DE69304212T2

DE69304212T2 - Vorrichtung zur Regelung der Geometrie dünner mit einer Drahtsäge geschnitttener Scheiben

Info

Publication number: DE69304212T2
Application number: DE69304212T
Authority: DE
Inventors: Charles Hauser
Original assignee: Individual
Current assignee: Applied Materials Switzerland SARL
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2013-01-15
Also published as: JPH05337901A; EP0552663B1; JP3284141B2; US5377568A; CH687301A5; EP0552663A1; DE69304212D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Sägen mittels Drähten gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Sägevorrichtungen sind bereits bekannt, zum Beispiel aus der Patentschrift JP-A-1177963, worin der Sägebereich aus einem Satz von parallel zueinander gelegten Zylindern besteht. Diese als Drahtführungen bezeichneten Zylinder enthalten eingelassene Rillen, die den Abstand zwischen den Drähten der Schicht bzw. die Dicke der zu sägenden Stücke definieren.
Bei Drehbewegung eines mechanischen Elements kann die Arbeitstemperatur des benannten Elements, statt gleichbleibend zu sein, sich je nach der erforderlichen Arbeit sowie wegen der Reibungen und Wärme, die in den Lagern oder in den umliegenden Teilen erzeugt werden, mit der Zeit ändern. Wenn die Lage dieses Elements fur die erforderliche Arbeit kritisch ist, wird nicht nur die Eigentemperatur des Elements wichtig, sondern Veränderungen in der Umgebung werden ebenfalls einen Einfluss auf seine Raumlage haben. Diese Temperaturveränderungen rufen also eine thermische Ausdehnung hervor, die in bestimmten Fällen das Ergebnis der auszuführenden Arbeitsvorgänge beeinflussen kann. Es wird sich daher als notwendig erweisen, diese Ausdehnung durch eine Steuerung seiner Lage zu kompensieren, die über ein Temperaturkompensationssystem erfolgt, das thermisch, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder auf andere Weise wirkt.
Wegen der Kompliziertheit des umliegenden Systems kann sich jedoch eine genaue Regelung der Temperatur des kritischen Elements als ungenügend erweisen und eine Steuerung der Lage des Elements erforderlich werden. Diese Art von Steuerung wird umso notwendiger, je grösser die Genauigkeit der Lageeinstellung oder die Abmessungen des Elements sind.
Temperaturregelvorrichtungen sind bereits bekannt, insbesondere in der Bearbeitung hochpräziser Werkstücke oder in der robotertechnischen Lageeinstellung, bei der entweder eine Brause oder ein innerer Kreislauf benutzt wird. Diese Vorgehensweisen stützen sich jedoch auf Kühlsysteme, die mit einer Regelung der Fluidtemperatur arbeiten, und nicht auf ein System, das die Lage misst, um die Temperatur einzustellen. Ein solches System kann auf Führungselemente angewendet werden, zum Beispiel in Drehbewegung befindliche Zylinder mit zumindest einem Fixpunkt wie einem Lager.
Vorrichtungen zum Sägen mittels Draht vom vorgenannten Typ werden schon verwendet, insbesondere in der Industrie für elektronische Bauteile, Ferrite, Quarze und Kieselgüter, um Materialien wie Silicium (poly- oder einkristallin) oder neue Materialien wie GaAs, InP, GGG, auch Quarz, künstlichen Saphir und sogar Keramik in dünnen Scheiben zu erhalten. Der hohe Preis dieser Materialien macht Drahtsägen im Verhältnis zu anderen Verfahren wie dem Sägen mit der Diamantscheibe interessant.
Die Präzision der zu sägenden Werkstücke, die für elektronische Anwendungen sehr wichtig ist, hängt von der Lage der Drähte während des Sägens ab, somit also von der Lage der Drahtführungen relativ zu dem zu sägenden Werkstück. Diese Lage hängt von der Temperatur der Drahtführungen und ihrer Umgebung ab.
Diese Sägetechnik verlangt also eine einwandfreie Steuerung der Lage der Drahtführungen relativ zu dem zu sägenden Werkstück. Selbst eine langsame Bewegung führt zu Welligkeit oder Verspannung der zu sägenden Scheiben. In der vorgenannten Patentschrift JP-A-1177963 steuert die Vorrichtung für die Erkennung der relativen Querlage der Drahtführungszylinder und des zu sägenden Werkstücks einen Mechanismus, der diese Lage im Bedarfsfalle verändert. Die Lageveränderung wird dann also nur für den Satz von Drahtführungszylindern und somit für die die Schicht bildenden Drähte ausgeführt, dieses System kann somit nicht die Ausdehungseffekte kompensieren, die von einer Veränderung der Temperatur der die Vorrichtung bildenden Elemente herrühren und gleichermassen den Zwischenraum zwischen den Rillen der Zylinder, also auch den Abstand zwischen den die Schicht bildenden Drähten beeinflussen.
Die aus elektronischen Anwendungen folgenden Anforderungen verlangen es, zum Beispiel wegen der steigenden Abmessungen der Blöcke, dass selbst kleine Veränderungen vermieden werden. Daher genügt es nicht mehr, nur die Temperatur einer möglichen Kühlflüssigkeit zu steuern, sondern man muss auch die Lage der Drahtführungen selbst oder deren Temperatur steuern. Des weiteren erzeugen die die Drahtführungen haltenden, hochbelasteten Lager Wärme, die zur Ungenauigkeit des Sägens beiträgt, wenn sie sich in Nachbarbereiche verteilt und zu der beim Sägen freigesetzten Energie hinzukommt.
Das Ziel der Erfindung besteht folglich darin, die vorgenannten Nachteile bekannter Vorrichtungen auszuräumen, indem eine Sägevorrichtung des obenerwähnten Typs geschaffen wird, die eine Lagesteuerung der Drahtführungen gestattet, indem deren Lage fortlaufend mit einem Erkennungssystem gemessen wird, das mit einer Kompensationsvorrichtung zusammenwirkt, um die Lage der Drahtführungen und der die Schicht bildenden Drähte relativ zu dem zu sägenden Werkstück unverändert zu halten.
Die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Sägevorrichtung, mit der das vorgenannte Ziel erreicht werden soll, hat Mittel zur Regelung der Temperatur der benannten Zylinder und/oder des benannten Lagers, wobei diese Regelorgane mit den benannten Erkennungsorganen so zusammenwirken, dass durch thermische Kompensation die relative Lage der Drahtführungszylinder und des zu sägenden Werkstücks unverändert gehalten wird.
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung schematisch und beispielhaft.
Figur 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht des Grundprinzips einer Vorrichtung zum Sägen mittels Drähten.
Figur 2 ist eine Schnittansicht eines Drahtführungszylinders, der wie in der erfindungsgemässen Drahtsägevorrichtung verwendet wird.
Figur 3 veranschaulicht schematisch eine Abwandlung der erfindungsgemässen Drahtsägevorrichtung.
Wie in Figur 1 veranschaulicht, wird das zu sägende Werkstück 14 durch den Lagertisch 13, auf dem es befestigt ist, gegen die Schicht von Drähten 15 gedrückt. Ein Lagefühler 5 liegt zum Beispiel an dem zu sägenden Werkstück 14 oder an der freien Fläche eines Drahtführungszylinders 1 an, wobei letzterer die die Schicht 15 bildenden Drähte hält.
Figur 2 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Drahtführungszylinders 1, dessen Lage durch ein festes Lager 2 und ein freies Lager 3 aufrechterhalten wird. Die Lagemessung erfolgt vom freien Lager 3 her, und zwar durch einen Lagefühler 5 auf einer freien Fläche 4. Der Zylinder 1 hat einen inneren Kreis mit einem Fluid für die Temperaturregelung, einem Eingang 6 und einem Ausgang 7. Der Lagefühler 5 wirkt daher auf den Durchsatz und/oder die Temperatur des Temperaturregelfluids ein, um jede erkannte Veränderung der Lage des Drahtführungszylinders 1 zu kompensieren.
Figur 3 veranschaulicht schematisch eine Abwandlung, worin das zu positionierende Element der Lagertisch 13 des zu sägenden Werkstücks 14 ist. Der Tisch hat einen Einsatz 2, der sich in der senkrechten verschieben lässt, und ein freies Ende mit einer freien Fläche 4, deren Lage ein berührungsloser Fühler 5 im rechten Winkel misst. Letzterer steuert ein motorgetriebenes Dreiwegeventil 1, das das Regelfluid entweder über einen Heizer 8 oder über einen Kühler 9 leitet. Der Kreislauf wird durch die Pumpe 10 gewährleistet, während ein Behälter 12 als Puffervolumen dient.
Der Sägedraht, der die durch die Drahtführungen straffgehaltene Schicht bildet, besteht al]gemein aus Federstahl und hat einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,2 mm, um Blöcke aus harten oder exotischen Materialien (wie Silicium, Keramik, III- VI-Verbindungen, GGG, Saphir usw.) in Scheiben einer Dicke zwischen ungefähr 0,1 und 5 mm zu zersägen. Die in der vorliegenden Erfindung beschriebene Vorrichtung gestattet es also, dank eines thermischen Kompensationssystems die Scheiben der benannten Materialien mit der von den Verwendern geforderten hohen Präzision zu sägen.
Was den Fühler 5 betrifft, so kann dieser von einem Element der kapazitiven oder induktiven Näherungsmessung, einem Element der optischen oder Ultraschallerkennung oder auch einem mechanischen Fühler gebildet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Sägen mittels Drähten, mit einer Schicht von Drähten (15), die von Drahtführungszylindern (1) getragen wird und befähigt ist, sich kontinuierlich oder hin- und hergehend zu bewegen und dabei einem zu sägenden Werkstück (14) aufliegt, das seinerseits auf einem Träger (4) liegt, mit Organen (5) zur Ermittlung der Querlage der benannten Zylinder relativ zu dem benannten, zu sägenden Werkstück sowie mit Organen für eine Steuerung der benannten Zylinder (1) und/oder des benannten Trägers (4), wobei diese Steuerorgane mit den benannten Organen (5) zur Lageermittlung zusammenwirken, und zwar so, dass die relative Lage der Drahtführungszylinder und des zu sägenden Werkstücks durch Kompensation unverändert gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerorgane thermisch auf die benannten Zylinder und/oder auf den benannten Träger wirken, indem sie deren bzw. dessen Temperatur definieren.

2. Vorrichtung zum Sägen gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Drahtführungszylinder (1) auf einer Seite auf einem Lager befestigt ist, das in Querrichtung zu dem zu sägenden Werkstück unbeweglich ist, dass die Organe (5) zur Lageermittlung mit dem anderen, freien Lager des benannten Zylinders zusammenwirken, und dass die Organe zur Temperatursteuerung aus einem Kreis zum Umlauf eines Temperaturregel-Fluids im Inneren jedes Zylinders (1) bestehen, der von den benannten Organen zur Lageermittlung gesteuert wird.

3. Vorrichtung zum Sägen gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Organe (5) zur Lageermittlung mit einem freien Querende des Trägers (4) des zu sägenden Werkstücks (14) zusammenwirken und dass dieser Träger einen Kreis zum internen Umlauf eines Temperaturregel-Fluids umfasst, der die benannten Organe zur Temperatursteuerung darstellt und von den benannten Organen zur Lageermittlung gesteuert wird.

4. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Organe (5) zur Lageermittlung Elemente der kapazitiven oder induktiven Näherungsmessung, Elemente der optischen oder Ultraschallerkennung oder mechanische Fühler sind.