Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drahtführungsvorrichtung einer Drahtsäge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Drahtsäge ist eine Vorrichtung um Werkstücke, wie z.B. Halbleiter-Rohbarren, Keramikstücke, Glasteile etc., in eine grosse Anzahl von Scheibchen, so genannten Wafern, zu zerteilen, und zwar mittels eines umlaufenden Drahtes. Bei einer solchen Drahtsäge wird ein Draht von einer Drahtrolle abgewickelt und über eine Mehrzahl von mit Nuten versehenen Rollen gewunden. Danach wird der Draht durch eine weitere Drahtrolle aufgewickelt. Eine Arbeitsflüssigkeit, die abrasive Partikel enthält, wird den so gebildeten Drahtreihen zugeführt, und das Werkstück wird gegen die Drahtreihe gepresst, sodass das Werkstück in eine grosse Anzahl von Wafern zerschnitten wird, und zwar unter Einfluss der Trennwirkung der abrasiven Partikel.
Bei einer Drahtsäge der oben beschriebenen Art ist in der Nähe einer jeden Drahtrolle eine Drahtführungsvorrichtung vorgesehen. Die Drahtführungsvorrichtung hat die Aufgabe, einerseits den Draht so zu führen, dass er korrekt auf die eine Drahtrolle aufgewickelt wird und andererseits, dass er nach der Abwicklung von der anderen Drahtrolle in Übereinstimmung mit der Achse der Drahtrolle läuft.
Der Draht wird durch die Drahtrolle in Form einer Spirale aufgewickelt; d.h., dass sich der Draht, währenddem er von der Drahtrolle abgewickelt wird, in der Erstreckungsrichtung der Drahtrollenachse bewegt. Beispielsweise kann dies bedeuten, dass sich die Geschwindigkeit, mit der sich der Draht entlang der erwähnten Achse bewegt, ändern kann, wenn der Draht nicht regelmässig auf der Drahtspule aufgewickelt ist.
Andererseits ist die Drahtführungsvorrichtung mit einem Gleitorgan ausgerüstet, das sich in der Richtung der Achse der Drahtrolle bewegt. Mit einer gewissen Distanz zueinander ist ein Paar von Detektoren vorgesehen, und der Draht ist an der Drahtführungsvorrichtung zwischen diesen Detektoren geführt. Wenn eine Differenz in der Bewegungsgeschwindigkeit zwischen Draht und Gleitorgan auftritt, bewegt der Draht einen der Detektoren. Die Folge davon ist, dass die Drahtführungsgeschwindigkeit auf der Basis eines Signals gesteuert wird, welches vom Detektor ausgelöst wird, der vom Draht berührt wird, und zwar in der Weise, dass der Draht den Detektor nicht länger berühren kann.
Die vorstehend beschriebene Drahtführungsvorrichtung steuert somit die Drahtführungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Tatsache, ob der Draht einen der beiden Detektoren berührt. Eine andere Art von Drahtführungsvorrichtung steuert die Drahtführungsgeschwindig keit in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit einer durch den Draht angetriebenen Rolle.
Bei dieser Drahtführungsvorrichtung ist ein Paar von Abtastrollen vorgesehen, die drehbar auf einem Gleitorgan angeordnet sind und einen vorbestimmten Abstand haben. In diesem Fall, wenn eine Differenz zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit des Drahtes und derjenigen der Abtastrollen festgestellt wird, tritt eine Berührung des Drahtes, der zwischen den Rollen verläuft, mit den Rollen auf. Die Folge davon ist, dass die Abtastrollen in Rotation versetzt werden. Dann wird die Anzahl der Umdrehungen, nachdem der Draht die Abtastrollen berührt hat, festgestellt und die Bewegungsgeschwindigkeit des Paares von Abtastrollen zur Führung des Drahtes wird in Abhängigkeit von der festgestellten Anzahl der Umdrehungen der Abtastrollen geändert.
Es ist dabei in Betracht zu ziehen, dass die Drahtführungseinrichtung, welche die Drahtführungsgeschwindigkeit steuert, wenn der Draht das erwähnte Paar von Detektoren berührt, nur das Intervall in der Bewegungsgeschwindigkeit zwischen dem Draht und dem Paar von Detektoren zu erfassen in der Lage ist. Aus diesem Grunde nutzen sich die Detektoren ab, weil sich der Draht an ihnen reibt, sodass die Genauigkeit der Erfassung vermindert wird; ausserdem besteht eine Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, in dem der Draht ausser Eingriff gebracht wird mit den Abtastrollen und dem Moment, in welchem die Abtastrolle zum Stillstand kommt. Dadurch entsteht ein Problem insofern, als ein Paar von Abtastrollen nicht in der gewünschten, unmittelbaren Weise auf die Veränderung der Drahtbewegungsgeschwindigkeit reagieren kann.
Dieses Problem wird besonders gravierend, wenn ein Blockieren des Paares der Drahtrollen auftritt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die zuvor beschriebene Problematik entwickelt und hat insbesondere zum Ziel, eine Drahtführungsvorrichtung einer Drahtsäge zu schaffen, bei welcher die Drahtführungsvorrichtung sofort auf eine Veränderung des Drahtabwickel- oder Drahtaufwickelwinkels reagiert.
Um das vorstehend erwähnte Ziel zu erreichen, wird ausgegangen von einer Drahtführungsvorrichtung einer Drahtsäge nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Diese Drahtführungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Draht um eine Drahtführungsrolle gewunden wird, die den Draht in der Richtung der Längsachse der jeweiligen Drahtrolle nachführt, dass eine Detektionsvorrichtung sequentiell eine Abweichung des Abwickel- oder Aufwickelwinkels des von der jeweiligen Drahtrolle abgewickelten oder aufgewickelten Drahtes feststellt, und dass die Nachführungsgeschwindigkeit der Drahtführungsrolle in Abhängigkeit von dieser Abweichung des Abwickel- oder Aufwickelwinkels gesteuert wird, sodass der Aufwickel- bzw. Abwick elwinkel des Drahtes im Wesentlichen auf einem Wert von 90 DEG zur Längsachse der jeweiligen Drahtrolle gehalten wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird die Nachführungsgeschwindigkeit der Drahtführungsrolle auf der Basis der sequentiell festgestellten Abweichung des Abwickel- oder Aufwickelwinkels des Drahtes gesteuert. Aus diesem Grund ändert sich die Abweichung des Abwickel- oder Aufwickelwinkels des Drahtes in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der sich der Draht in Richtung der Längsachse der Drahtrolle bewegt, und die Nachführungsgeschwindigkeit kann prompt in Abhängigkeit der festgestellten Abweichung des erwähnten Winkels korrigiert werden.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung sowie weitere Ziele und Vorteile werden im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1, eine Gesamtansicht der erfindungsgemässen Drahtführungsvorrichtung einer Drahtsäge;
Fig. 2, eine Seitenansicht der Drahtführungsvorrichtung der Drahtsäge gemäss der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3, eine Ansicht entlang der Linie III-III in Fig. 2; und
Fig. 4, eine schematische Ansicht der gesamten Struktur der Drahtführungsvorrichtung der Drahtsäge gemäss der vorliegenden Erfindung.
Die Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht der Struktur einer Drahtsäge 10. Ein Draht 14, der auf der einen Drahtrolle 12 aufgewickelt ist, ist um drei mit Nuten versehene Rollen 22 gewunden und bildet so eine Drahtreihe 24, und zwar mithilfe einer nachstehend zu beschreibenden Drahtführungsvorrichtung 16, weiter mithilfe von festen Führungsrollen 18 und mithilfe einer Spannrolle 20. Danach wird der Draht 14 durch die andere Drahtrolle 26 aufgewickelt, und zwar über die festen Führungsrollen 18, die Spannrolle 20 und die Drahtführungsvorrichtung 16.
Ein Gewicht 44 mit einer vorbestimmten Grösse ist an der Spannrolle 20 aufgehängt und bewirkt dadurch zu jeder Zeit eine vorbestimmte Spannung im sich bewegenden Draht 14.
In der Mitte des Drahtführungspfads sind Drahtreinigungsvorrichtungen 46 angeordnet. Die Reinigungsvorrichtungen 46 entfernen die am Draht 14 anhaftende Arbeitsflüssigkeit 40.
Die Drahtrollen 12 und 26 sind mit Antriebsmotoren 28 bzw. 30 verbunden, die in der Lage sind, vorwärts und rückwärts zu rotieren. Eine der drei mit Nuten versehen Rollen 22 ist mit einem Antriebsmotor 32 verbunden, welcher ebenfalls in der Lage ist, vorwärts und rückwärts zu rotieren. Wenn die Antriebsmotoren 28, 30 und 32 angetrieben werden, bewegt sich der Draht 14 zwischen der einen Drahtrolle 12 und der anderen Drahtrolle 26 hin und her.
Die Drahtreihe 24 wird mit Arbeitsflüssigkeit 40 versorgt, welche in einem Arbeitsflüssigkeits-Vorratstank 38 bereitgestellt wird, und zwar mittels einer Zufuhrdüse 42. Ein Halbleiter-Rohbarren 54, welcher bearbeitet werden muss, ist unterhalb der Drahtreihe 24 mithilfe eines Werkstück-Zufuhrtisches 48 abgestützt, wobei ein Halbleiter-Rohbarren-Montageblock 56 und ein Montageträger 58 vorgesehen sind. Der Werkstück-Zufuhrtisch 48 wird mittels einer Spindelanordnung 52 angetrieben, die mithilfe eine Motors 50 frei auf- und abbewegbar ist. Der Werkstück-Zufuhrtisch 48 wird aufwärts bewegt, sodass der Halbleiter-Rohbarren 54 in Kontakt mit der Drahtreihe gebracht werden kann, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegt.
Der Halbleiter-Rohbarren 54, der mit der Drahtreihe 24 in Kontakt gebracht wird, wird in eine grosse Anzahl von Wafern zertrennt, und zwar durch die abrasive Wirkung der Arbeitsflüssigkeit 40.
Im Folgenden wird die vorstehend erwähnte Drahtführungsvorrichtung 16 näher erklärt. Die Drahtführungsvorrichtung 16 ist in der Nähe der einen Drahtrolle 12 und der anderen Drahtrolle 26 angeordnet. Weil diese zwei Drahtführungsvorrichtungen 16 in der gleichen Weise konstruiert sind, wird nur die Drahtführungsvorrichtung 16 in der Nähe Drahtrolle 26 im Folgenden näher erläutert werden. Auf eine Erläuterung bezüglich der Drahtführungsvorrichtung 16, die in der Nähe der anderen Drahtrolle 12 angeordnet ist, wird an dieser Stelle verzichtet.
Aus Fig. 2 ist zu ersehen, dass ein Linearmotor 60, der einen Bestandteil der Drahtführungsvorrichtung 16 bildet, parallel zur linken Seite der Drahtrolle 26 angeordnet ist. Zu beiden Seiten des Stators 62 des Linearmotors 60 sind Führungsschienen 64 vorgesehen. Mittels dieser Führungsschienen 64 wird ein Gleitorgan 66 in einer solchen Weise abgestützt, dass es sich in Richtung der Pfeile Y1 - Y2 frei bewegen kann. Darauf wird der überschüssige Strom in eine Spule des Gleitorgans 66 abgeleitet, sodass sich das Gleitorgan 66 in der Richtung der Pfeile Y1 - Y2 bewegen kann, und zwar parallel zu den Führungsschienen 64.
Die Drahtführungsvorrichtung 16 ist mit einer Drahtführungsrolle 68, einer als Belastungszelle ausgebildeten Detektionsvorrichtung 70 und einem Steuerelement 72 versehen, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist. Die Drahtführungsrolle 68 ist an der linken Seite der Drahtrolle 26 angeordnet, und die Drehachse der Drahtführungsrolle 68 verläuft parallel zur Längsachse der Drahtrolle 26. Die Drahtführungsrolle 68 wird mittels einer nachstehend noch zu beschreibenden Belastungszelle 70 drehbar abgestützt. Entlang des äusseren Umfangs der Drahtführungsrolle 68 ist eine Nut 68A ausgebildet, und der Draht 14 ist um diese Nut 68A gewunden.
Der Draht 14, der entlang der Nut 68A verläuft, wird zur feststehenden Führungsrolle 18 geführt, die im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt worden ist, und zwar mithilfe einer Führungsrolle 74 (Fig. 3).
Der Draht 14 wird durch die Drahtrolle 26 spiralförmig aufgewickelt. Wenn der aufzuwickelnde Draht 14 durch die Drahtrolle 26 zugeführt wird, bewegt sich der Draht um die Distanz 1 in der Richtung der Längsachse der Drahtrolle 26 (d.h., der Zufuhrwinkel des Drahtes 14 weicht um einem vorbestimmten Winkel vom erwünschten rechten Winkel ab). In diesem Fall wird eine Belastung P in der Richtung des Pfeiles auf die Zufuhrrolle 68 ausgeübt, basierend auf der Annahme, dass die Spannung im Draht 14 T beträgt. Die Belastung P wird gemäss der folgenden Formel berechnet:
P = T x (1/D)
Dabei bedeutet D eine Distanz zwischen einem Zentrum der Drahtrolle 26 und demjenigen der Drahtführungsrolle 68.
In der zuvor erwähnten Belastungszelle 70 wird die Drahtführungsrolle 68 drehbar am rechten Ende abgestützt; dabei wird das Gleitorgan 66 am linken Ende festgehalten, und zwar mittels des Blocks 71. Aus diesem Grund, und zwar wenn der Draht 14 von der Drahtrolle 26 abgewickelt wird, wird die Belastung P auf das rechte Ende der Belastungszelle 70 ausgeübt, und zwar in der Richtung des Pfeiles (Fig. 2) unter der Voraussetzung, dass die Last P in Richtung des in Fig. 4 dargestellten Pfeiles auf die Drahtführungorolle 68 einwirkt. Das Resultat ist, dass die Belastungszelle 70 derart belastet wird, dass sie ihre Form verändert und dadurch ein der Belastung P entsprechendes elektrisches Signal erzeugt.
Die Steuereinheit 72 steuert die Nachführungsgeschwindigkeit resp. die Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitorgans 66 derart, dass die Last P der Belastungszelle 70 null sein kann. Die Folge davon ist, dass der Draht 14, der um die Drahtführungsrolle 68 gewunden ist, derart kontrolliert wird, dass er im rechten Winkel zur Erstreckung der Längsachse der Drahtrolle 26 geleitet wird. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 75 ein Motortreiber bezeichnet ist.
Im Folgenden wird erklärt werden, wie die Drahtführungsvorrichtung der Drahtsäge, die in der zuvor erwähnten Weise konstruiert ist, funktioniert, und zwar mit Bezug auf das vorerwähnte Ausführungsbeispiel.
Zunächst wird der Draht 14 von der Drahtrolle 12 abgewickelt. In diesem Fall wird der Draht 14 von der Drahtrolle 26, spiralförmig aufgewickelt. D.h., der Draht 14 ist schräg auf der Drahtrolle 26, deshalb wird der Draht 14 um die Länge 1 (d.h., die Länge, um welche der Draht 14 spiralförmig aufgewunden wird) in der Richtung der Achse der Drahtrolle 26 bewegt. Die Folge davon ist, dass die Last P (siehe Fig. 2) in Richtung des Pfeiles auf die Drahtführungsrolle 68 einwirkt.
Wenn die Last P auf die Drahtführungsrolle 68 in Richtung des Pfeiles einwirkt, wirkt die Last P (siehe Fig. 2) ebenfalls in Richtung des Pfeiles auf das rechte Ende der Belastungszelle 70. Die Folge davon ist, dass die Belastungszelle 70 derart belastet wird, dass sie ihre Form ändert und demzufolge ein der Last P entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Eine Steuereinheit 72 empfängt das elektrische Signal von der Belastungszelle 70.
Die Steuereinheit 72 beeinflusst die Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitorgans 66, und zwar auf der Grundlage des elektrischen Signals, das von der Belastungszelle 70 geliefert wird, derart, dass die Last P, die auf die Belastungszelle 70 wirkt, auf null gebracht werden kann. D.h., dass der Steuereinheit 72 die Bewegungsgeschwindigkeit des Gleitorgans 66 derart mitgeteilt wird, dass die Last P, die auf die Belastungszelle 70 wirkt, auf null gebracht werden kann. Nun sendet die Steuereinheit 72 ein Informationssignal an einen Motortreiber 75, sodass das Gleitorgan 66 mit der erfassten Bewegungsgeschwindigkeit angetrieben werden kann. Der Motortreiber 75 bewegt das Gleitorgan des Linearmotors 60 auf der Grundlage einer vorgegebenen Geschwindigkeit, die auf den Informationen basiert, welche von der Steuereinheit 72 empfangen worden sind.
Das Resultat ist, dass der Draht 14 auf eine solche Weise abgewickelt wird, dass der Abwickelwinkel im Wesentlichen 90 DEG zur Längsachse der Drahtrolle 26 beträgt und dass die Verschiebung des Drahtes 14 auf diese Weise korrigiert werden kann.
Im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass der Draht 14 von der Drahtrolle 26 abgewickelt und zur Drahtführungsvorrichtung der Drahtsäge gemäss der vorliegenden Erfindung geliefert worden ist. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diesen Fall beschränkt ist. Der entsprechende Ablauf bzw. die entsprechende Funktion der Drahtführungsvorrichtung findet auch in dem Fall statt, in welchem der Draht 14 durch die Drahtrolle 26 aufgewickelt wird.
Wie im Vorstehenden erklärt worden ist, und zwar im Zusammenhang mit der Drahtführungsvorrichtung der Drahtsäge gemäss der vorliegenden Erfindung, wird die Nachführungsgeschwindigkeit der Drahtführungsrolle auf der Basis der Abweichung des Abwickel- oder Aufwickelwinkels des Drahtes sequentiell erfasst. Das bedeutet, dass eine Änderung der Abweichung des Abwickel- oder Aufwieckelwinkels des Drahtes unabhängig vom jeweiligen Zustand der Drahtsäge erfolgen kann. Daher kann die Nachführungsgeschwindigkeit des Drahtes in Abhängigkeit von der Lageveränderung des Drahtes beeinflusst werden, auch wenn die Nachführungsgeschwindigkeit des Drahtes, der sich in der Richtung der Längsachse der Drahtrolle bewegt, und die Abweichung des Abwickel- oder Aufwickelwinkels des Drahtes ändert.
Das Resultat ist, dass die korrekte Nachführungsgeschwindigkeit des Drahtes eingehalten werden kann.
Des Weiteren ist die Drahtführungsrolle mit einem Verschiebungs-Überwachungsmechanismus versehen, die in der Lage ist, die Verschiebung des Drahtes in Bezug auf die Drahtführungsrolle zu erfassen. Auf diese Weise können sich die Drahtrolle und die Drahtführungsrolle einander näher kommen. Aus diesem Grund kann die gesamte Drahtführungsvorrichtung kompakter aufgebaut werden und die Genauigkeit der Steigung der Drahtwicklung, wenn sie auf die Drahtrolle aufgewunden wird, kann verbessert werden. Schliesslich ist zu erwähnen, dass die Genauigkeit auch in Bezug auf das Erfassen der Drahtverschiebung verbessert wird.
Ausserdem kann die Verschiebung des Drahtes mit Bezug auf die Drahtführungsrolle überwacht werden, wenn die Last, der die Drahtführungsrolle ausgesetzt ist, gesteuert wird. Das Resultat ist, dass die gesamte Überwachungseinrichtung den Draht nicht berühren muss, sodass der Detektor davor bewahrt werden kann, abgenützt zu werden.
Schlussendlich soll darauf hingewiesen werden, dass es nicht in der Absicht des Erfinders steht, die Erfindung auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform zu beschränken; im Gegenteil, die Erfindung soll sämtliche Modifikationen, alternative Ausführungsformen und Äquivalente umfassen, die unter den Schutzumfang der in den nachfolgenden Ansprüchen offenbarten Erfindung fallen.