Le dispositif de sciage par fil comprend entre autres 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 est constituée d'un ensemble de cylindres placés parallèlement. Ces cylindres, appelés guide-fils, sont gravés avec des gorges définissant l'intervalle entre les fils de la nappe, soit l'épaisseur des tranches. La pièce à scier est fixée sur une table support qui se déplace perpendiculairement à la nappe de fils. La vitesse de déplacement définit la vitesse de coupe. Le renouvellement du fil ainsi que le contrôle de sa tension se fait dans une partie appelée zone de gestion du fil située en dehors de la zone de sciage proprement dite.
L'agent qui régira la découpe est soit un abrasif fixé sur le fil, soit un abrasif libre amené sous forme de barbotine. Le fil n'agit que comme transporteur.
Lors de la découpe en tranches fines de la pièce à scier, le fil tendu est à la fois guidé et tracté par les cylindres guide-fils. Ces cylindres généralement revêtus d'une couche synthétique sont gravés avec des gorges dont la géométrie et les dimensions doivent être d'une grande précision. Le procédé de découpe qui utilise un abrasif soit fixe, soit libre nécessite que la pénétration de celui-ci le long du trait de scie à l'intérieur de la pièce à scier soit la plus efficace possible. Cela nécessite donc une bonne adhérence de l'abrasif sur le fil, une possibilité de pénétrer dans la pièce à scier sans essuyage trop important de l'abrasif à l'entrée de la pièce à scier et une utilisation maximum de l'effet d'abrasion ou de découpe de l'abrasif entraîné par le fil.
Les cylindres guide-fils sont habituellement constitués d'une partie métallique monobloc creuse ou pleine ayant une surface amovible ou non revêtue par un élément synthétique dans lequel sont gravées les gorges maintenant l'espacement des fils de la nappe et fixée au moins à l'une de ses extrémités par un ou des paliers contenant les roulements. Le cylindre guide-fil ou sa surface est démontable pour pouvoir le reconditionner après usure de son revêtement. Ces cylindres guide-fils qui constituent un des éléments d'entraînement du fil jouent un rôle important dans le processus de découpe notamment par l'effet qu'ils peuvent avoir sur la distribution de l'abrasif sur le fil donc sur la précision des pièces obtenues.
Il est connu que l'usure des gorges dans lesquelles le fil appuie, entraîne une dégradation des résultats géométriques obtenus sur les tranches. Ceci est en partie dû à la modification de la répartition de l'abrasif sur le pourtour du fil en appauvrissant celle-ci. Pour pallier au problème de la profondeur de la pénétration de l'abrasif, on superpose parfois un mouvement de rétraction rapide de la table support qui libère durant un court instant un espace sous le fil permettant ainsi à l'abrasif de pénétrer plus profondément dans le trait de scie. Cette technique à le désavantage de diminuer la vitesse de coupe donc de diminuer la productivité du dispositif de sciage.
Un effet similaire peut être obtenu en utilisant des cylindres guide-fils ayant une forme qui en rotation provoque une légère vibration du fil avec un léger mouvement de celui-ci dans le sens de la découpe induisant un effet identique à la rétraction de la table mais de fréquence plus élevée, la fréquence dépendant du nombre de cannelures mises sur le pourtour du guide-fil. Cette manière de faire a en plus l'avantage, de par sa fréquence élevée, de pouvoir induire un effet de martelage de la surface par le fil qui accroît ainsi l'efficacité de découpe.
La précision des tranches, très importante pour des applications électroniques, dépend de la position des fils au cours du sciage ainsi que des éléments de support de la pièce à scier, donc de la position des cylindres guide-fils par rapport à la pièce à scier et de la qualité de la géométrie des gorges taillées à la surface des guide-fils. Mais une excellente géométrie mécanique du dispositif de sciage ne peut rien sans une bonne distribution de l'abrasif donc d'un apport d'abrasif au bon endroit. Une assistance mécanique par martelage permet en plus une amélioration de celle-ci. Le martelage peut être obtenu par assistance ultrasonique mais dans ce cas, cela nécessite la mise en Öuvre de matériel complexe et difficile d'application avec des résultats non souhaités sur les cristaux constituant généralement la pièce à scier.
Le mouvement du fil induit par la section profilée des guide-fils qui tout en favorisant la pénétration de l'abrasif dans la zone de découpe produit l'effet d'assistance mécanique mais n'a pas les effets pervers des ultrasons. De plus, la mise en Öuvre de guide-fils de section profilée ne demande aucune modification du dispositif de sciage et leur emploi et identique à celui de guide-fils normaux. Pour obtenir les effets voulus on peut utiliser une section profilée constituée d'un réseau de cannelures périodiques ou non qui à chaque passage entraîne un mouvement du fil. Ces cannelures peuvent être parallèles à l'axe des guide-fils. Toutefois, afin de diminuer les effets des fréquences sonores induites par le passage de chaque cannelure sous la nappe de fils, il est possible de leur donner une forme hélicoïdale.
Dans ce cas le bruit induit sera notablement diminué sans modifier l'effet de distribution d'abrasif et de martelage induit par le passage de chaque fil sur la partie vide créée par la présence de la cannelure. Le nombre de cannelures sera dépendant de la fréquence voulue donc de la vitesse du fil et du diamètre du guide-fil. On définira une section profilée de surface comme étant une variation continue ou non, du rayon du guide-fil entraînant une variation de position du fil dans le sens radial du guide-fil lorsque celui-ci est en rotation.
Cette technique de sciage qui requiert une géométrie parfaite des éléments liés au processus du dispositif de sciage verra la précision des tranches augmentée par l'utilisation de guide-fils de section profilée en améliorant l'effet d'abrasion ou de découpe de l'abrasif.
Les exigences de productivité et de précision des applications à usage semiconducteur, liées aux dimensions grandissantes des pièces à scier donc des tranches, nécessitent des dispositifs de sciage de plus en plus performant avec des coûts en consommables de plus en plus faibles. L'abrasif représente un des éléments les plus onéreux parmi les consommables. L'utilisation de guide-fils de section profilée permet d'économiser une partie de ce coût en utilisant plus longtemps le même abrasif par le fait que l'on augmente son efficacité, donc sa durée de vie.
Le but de l'invention consiste donc à remédier aux inconvénients précités en permettant au dispositif de sciage de par l'utilisation de guide-fils de section profilée d'améliorer la qualité de la découpe par une meilleure répartition de l'abrasif sur le fil et par un effet de martelage par le fil de la surface de contact entre le fil et la matière à scier et ceci sans modification coûteuse du dispositif de sciage. Le dispositif de sciage, objet de la présente invention, comprend donc l'utilisation de cylindres guide-fils avec une section profilée, améliorant sa productivité et la qualité des tranches obtenues.
Les cylindres guide-fils avec section profilée se présenteront sous la forme d'un cylindre de base ayant une surface revêtue d'un matériau généralement plastique et dont la section profilée peut prendre une forme de cannelage ou de facettage dont les facettes peuvent être bombées ou non. Ces facettes ou cannelures peuvent avoir différentes formes ou répartitions.
L'utilisation de guide-fils avec surface de section profilée permet donc de réaliser un dispositif de sciage performant ayant une productivité élevée, une précision moyenne accrue. Les figures annexées illustrent schématiquement et à titre d'exemple des dispositifs en accord avec l'invention.
La fig. 1 illustre en perspective le principe de la présente invention. La pièce à scier 1 est mise en appui contre la nappe de fils 2 supportée par les cylindres guide-fils 4. La table-support 3 sur laquelle est fixée la pièce à scier 1 est mue par le moteur 5. Les cylindres guide-fils 4 sont supportés à leurs extrémités par des paliers 6. La section profilée qui dans ce cas est cannelée montre les cannelures 7 visibles sur la surface des cylindres guide-fils 4.
L'ensemble est monté dans un bâti 8.
La fig. 2a représente en perspective un cylindre guide-fil 4 avec trois cannelures droites 8 parallèles à l'axe du guide-fil 4. Le guide-fil 4 est revêtu d'une couche en matière synthétique 9 dans laquelle sont gravées les gorges 10.
La fig. 2b représente en perspective un cylindre guide-fil 4 avec quatre cannelures hélicoïdales 11 d'axe confondu à l'axe du guide-fil 4.
La fig. 2c représente en perspective un cylindre guide-fil 4 avec 8 cannelures droites partielles débouchantes 12 parallèles à l'axe du guide-fil 4.
La fig. 2d représente en perspective un cylindre guide-fiI 4 avec des cannelures droites partielles 13 non débouchantes parallèles à l'axe du guide-fil 4.
Les fig.
3a et 3b montrent en coupe deux exemples non exhaustifs de guide-fils 4 avec ou sans revêtement synthétique 9 montrant des sections profilées de cannelures possibles trapezoïdales 14 et circulaires 15.
La fig. 4 montre le mécanisme de martelage obtenu par variation de position du fil 16 lors du passage de la cannelure, la gorge 17 se déplace en position 18 et le fil se déplace radialement entre les positions 19 et 20.
Les fig. 5a et 5b montrent deux exemples non exhaustifs de section de guide-fils 4 ou les cannelures sont remplacées par des facettes 21 pour obtenir le même effet de martelage et de pénétration d'abrasif.
Les fig. 6a à c montrent différentes formes possibles de section profilée obtenues par des figures mathématiques multipolaires.
Le fil de sciage formant la nappe de fils 2 entre les cylindres guide-fils 4 est constituée d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mm afin de scier des blocs de matériaux durs ou exotiques (tels que silicium, céramique, composés lll-V, GGG, saphir, etc.) en tranches de 0,1 à 5 mm d'épaisseur environ. L'agent abrasif est un produit du commerce et peut être du diamant, du carbure de silicium, de l'alumine, etc sous forme fixée au fil ou sous forme libre en barbotine.
Le dispositif de sciage permet par l'utilisation de guide-fils 4 de section profilée, d'obtenir un maximum de performances, de productivité sans que cela soit au détriment de la qualité des pièces produites. De plus la durée de vie des éléments consommables en est augmentée.
Naturellement d'autres types de cannelure ou de formes peuvent être envisagées qui par leur concept ont également la fonction de martelage et de pénétration d'abrasif. Par exemple l'utilisation de guide-fils 4 alvéolés peut également satisfaire au concept d'interruption de la surface. Un guide-fil 4 elliptique ou circulaire mais à axe de rotation légèrement décentré peut également satisfaire à la fonction de martelage et de pénétration d'abrasif. De manière générale toute forme de guide-fil 4 qui en rotation provoque une variation de position de la nappe de fils 2 répond à l'objet de la présente invention.
The wire sawing device comprises inter alia a sheet of wires capable of moving in a continuous or reciprocating movement in abutment against a workpiece thus defining a sawing zone. The sawing area consists of a set of cylinders placed in parallel. These cylinders, called wire guides, are engraved with grooves defining the interval between the wires of the sheet, that is to say the thickness of the slices. The piece to be sawn is fixed on a support table which moves perpendicular to the wire table. The moving speed defines the cutting speed. The renewal of the wire as well as the control of its tension is done in a part called zone of management of the wire located outside the sawing zone proper.
The agent which will govern the cutting is either an abrasive fixed on the wire, or a free abrasive brought in the form of slip. The wire acts only as a conveyor.
When cutting the workpiece into thin slices, the tensioned wire is both guided and pulled by the wire guide cylinders. These cylinders generally coated with a synthetic layer are engraved with grooves whose geometry and dimensions must be of great precision. The cutting process which uses an abrasive either fixed or free requires that the penetration of the latter along the saw cut inside the workpiece to be as efficient as possible. This therefore requires good adhesion of the abrasive to the wire, a possibility of entering the workpiece without excessive wiping of the abrasive at the entrance of the workpiece and maximum use of the effect of abrasion or cutting of the abrasive entrained by the thread.
The thread guide cylinders usually consist of a hollow or solid monobloc metal part having a removable surface or not coated with a synthetic element in which are engraved the grooves maintaining the spacing of the ply threads and fixed at least to the one of its ends by one or more bearings containing the bearings. The thread guide cylinder or its surface is removable in order to be able to recondition it after wear of its coating. These thread guide cylinders which constitute one of the thread drive elements play an important role in the cutting process, in particular by the effect that they can have on the distribution of the abrasive on the thread, therefore on the precision of the parts. obtained.
It is known that the wear of the grooves in which the wire presses, leads to a degradation of the geometric results obtained on the edges. This is partly due to the modification of the distribution of the abrasive around the perimeter of the wire by depleting it. To overcome the problem of the depth of penetration of the abrasive, we sometimes superimpose a rapid retraction movement of the support table which frees up for a short time a space under the wire thus allowing the abrasive to penetrate more deeply into the kerf. This technique has the disadvantage of reducing the cutting speed and therefore reducing the productivity of the sawing device.
A similar effect can be obtained by using wire guide cylinders having a shape which in rotation causes a slight vibration of the wire with a slight movement of the latter in the direction of cutting inducing an effect identical to the retraction of the table but higher frequency, the frequency depending on the number of splines placed around the edge of the wire guide. This procedure has the additional advantage of its high frequency of being able to induce a hammering effect on the surface by the wire, thereby increasing the cutting efficiency.
The precision of the slices, very important for electronic applications, depends on the position of the wires during sawing as well as on the support elements of the workpiece, therefore on the position of the wire guide cylinders relative to the workpiece and the quality of the geometry of the grooves cut on the surface of the wire guides. However, an excellent mechanical geometry of the sawing device can do nothing without a good distribution of the abrasive, therefore an addition of abrasive to the right place. Mechanical assistance by hammering further improves the latter. Hammering can be obtained by ultrasonic assistance but in this case, it requires the implementation of complex and difficult to apply material with undesirable results on the crystals generally constituting the workpiece.
The movement of the wire induced by the profiled section of the wire guides which while promoting the penetration of the abrasive into the cutting zone produces the effect of mechanical assistance but does not have the perverse effects of ultrasound. In addition, the implementation of wire guide sectioned section requires no modification of the sawing device and their use and identical to that of normal wire guides. To obtain the desired effects, it is possible to use a profiled section made up of a network of periodic or not grooves which, with each passage, causes movement of the wire. These grooves can be parallel to the axis of the wire guides. However, in order to reduce the effects of the sound frequencies induced by the passage of each groove under the sheet of wires, it is possible to give them a helical shape.
In this case the induced noise will be significantly reduced without modifying the effect of abrasive distribution and hammering induced by the passage of each wire on the empty part created by the presence of the groove. The number of splines will depend on the desired frequency, therefore on the speed of the wire and the diameter of the wire guide. A profiled surface section will be defined as being a continuous variation or not, of the radius of the thread guide resulting in a variation of position of the thread in the radial direction of the thread guide when the latter is in rotation.
This sawing technique, which requires perfect geometry of the elements linked to the sawing device process, will see the slicing accuracy increased by the use of wire guides of profiled section, improving the abrasion or cutting effect of the abrasive. .
The productivity and precision requirements of applications for semiconductor use, linked to the increasing dimensions of the pieces to be sawed, therefore of the slices, require increasingly efficient sawing devices with increasingly low consumable costs. The abrasive represents one of the most expensive elements among consumables. The use of wire guides of profiled section makes it possible to save part of this cost by using the same abrasive longer by the fact that its efficiency, and therefore its lifetime, is increased.
The object of the invention therefore consists in remedying the aforementioned drawbacks by allowing the sawing device by the use of wire guides of profiled section to improve the quality of the cutting by a better distribution of the abrasive on the wire. and by a hammering effect by the wire of the contact surface between the wire and the material to be sawn without costly modification of the sawing device. The sawing device, object of the present invention, therefore comprises the use of wire guide cylinders with a profiled section, improving its productivity and the quality of the slices obtained.
The wire guide cylinders with profiled section will be in the form of a base cylinder having a surface coated with a generally plastic material and the profiled section of which may take the form of grooving or faceting, the facets of which may be curved or no. These facets or grooves can have different shapes or distributions.
The use of wire guides with a profiled section surface therefore makes it possible to produce a high-performance sawing device having high productivity and increased average precision. The appended figures illustrate schematically and by way of example devices in accordance with the invention.
Fig. 1 illustrates in perspective the principle of the present invention. The workpiece 1 is pressed against the ply of wires 2 supported by the wire guide cylinders 4. The support table 3 on which the workpiece 1 is fixed is moved by the motor 5. The wire guide cylinders 4 are supported at their ends by bearings 6. The profiled section which in this case is grooved shows the grooves 7 visible on the surface of the wire guide cylinders 4.
The assembly is mounted in a frame 8.
Fig. 2a represents in perspective a wire guide cylinder 4 with three straight grooves 8 parallel to the axis of the wire guide 4. The wire guide 4 is coated with a layer of synthetic material 9 in which the grooves 10 are engraved.
Fig. 2b represents in perspective a wire guide cylinder 4 with four helical splines 11 with an axis coinciding with the axis of the wire guide 4.
Fig. 2c shows in perspective a wire guide cylinder 4 with 8 partial straight straight grooves 12 parallel to the axis of the wire guide 4.
Fig. 2d represents in perspective a fiI guide cylinder 4 with partial straight grooves 13 not emerging parallel to the axis of the thread guide 4.
Figs.
3a and 3b show in section two non-exhaustive examples of wire guides 4 with or without synthetic coating 9 showing profiled sections of possible trapezoidal 14 and circular 15 grooves.
Fig. 4 shows the hammering mechanism obtained by varying the position of the wire 16 during the passage of the groove, the groove 17 moves to position 18 and the wire moves radially between positions 19 and 20.
Figs. 5a and 5b show two non-exhaustive examples of section of wire guide 4 where the grooves are replaced by facets 21 to obtain the same hammering effect and abrasive penetration.
Figs. 6a to c show different possible forms of profiled section obtained by multipolar mathematical figures.
The saw wire forming the sheet of wires 2 between the wire guide cylinders 4 is made of spring steel with a diameter of between 0.1 and 0.2 mm in order to saw blocks of hard or exotic materials (such as as silicon, ceramic, III-V compounds, GGG, sapphire, etc.) in slices of 0.1 to 5 mm thickness approximately. The abrasive agent is a commercial product and can be diamond, silicon carbide, alumina, etc. in a form fixed to the wire or in free form in a slip.
The sawing device makes it possible, by the use of wire guides 4 of profiled section, to obtain maximum performance and productivity without this being at the expense of the quality of the parts produced. In addition, the life of consumable elements is increased.
Naturally other types of groove or shapes can be envisaged which by their concept also have the function of hammering and penetration of abrasive. For example, the use of dimpled wire guides 4 can also satisfy the concept of interrupting the surface. A wire guide 4 elliptical or circular but with a slightly off-centered axis of rotation can also satisfy the hammering and abrasive penetration function. In general, any form of wire guide 4 which in rotation causes a variation in the position of the wire ply 2 meets the object of the present invention.