Le dispositif de sciage comprend une nappe de fils susceptible de se déplacer selon un mouvement continu ou alternatif en appui contre une pièce à scier définissant ainsi une zone de sciage. La zone de sciage étant constituée d'un ensemble de cylindres placés parallèlement.
Ces cylindres appelés guide-fils sont gravés avec des gorges qui définissent l'intervalle entre les fils de la nappe, soit l'épaisseur des pièces à scier. Les guide-fils sont munis d'un circuit permettant la circulation interne d'un fluide assurant la régulation en température desdits guide-fils. La température est maintenue à une valeur supérieure à la température ambiante.
Lors de la rotation du guide-fils, la température de travail dudit élément n'est pas constante mais varie au cours du temps suivant le travail demandé et en raison des frottements et de la chaleur générés dans les paliers et les pièces environnantes. L'échauffement de cet élément ayant un effet sur le travail demandé, il s'avérera nécessaire de maintenir sa température constante. Toutefois, en raison de la masse des pièces à contrôler en température, un simple système de refroidissement ne suffit plus. Compte tenu que l'ensemble à refroidir agit comme une source de chaleur et que celle-ci est variable suivant le travail demandé, la température d'équilibre variera et le seul contrôle de la température du fluide de refroidissement ne suffit plus.
Il s'avérera nécessaire de maintenir une température plus élevée que la température ambiante et de réguler le fluide de contrôle par une source ou un puits de chaleur ou plus précisément par une combinaison des deux.
Des dispositifs de contrôle de température sont déjà connus spécialement dans l'usinage de pièces de haute précision ou de positionnement en robotique où l'on utilise soit une douche, soit une circulation interne. Toutefois ceux-ci font appel à des systèmes de contrôle de la température basés uniquement sur le refroidissement.
Des dispositifs de sciage par fil du type précité sont déjà connus, spécialement dans l'industrie des composants électroniques, des ferrites, des quartz et silices, pour l'obtention en tranches fines de matériaux tels que le silicium poly- ou monocristallin ou les nouveaux matériaux tels que GaAs, InP, GGG ou également quartz, saphir synthétique, voire céramique. Le prix élevé de ces matériaux rend le sciage par fil plus attractif comparativement à d'autres techniques comme le sciage par disque diamanté.
La précision des pièces à scier, très importante pour des applications électroniques, dépend de la position des fils au cours du sciage, donc également de la température interne des guide-fils. Cette technique de sciage requiert donc un contrôle parfait de la position des guide-fils par rapport à la pièce à scier. En effet, un mouvement même lent dû à une dilatation ou une contraction résultera en ondulations ou voilage des tranches à scier. Les exigences des applications en électronique, par exemple liées aux dimensions grandissantes des lingots, nécessitent que même de petites variations doivent être évitées. Les roulements supportant les guide-fils fortement chargés génèrent de la chaleur qui, additionnée à l'énergie produite au cours du sciage, contribue à l'imprécision de la découpe.
Il ne suffira dons plus de contrôler seulement la température d'un éventuel liquide de refroidissement et de laisser le tout s'équilibrer tant bien que mal, mais de contrôler le température du système autour d'une valeur supérieure à la température ambiante.
Le but de l'invention consiste à remédier aux inconvénients précités en fournissant un dispositif de sciage du type mentionné ci-dessus qui permette le contrôle de la température des guide-fils à une valeur supérieure à la température ambiante, et de manière à donner les meilleurs résultats quant au voilage ou au bombé mesuré sur les pièces découpées.
Le dispositif de sciage, objet de la présente invention, comprend donc les éléments et caractéristiques tels que définis dans la revendication 1.
La figure unique annexée illustre schématiquement et à titre d'exemple un dispositif en accord avec l'invention.
La fig.1 représente une coupe schématique d'un cylindre guide-fils 1 dont la position est maintenue par un palier fixe 2 et un palier libre 3. La température est maintenue constante supérieure à la température ambiante par une vanne trois voies 4 qui pondère les parties froides 5 ou chaudes 6 suivant la température du fluide en retour 7, mesurée par une sonde de température 11. La pompe de circulation 8 assurera le débit 9. Un réservoir tampon 10 donnera une certaine inertie thermique au système.
Le fil de sciage formant la nappe tendue par les guide-fils est généralement constitué d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mm afin de scier des blocs de maté riaux durs ou exotiques (tels que silicium, céramique, composés III-VI, GGG, saphir, etc.) en tranches de 0,1 à 5 mm d'épaisseur environ. Le dispositif décrit dans le présente invention permet, par l'adjonction d'un ensemble de régulation tel que décrit, de découper les tranches desdits matétiaux avec la précision requise par les utilisateurs.
Naturellement, d'autres types de dispositifs peuvent être envisagés dans le cadre de la présente invention. De fait, l'aspect régulation de la température au-dessus de la température ambiante par un système asservi ou non à un dispositif de mesure doit être conservé dans l'esprit comme permettant d'obtenir une augmentation de la précision. Ainsi par exemple, il serait possible d'imaginer un système basé sur un taux d'évaporation de liquide qui, par la chaleur de vaporisation, maintiendrait la température constante. Quant à la régulation elle-même, une circulation d'un fluide peut suffire, le paramètre pouvant être le température dudit fluide ou son débit. Le système peut agir en chauffant ou en refroidissant, ou une combinaison des deux.
The sawing device comprises a sheet of wires capable of moving in a continuous or reciprocating movement in abutment against a part to be sawed, thus defining a sawing zone. The sawing zone consists of a set of cylinders placed in parallel.
These cylinders called wire guides are engraved with grooves which define the interval between the wires of the ply, that is the thickness of the parts to be sawn. The wire guides are provided with a circuit allowing the internal circulation of a fluid ensuring the temperature regulation of said wire guides. The temperature is maintained at a value higher than the ambient temperature.
During the rotation of the wire guide, the working temperature of said element is not constant but varies over time depending on the work required and due to the friction and heat generated in the bearings and the surrounding parts. The heating of this element having an effect on the work required, it will prove necessary to maintain its constant temperature. However, due to the mass of the parts to be controlled in temperature, a simple cooling system is no longer sufficient. Given that the assembly to be cooled acts as a heat source and that this is variable depending on the work required, the equilibrium temperature will vary and the sole control of the temperature of the coolant is no longer sufficient.
It will be necessary to maintain a temperature higher than the ambient temperature and to regulate the control fluid by a source or a heat sink or more precisely by a combination of the two.
Temperature control devices are already known especially in the machining of high precision parts or positioning in robotics where either a shower or an internal circulation is used. However, these use temperature control systems based solely on cooling.
Wire sawing devices of the aforementioned type are already known, especially in the electronic components, ferrites, quartz and silica industry, for obtaining thin slices of materials such as poly- or monocrystalline silicon or the new materials such as GaAs, InP, GGG or also quartz, synthetic sapphire, even ceramic. The high price of these materials makes wire sawing more attractive compared to other techniques such as diamond disc sawing.
The precision of the parts to be sawed, which is very important for electronic applications, depends on the position of the wires during sawing, and therefore also on the internal temperature of the wire guides. This sawing technique therefore requires perfect control of the position of the wire guides relative to the workpiece. Indeed, even a slow movement due to dilation or contraction will result in undulations or warping of the slices to be sawed. The requirements of electronic applications, for example linked to the increasing dimensions of ingots, require that even small variations must be avoided. The bearings supporting the heavily loaded wire guides generate heat which, added to the energy produced during sawing, contributes to the imprecision of the cut.
It will no longer be sufficient to control only the temperature of a possible coolant and to let everything balance as best as possible, but to control the temperature of the system around a value higher than the ambient temperature.
The object of the invention is to remedy the aforementioned drawbacks by providing a sawing device of the type mentioned above which allows the temperature of the wire guides to be controlled at a value greater than ambient temperature, and so as to give the best results with respect to the curl or the curved measured on the cut pieces.
The sawing device, object of the present invention, therefore comprises the elements and characteristics as defined in claim 1.
The single appended figure illustrates schematically and by way of example a device in accordance with the invention.
Fig.1 shows a schematic section of a wire guide cylinder 1 whose position is maintained by a fixed bearing 2 and a free bearing 3. The temperature is kept constant above room temperature by a three-way valve 4 which weights the cold 5 or hot 6 parts depending on the temperature of the return fluid 7, measured by a temperature probe 11. The circulation pump 8 will provide the flow rate 9. A buffer tank 10 will give the system a certain thermal inertia.
The saw wire forming the sheet stretched by the wire guides is generally made of spring steel with a diameter between 0.1 and 0.2 mm in order to saw blocks of hard or exotic materials (such as silicon , ceramic, compounds III-VI, GGG, sapphire, etc.) in slices approximately 0.1 to 5 mm thick. The device described in the present invention makes it possible, by adding a regulating assembly as described, to cut the slices of said materials with the precision required by the users.
Naturally, other types of device can be envisaged in the context of the present invention. In fact, the aspect of regulating the temperature above ambient temperature by a system controlled or not by a measuring device must be kept in mind as allowing an increase in precision to be obtained. So for example, it would be possible to imagine a system based on a rate of evaporation of liquid which, by the heat of vaporization, would keep the temperature constant. As for the regulation itself, a circulation of a fluid may suffice, the parameter possibly being the temperature of said fluid or its flow rate. The system can work by heating or cooling, or a combination of both.