。由於本創作進行放電加工程序所需的加工環境溫度最高不超過攝氏100度,因此本創作甚至可使用具有水溶液之槽體41等加工環境進行放電加工程序,無須使用傳統的高溫油溶液,故可大幅節省能源消耗及提升便利性。此外,本創作之放電加工單元30更選擇性包含控溫單元33,用以於進行放電加工程序時提供熱源及/或冷源。其中,熱源及/或冷源可例如直接調整待加工物100之溫度,或是間接經由夾持件24(如圖2所示)、導引結構66(如圖17所示)、載台(如圖2所示)、放電電極32(如圖2所示)、承載板(如圖1所示)、絕緣套132(如圖5所示)及/或槽體41中的液體(如圖7所示)等放電加工裝置之各種構件調整待加工物100之溫度,藉此可在上述之溫度區間或預設溫度下對待加工物100進行放電加工程序。控溫單元33可例如包含紅外線、微波或電熱器等可做為升溫元件的熱源,控溫單元33亦可例如包含製冷器等可作為降溫元件的冷源,其中冷源可選擇性為搭配防凍劑使用,藉以避免放電加工單元30之加工環境(如,上述之水溶液)產生結凍現象。此外,控溫單元33例如具有溫度感測器35,控溫單元33可藉由溫度感測器35偵測待加工物100之加工環境是否達到目標溫度(如,上述之溫度區間或預設溫度),以便將此加工環境維持在此目標溫度。除此之外,為了更進一步提升加工效率,本創作還可在放電加工單元30之加工環境(如,上述之水溶液)中係添加臭氧(如,氣態或液態)或氣泡(如,微氣泡),藉由氧化、軟化或爆裂(如,內爆)方式,不僅可提高放電加工速度及改善放電加工品質,還有助於清除放電電極32表面生成的碳化物或殘留物,進而減少放電電極磨損。
此外,如圖2及圖3所示,本創作之放電加工裝置10之載台20選擇性包含至少一夾持件24,夾持件24係徑向(如圖2及圖3所示)或軸向對待加工物100施力以固定待加工物100。本創作之夾持件24可例如包含第一抵接元件23a及 第二抵接元件23b,其中第一抵接元件23a及第二抵接元件23b分別具有第一抵接部123a及第二抵接部123b,用以分別抵接待加工物100之兩相對側,例如徑向兩相對側。本創作之夾持件24之第一抵接元件23a及第二抵接元件23b之至少一者(如,兩者)具有一個或複數個狹縫25以形成狹縫結構,狹縫25之跨距D例如為實質大於放電電極32之寬度,藉此可供放電電極32經由狹縫25穿入至夾持件24中。當夾持件24夾持待加工物100時,狹縫25係對應地暴露出待加工物100之加工目標區110,且狹縫25之位置對應於加工溝槽120之位置,例如狹縫25與加工溝槽120均沿著加工進給方向F分布。本創作可沿著狹縫25移動放電電極32,以便對夾持件24所夾持之待加工物100之加工目標區110進行放電加工程序,即可在待加工物100之加工目標區110上形成加工溝槽120。第一抵接部123a及第二抵接部123b之外形可為彼此近似、相同或不相同,其可例如為平面狀、弧面狀、曲面狀或其他形狀,且較佳為對應於待加工物100之外形。舉例而言,以待加工物100為圓形晶錠為例,第一抵接元件23a及第二抵接元件23b係分別抵接待加工物100之徑向兩側,且其第一抵接部123a及第二抵接部123b之外型可例如為圓弧狀,且甚至可選擇性為部分或全部共形於(conformal)待加工物100之至少一部分周緣之輪廓,藉此可更佳穩固地夾固待加工物100。此外,本創作之夾持件24貼合待加工物100之程度(或稱,共形於待加工物100之程度)係例如為依據夾持件24與待加工物100之間的夾持程度而對應地變化。舉例而言,夾持件24之夾持面(例如第一抵接部123a及第二抵接部123b之表面)之輪廓係例如為可隨著待加工物100之表面輪廓而對應地變化,藉以隨著夾持程度而對應地調整夾持件24之夾持面與待加工物100之周緣輪廓之共形程度。在一種可行應用範例中,夾持件24之外層為夾持面,且此外層例如為軟質表面層或可撓性表面層等可形變結構或者 為具回復力之可形變結構,夾持件24之內層則為支持件,支持件為不易產生形變之結構,藉此在夾持件24鎖附待加工物100之前、當中及之後,夾持件24對於待加工物100之貼附程度不同,故可依據夾持程度而對應地改變夾持件24之夾持面與待加工物100之輪廓之貼附程度。亦即,當夾持件24完全鎖附待加工物100,則夾持件24之夾持面與待加工物100之輪廓之貼附程度(共形程度)達到最高。
此外,在本創作中,夾持件24之狹縫25之數量可為一個或複數個,其中這些狹縫25可為各自獨立(如圖3所示),或者是至少兩狹縫25為彼此連通(如圖8所示),藉以使得放電電極32可經由此連通設計從其中之一個狹縫25移動至另一個狹縫25,以便對應地形成多個不同位置之加工溝槽120,且無須拆卸夾持件24之結構,也無須重新導入放電電極32。
本創作之夾持件24具有狹縫結構可用以穩固地夾持待加工物100,例如分別夾持待加工物100之上下兩端(如圖2所示),又可供放電電極32穿過狹縫結構之狹縫25且沿著狹縫25之延伸方向對待加工物100進行放電加工程序以形成加工溝槽120,故可避免放電電極32損傷夾持件24。在本創作中,狹縫25之型態係選自於由無開口封閉型(如圖9(A)及圖9(B)所示)、單邊開口型(如圖10(A)及圖10(B)所示)及雙邊開口型(如圖3所示)之族群。其中,以單邊開口型或雙邊開口型為例,本創作之載台20若具有對應之單邊或雙邊開口(如圖10(A)及圖11(A)所示),則有助於放電電極32穿入狹縫25中,惟本創作不限於此,載台20亦可不具有對應之單邊或雙邊開口,或者是本創作之夾持件24亦可例如為位於載台20之側邊(如圖10(B)、圖10(C)、圖11(B)及圖11(C)所示),藉此可方便放電電極32穿入狹縫25中。本創作之狹縫結構並不侷限於特定尺寸、材質、狹縫開口數量或設置方位,只要能夠使得載台20及/或夾持件24於放電加工程序中夾持 待加工物100,即屬於本創作請求保護之範圍。換言之,狹縫結構之狹縫25之跨距及多個狹縫25之間的間距不侷限於彼此相同或不相同。此外,本創作之夾持件24之狹縫25不限於具有等距式跨距,狹縫25亦可選擇性為具有非等距式跨距(如圖11(A)及圖11(B)所示,或如圖9(B)所示),例如同一個狹縫25的端緣(如,穿線端)處之跨距大於此狹縫中間(如,放電加工端)之跨距以形成導槽125,且導槽125之邊緣亦可選擇性設計為外凸圓弧狀(如,圖11(B)所示)或內凹圓弧狀(如,圖11(C)所示),藉此有助於將放電電極32導入夾持件24的狹縫25中。另外,以非等距式跨距為例,本創作之夾持件24(狹縫結構)亦可選擇性具有輔助孔25a連通至狹縫25,其中輔助孔25a例如為位於狹縫25之單側或雙側(如圖9(B)所示)上。藉此,本創作可先使放電電極32穿入輔助孔25a中,再使放電電極32由輔助孔25a移動至狹縫25中,故可更容易地將放電電極32穿入至夾持件24的狹縫25中。本創作之夾持件24之狹縫25不限於具有固定式跨距,狹縫25亦可選擇性為具有可調式跨距。舉例而言,本創作之夾持件24可選擇性具有至少一墊片27(如圖3所示),此墊片27係位於夾持件24的狹縫25中,且分別撐抵狹縫25的兩側壁,因此藉由改變墊片27之厚度可調整狹縫25之跨距(如圖3(A)所示)。由於墊片27之用途在於調整狹縫25之跨距,因此墊片27之長度並無特別限定。惟,墊片27之長度若由第一抵接元件23a延伸至第二抵接元件23b(如圖2所示),則還可額外提供夾持件24整體結構穩定性之功效。
除此之外,在本創作中,夾持件24不限於固定式或可拆卸式位於載台20上。以可拆卸式設計為例,夾持件24之第一抵接元件23a及第二抵接元件23b可例如藉由鎖附結構(Lock-in structure)240彼此可拆卸式連接,其可為單側鎖附結構(如圖12(A)及圖12(B)所示之夾持件24之兩種態樣)或雙側鎖附結構(如圖2 所示),且下方之第二抵接元件23b亦可選擇性例如藉由鎖附結構240(如圖12所示)可拆卸式連接於載台20上。本創作之夾持件24藉由鎖附結構240不僅能夠可拆卸式夾持待加工物100,還可依據待加工物100之尺寸對應地調整夾持件24之夾持口之尺寸。其中,鎖附結構240例如,但不限於,包含螺栓242及螺帽244(如圖2及圖12所示)。本創作之鎖附結構240可依據實際需求替換為任何能夠使得夾持件24夾持可拆卸式待加工物100之結構設計,意即只要能夠達到可拆卸式之效果,即屬於本創作請求保護之範圍。
在本創作中,夾持件24除了可採用直接接觸(如圖2及圖14(A)所示)的方式夾持待加工物100之外,夾持件24亦可採用間接接觸(如圖13及圖14(B)所示)的方式夾持待加工物100。以間接接觸為例,夾持件24係例如經由緩衝構件29局部連接或黏接待加工物100,其中緩衝構件29之材質例如為導體或絕緣體,且其可例如為固體介質、軟質介質或黏膠等。舉例而言,緩衝構件29可例如為導電或不導電之黏膠層,或者是緩衝構件29亦可為導電(如,銅箔)或不導電之軟質墊塊,藉此可同時提供抵靠及緩衝效果。在本創作中,緩衝構件29亦可選擇性固接在夾持件24之第一抵接元件23a及第二抵接元件23b上,或者是緩衝構件29亦可選擇性固接在待加工物100上,或者是緩衝構件29亦可選擇性可拆卸式位在夾持件24之第一抵接元件23a與待加工物100之間以及可拆卸式位在第二抵接元件23b與待加工物100之間。舉例而言,夾持件24係例如以銅箔作為緩衝構件29,藉以透過銅箔(如,約100μm厚)夾持待加工物100(如,晶錠)之部分區域,因此本創作可讓待加工物100準備切割下來的部分區域(如,晶圓)沒有與夾持件24直接接觸,故可有效避免傳統晶錠切割技術中常產生的晶圓破裂現象。
如圖15所示,由於放電電極32對待加工物100進行放電加工程序會產生殘渣,本創作之放電加工單元30選擇性更包含排渣單元64,放電加工單元30對待加工物100進行放電加工程序時,排渣單元64用以提供一或多個外力F2排除放電電極32對待加工物100施加放電能量所產生之殘渣,排渣單元64所產生之外力F2之施加方向或施加位置係調整式對應於待加工物100之外形,藉以使得外力F2之施加方向或施加位置對應於放電電極32之放電區段B。其中,排渣單元64可例如為選自於由氣流產生器、水流產生器、超音波產生器、壓電震盪器、吸力產生元件及磁力產生元件所組成之族群中之一者或多者。外力F2可例如為選自於由氣流、水流、超音波震盪、壓電震盪、吸力及磁力所組成之族群之一者或複數者。排渣單元64不限於設置於治具36或載台20上,甚至可設置於電極32之放電區段B之周圍。如圖15、圖16(A)與圖16(B)所示,以排渣單元64為推力產生裝置64a,例如噴水器等水流產生器或噴氣器等氣流產生器以及/或者吸力產生裝置64b(如,抽水幫浦等)為例,排渣單元64可例如設置於治具36或載台20上,或者設置在待加工物100之周圍環境上,其中推力產生裝置64a及吸力產生裝置64b分別位在待加工物100之兩相對側,且產生兩種不同方向的外力F2(推力F21及吸力F22),推力產生裝置64a及吸力產生裝置64b可分別推動及吸除放電加工程序在放電過程中所產生之殘渣,故可有效改善排除殘渣之效果。其中,吸力產生裝置64b較佳為設在被外力F2推移之殘渣之移動路徑上。而且,本創作不侷限於同時使用推力產生裝置64a及吸力產生裝置64b,意即本創作可單獨使用推力產生裝置64a或吸力產生裝置64b,只要有助於排除殘渣,即屬於本創作請求保護之範圍。
除此之外,如圖17所示,本創作之放電加工單元30之排渣單元64選擇性更包含導引結構66,用以將排渣單元64所產生之外力F2(如,推力)導引至待加工物100之加工目標區110上之加工溝槽120上,藉此可產生輔助排渣之功效。導引結構66可例如設置於治具36或載台20(如圖2所示)上,或者設置在待加工物100之周圍環境上。導引結構66係一種擋板,且例如為外封式擋板(如圖18所示),用以覆蓋待加工物100之加工目標區110上尚未進行放電加工程序之區域,且伴隨放電電極32同步移動位置。導引結構66例如為指叉式結構(如圖18及圖19所示),其係具有一或複數個指叉擋板分別對應於待加工物100之加工目標區110上之加工溝槽120。其中,指叉式結構之剖面形狀可例如為直線狀或曲線狀,且可例如為直線形(如圖17所示)、弧形(如圖20所示)或U形(如圖18所示)等曲線狀。
在本創作中,導引結構66係手動式(如圖17所示)或自動式(如圖18所示)伴隨進行放電加工程序之放電電極32改變導引外力之位置或角度,藉以將排渣單元64所提供之外力F2(如,水流或氣流等)導引至放電電極32當前進行放電加工程序之待加工物100之加工溝槽120之放電加工位置上。此外,本創作之導引結構66可為填充式擋板,其可例如為沿著加工進給方向F移動位置。舉例而言,本創作之導引結構66例如為伴隨進行放電加工程序之放電電極32在待加工物100之加工目標區110之加工溝槽120中移動位置,藉以沿著加工進給方向F同步填充式移動至加工目標區110之加工溝槽120上已完成放電加工程序之放電加工位置上。如圖18及圖21所示,在一實施態樣中,導引結構66可例如為伸縮式擋板,導引結構66係搭配伸縮機構68而具備伸縮彈力,藉以自動或手動伴隨放電電極32同步移動以導引外力F2,且例如在放電電極32進行放電加工程序時自 動保持鄰近或抵接待加工物100之加工目標區110之加工溝槽120,例如鄰近或抵接待加工物100之加工溝槽120之外側或內側。其中,導引結構66(伸縮式擋板)及伸縮機構68可例如為藉由彈簧或伸縮桿(如,套筒式伸縮桿)達到自動伸縮之效果,如圖21所示。此外,本創作之導引結構66於使用時亦可選擇性搭配圖7所示之結構,藉以使得導引結構66可選擇性在圖7所示之狹縫25中調整位置與角度,而達到導引外力之效果。
除此之外,如圖22,本創作之導引結構66還可選擇性搭配感測元件69,其係用以偵測排渣狀況或是外力F2導引狀況,且可例如為殘渣數量感測器、氣流感測器或水流感測器等感測組件,用以依據感測元件69之感測結果調整導引結構66之角度或位置等,藉以達到最佳化的排渣效果與導引效果。
綜上所述,本創作之放電加工裝置具有以下優點與功效:
(1)、依據放電過程中之放電頻率或放電能量的變化狀態對應調整放電過程之實際放電能量值,可使得放電加工程序維持在預定之目標加工狀態。
(2)、排渣單元可提供外力輔助去除殘留在加工溝槽中之殘渣。
(3)、導引結構可將排渣單元所提供之外力正確地導引至當前進行放電加工程序之放電加工位置上。
(4)、放電電極可作為電容感測元件,藉以即時提供感測電容值作為放電回饋的信號。
(5)、絕緣套包覆放電電極且暴露出放電電極於加工進給方向上的放電表面,可降低切口損失(切割材料損耗),還可提高放電加工精密度,,故可有效改善傳統放電電極及待加工物容易產生非預期損傷之問題。
(6)、絕緣套包覆放電電極可讓放電電極較不抖動,也可增強排渣用之外力(如水流或氣流),以達成排屑效果。絕緣套可使切割後之待加工物(如晶圓)較不抖動,減少破片風險。而且,絕緣套可利用排渣用之外力(如水流或氣流)降低絕緣套與放電電極間之摩擦力,以避免放電電極受損。此外,絕緣套還可以同時提供局部加熱之功效。
(7)、絕緣套具有缺口,不僅可改善放電電極的放電加工效果,還可同時提供排渣功能。
(8)、夾持件具有狹縫結構可穩固夾持待加工物,且可有效解決傳統放電加工技術無法切割夾持件與待加工物重疊區域之問題,且藉由鎖附結構還可達到拆裝及調整之功效。
(9)、夾持件可經由緩衝構件連接或黏接待加工物,可有效避免傳統晶錠切割技術中常產生的晶圓破裂現象。
以上所述僅為舉例性,而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇,而對其進行之等效修改或變更,均應包含於後附之申請專利範圍中。
10:放電加工裝置
20:載台
23a:第一抵接元件
23b:第二抵接元件
24:夾持件
25:狹縫
27:墊片
30:放電加工單元
32:放電電極
34:供電單元
36:治具
40:承載構件
50:固持構件
100:待加工物
110:加工目標區
123a:第一抵接部
123b:第二抵接部
240:鎖附結構
242:螺栓
244:螺帽
A:側邊
B:放電區段
P1:電源
F、X、Y:方向

Claims (50)

  1. 一種放電加工裝置,用以對至少一待加工物進行一放電加工程序,包含:至少一載台,用以承載該待加工物,該待加工物定義有至少一加工目標區;以及至少一放電加工單元,包含至少一放電電極及一供電單元,其中該供電單元係以一放電頻率提供一放電能量給該放電電極,該放電加工單元係經由該放電電極以至少一加工參數對該載台所承載之該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序,其中該放電加工單元係依據該放電加工程序之一放電過程中之該放電頻率或該放電能量之變化狀態對應地調整一實際輸出能量值,使得該放電加工程序維持在一目標加工狀態。
  2. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元係經由調整該供電單元所提供之該放電頻率及/或該放電能量,藉以在進行該放電加工程序時即時調整該實際輸出能量值,使得該放電加工程序維持在該目標加工狀態。
  3. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元係經由調整該加工參數藉以對應地即時調整該實際輸出能量值。
  4. 如請求項3所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元係依據該待加工物之一內在或外在特徵對應地調整該加工參數,藉以使得該放電加工程序維持在該目標加工狀態。
  5. 如請求項4所述之放電加工裝置,其中該加工參數之種類為複數個,且該放電加工程序係從該些加工參數之該些種類中選擇至少一者進行調整,藉以使得該放電加工程序維持在該目標加工狀態。
  6. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該目標加工狀態選自於由該待加工物之切割速度、材料去除率、材料耗損率與表面粗糙度以及該放電電極之斷線頻率所組成之族群。
  7. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元係於一預設溫度對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序,且該預設溫度為小於或等於攝氏100度。
  8. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元係於一溫度區間對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序,其中該待加工物於該溫度區間具有實質最低之一電阻率。
  9. 如請求項7或8所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元係於一水溶液中對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序。
  10. 如請求項9所述之放電加工裝置,其中該待加工物為半導體材料。
  11. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該載台更包含至少一夾持件,該夾持件為一狹縫結構,該夾持件係徑向或軸向對該待加工物施力以固定該待加工物。
  12. 如請求項11所述之放電加工裝置,其中該狹縫結構之狹縫之型態係選自於由無開口封閉型、單邊開口型及雙邊開口型所組成之族群。
  13. 如請求項11所述之放電加工裝置,其中該夾持件為固定式或可拆卸式之單側鎖附結構或雙側鎖附結構,用以夾固該待加工物。
  14. 如請求項11所述之放電加工裝置,其中該狹縫結構具有一或複數個狹縫,且每一該複數個狹縫具有相同或不同的跨距。
  15. 如請求項11所述之放電加工裝置,其中該狹縫結構具有一或複數個狹縫,且每兩相鄰之該複數個狹縫之間距為相同或不同。
  16. 如請求項11所述之放電加工裝置,其中該狹縫結構具有至少一狹縫,且該狹縫具有非等距式跨距或可調式跨距。
  17. 如請求項11所述之放電加工裝置,其中該狹縫結構具有複數個狹縫,且該複數個狹縫中至少兩狹縫為彼此連通。
  18. 如請求項11所述之放電加工裝置,其中該夾持件與該待加工物之間係經由導體或絕緣體局部連接或黏接。
  19. 如請求項18所述之放電加工裝置,其中該導體或該絕緣體為固體介質、軟質介質或黏膠。
  20. 如請求項1所述之放電加工裝置,更包含一排渣單元,用以提供至少一外力排除該放電電極對該待加工物進行該放電加工程序時所產生之殘渣。
  21. 如請求項20所述之放電加工裝置,其中該外力係選自於由氣流、水流、超音波震盪、壓電震盪、吸力及磁力所組成之族群之一者或複數者。
  22. 如請求項20所述之放電加工裝置,其中該排渣單元更包含一導引結構,用以導引該外力至該放電電極對該待加工物之該加工目標區進行該放電加工程序之一加工溝槽上。
  23. 如請求項22所述之放電加工裝置,其中該導引結構係手動式或自動式伴隨進行該放電加工程序之該放電電極改變導引該外力之位置或角度,藉以將該外力導引至該放電電極當前進行該放電加工程序之該待加工物之該加工溝槽之一放電加工位置上。
  24. 如請求項22所述之放電加工裝置,其中該導引結構係伴隨該放電電極在該待加工物之該加工目標區之該加工溝槽中移動位置,藉以同步填充式移動至該加工目標區之該加工溝槽上已完成該放電加工程序之一放電加工位置上。
  25. 如請求項22所述之放電加工裝置,其中該導引結構係一外封式擋板,用以覆蓋該待加工物之該加工目標區上尚未進行該放電加工程序之一區域,且伴隨該放電電極同步移動位置。
  26. 如請求項22所述之放電加工裝置,其中該導引結構為一指叉式結構對應於該待加工物之該加工目標區上之該加工溝槽。
  27. 如請求項22所述之放電加工裝置,其中該導引結構係搭配一伸縮機構,藉以自動伴隨該放電電極同步移動以導引該外力。
  28. 如請求項22所述之放電加工裝置,其中該導引結構係搭配一感測元件,用以依據該感測元件之一感測結果調整該導引結構之導引效果。
  29. 如請求項1、7或8所述之放電加工裝置,更包含一控溫單元,藉以於進行該放電加工程序時提供熱源及/或冷源,以直接或間接調整該待加工物之溫度。
  30. 如請求項29所述之放電加工裝置,其中該熱源為紅外線、微波或電熱器。
  31. 如請求項29所述之放電加工裝置,其中該冷源為搭配防凍劑使用,藉以避免該放電加工單元之一加工環境產生結凍現象。
  32. 如請求項29所述之放電加工裝置,其中該控溫單元具有一溫度感測器,藉以判斷該待加工物之一加工環境是否達到一目標溫度,以便將該加工環境維持在該目標溫度。
  33. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元之一加工環境中係添加有臭氧或氣泡,藉由氧化、軟化或爆裂方式以提升加工效率。
  34. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電電極之材質係選自於由銅(Copper)、黃銅(Brass)、鉬(Molybdenum)、鎢(Tungsten)、石墨(Graphite)、鋼(Steel)、鋁(Aluminum)、鋅(Zinc)、鎳(nickel)及鑽石所組成之族群。
  35. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電電極之內部為一金屬層,且該放電電極具有一介電材料層或一鑽石層包覆於該金屬層之外圍。
  36. 如請求項35所述之放電加工裝置,其中在該放電加工程序之該放電過程中,該放電電極係作為一電容感測元件,用以提供一感測電容值。
  37. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中當該放電電極與該待加工物之至少一者之數量為複數個時,該放電加工程序係對應地具有複數個加 工進給速度,且該放電加工單元係以該複數個加工進給速度中最慢之一者作為一共同加工進給速度。
  38. 如請求項37所述之放電加工裝置,其中該載台為移動式載台,且該載台係以該共同加工進給速度作為移動速度。
  39. 如請求項1或37所述之放電加工裝置,其中該放電電極之數量為複數個,各該複數個放電電極具有獨立控制之加工進給速度。
  40. 如請求項1或37所述之放電加工裝置,其中該放電電極與該待加工物之數量皆為複數個,該複數個放電電極係對相同或不同的該待加工物進行該放電加工程序。
  41. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元更包含一絕緣套,該絕緣套係套設於該放電電極之外側且暴露出該放電電極於一加工進給方向上之至少一表面,藉以使用該表面作為該放電電極進行該放電過程時之一放電表面。
  42. 如請求項41所述之放電加工裝置,其中該放電電極所暴露出之該放電表面在進行該放電過程時所形成之一放電區域係實質大於該絕緣套之橫斷面。
  43. 如請求項41所述之放電加工裝置,其中該絕緣套與該放電電極於該放電加工程序之一加工進給方向上之相對位置係呈固定,該絕緣套與該放電電極於該放電電極之一張力方向上之相對位置係呈移動。
  44. 如請求項41所述之放電加工裝置,其中該絕緣套包含一底板及兩側壁,該兩側壁位於該底板之兩端以組成一容槽,該容槽之內部形成一容 室,用以容納該放電電極,且該容槽具有一開口連通至該容室,用以暴露出位於該容室中之該放電電極之該放電表面。
  45. 如請求項41所述之放電加工裝置,其中該絕緣套係沿著該放電電極之一張力方向套設於該放電電極之外側,且該絕緣套具有一或複數個缺口,用以在該放電加工程序中提供排水及排屑功能。
  46. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該載台更包含至少一夾持件,該夾持件之一夾持面與該待加工物之一輪廓之間的一共形程度係對應地依據該夾持件與該待加工物之間的一夾持程度而變化,以對應地改變該夾持件之該夾持面與該待加工物之該輪廓之一貼附程度。
  47. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元之該供電單元為整合式或分離式配置於該放電加工裝置上,用以供應該放電能量之一電源給該待加工物。
  48. 如請求項1所述之放電加工裝置,更包含一非破壞性檢測裝置,用以檢測進行該放電加工程序之前、當中或之後之該待加工物。
  49. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元更包含一振動量測單元,用於量測該放電電極的振動值。
  50. 如請求項1所述之放電加工裝置,其中該放電加工單元更包含一張力量測單元,用於量測該放電電極的張力值。
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