CH691117A5 - Dispositif de sciage par fil pour la découpe de tranches fines comportant des cylindres guide-fils avec surface de section profilée. - Google Patents

Description

  



  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.

Claims (6)

1. Dispositif de sciage par fil comprenant une nappe de fils (2) tendue entre deux ou plus cylindres guide-fils (4) et maintenue en position par des gorges taillées (10) sur la surface desdits cylindres guide-fils (4) qui définissent l'intervalle entre les fils de ladite nappe de fils (2) et susceptible de se déplacer selon un mouvement alternatif ou continu en appui contre une pièce à scier (1) fixée sur une table support (3), caractérisé en ce que celui-ci comprend au moins un cylindre guide-fil (4) de section profilée de façon à induire en cours de rotation un mouvement des fils de la nappe de fils (2) dans le sens radial.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section profilée du ou des cylindres guide-fils (4) est constituée d'une ou plusieurs cannelures rectilignes (8) ou non (11).

3.

Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cannelures (12, 13) formant la section profilée des cylindres guide-fils peuvent être d'une longueur inférieure à celle du cylindre guide-fil (4).

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section profilée du ou des cylindres guide-fils (4) est constitué par une ou plusieurs facettes plates ou bombées, rectilignes ou non.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section profilée du ou de plusieurs cylindres guide-fils a une forme circulaire et dont le centre de rotation est légèrement excentré par rapport à l'axe géométrique.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section profilée du ou des cylindres guide-fils (4) est une ellipse ou a une forme multipolaire.