EP3277472A1 - Procédé et machine de découpe d'une pièce à l'aide d'un fil à abrasif - Google Patents

Procédé et machine de découpe d'une pièce à l'aide d'un fil à abrasif

Info

Publication number
EP3277472A1
EP3277472A1 EP16714832.9A EP16714832A EP3277472A1 EP 3277472 A1 EP3277472 A1 EP 3277472A1 EP 16714832 A EP16714832 A EP 16714832A EP 3277472 A1 EP3277472 A1 EP 3277472A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wire
cutting
reservoir
cut
machine according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16714832.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Fabrice Coustier
Franck BECUE
Jean-Pierre LE MEUR
Jean-Daniel PENOT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pure Ultrasonic Systems
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Pure Ultrasonic Systems
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pure Ultrasonic Systems, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Pure Ultrasonic Systems
Publication of EP3277472A1 publication Critical patent/EP3277472A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/047—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by ultrasonic cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades

Definitions

  • the present invention relates to a process for wire cutting a material, in particular a semiconductor material such as silicon, germanium or gallium nitride (GaN), or a ceramic material such as sapphire or aluminum. silicon carbide (SiC).
  • a semiconductor material such as silicon, germanium or gallium nitride (GaN), or a ceramic material such as sapphire or aluminum.
  • SiC silicon carbide
  • Wire cutting is used in many fields, particularly in fields using semiconductor materials such as microelectronics, optoelectronics or photovoltaics, in the manufacture of wafers or wafers of semiconductor material, for example.
  • semiconductor materials such as microelectronics, optoelectronics or photovoltaics
  • silicon wafers have a thickness of about 180 m and generally, a standard shape of 156 mm square. They are made from silicon ingot, monocrystalline or polycrystalline, weighing several hundred kilograms, usually of the order of 500 to 600kg. The ingot is first cut into bricks, usually 25 or 36 bricks, then these bricks are cut into wafers.
  • N is wound multiple times (hundreds or even thousands of times) around N-wire guide, N being generally between 2 and 4 and thus forms a tablecloth wired.
  • the gap between two adjacent portions of wire determines the thickness of the wafer to be cut.
  • the wire guides are rotatable and allow the wire to be rotated during cutting.
  • Wire cutting requires an abrasive element to create abrasive material chips during cutting.
  • a first type of "free abrasive" cutting uses abrasive grains, for example silicon carbide (SiC), which are integrated in a solution such as polyethylene glycol (PEG) forming a cutting liquid.
  • This cutting liquid is poured on a wire, for example a steel wire, and wraps the wire of a liquid film containing grains of abrasive. The passage of the wire surrounded by this film in a material to be cut leads to the cutting of this material.
  • a second type of "bound abrasive" cut uses a yarn on the surface of which grains of abrasives, usually diamonds, are attached.
  • This type of cutting is commonly called “diamond wire cutting”.
  • Cutting with diamond wire is a particularly interesting technique for cutting monocrystalline silicon.
  • the thread should be as thin as possible.
  • its thickness can reach about 120 m, knowing that the thickness of the wafers is of the order of 180 m. This results in a loss of silicon of about 40 to 45% when cutting a brick wafers.
  • Cutting with diamond wire has several advantages over the first free abrasive cutting technique: it offers a higher cutting speed (two to three times greater than that of the first type) and makes it possible to envisage lower cutting losses. material, thanks to the use of a finer thread.
  • the wire When cutting a silicon brick, the wire in cooperation with the abrasive element creates fine grooves in the brick. Inside these furrows, chips form and must be evacuated to avoid a jam that would reduce the cutting speed and degrade the quality of the cut surface.
  • the use of a very fine cutting wire makes it possible to reduce the losses of material but has the detrimental effect of making the extraction of the chips more difficult.
  • a first solution, used for free abrasive cutting, is to use a structured or preformed wire which is shaped to increase not only the amount of abrasive grains fed into the machining area but also the amount of chips removed. But the amplitude of preforming can not be increased at will, at the risk of reducing the mechanical strength of the wire, and, in addition, has the disadvantage of increasing the width of the cutting groove and ipso facto to increase the losses of material.
  • a second solution, used for bonded abrasive cutting is to use a segmented wire having portions of wire with abrasive grains and bare wire portions that form chip reservoirs to facilitate the removal of chips from the wire. machining area. This solution, however, has certain disadvantages.
  • abrasion is less efficient: only the portions provided with abrasive grains contribute to the removal of material, thereby reducing the material removal rate. In addition, it requires a larger wire thickness, bare wire portions to withstand the applied mechanical voltage. This solution is therefore not very suitable for cutting wafers.
  • a third solution is to add in a cutting liquid one or more chemical additive (s) intended (s) to limit the agglomeration of chips and thus facilitate their extraction from the machining area.
  • This solution however has limits when the amount of chips becomes important. In addition, its effectiveness is limited in the case where machined grooves have a small width.
  • a fourth so-called "rocking" solution consists in applying a relative reciprocating movement of the wire web with respect to the brick in order to facilitate the removal of chips from the grooves.
  • the effectiveness of this solution is however limited, especially when the furrows are deep.
  • the multiple solutions of the prior art all have very limited effectiveness in extracting chips and other contaminants from the cutting grooves.
  • this efficiency still tends to decrease when the width of the grooves is reduced in order to limit the losses of material.
  • DE 102 20 638 discloses a cutting method according to the preamble of claim 1. The present invention improves the situation.
  • the invention relates to a method for cutting a workpiece using an abrasive wire, comprising:
  • a step of contacting the wire and the workpiece so as to machine at least one groove in the workpiece vs. a step of vibrating during which the wire passes through at least one reservoir containing a transmission fluid to which vibrations produced by ultrasound are restored, said reservoir being located in the direct vicinity of the piece to be cut so as to apply to the vibrating wire which are transmitted inside the furrow;
  • the transmission fluid reservoir is formed by a cavity in a sonotrode.
  • the wire is vibrated by ultrasound, during its passage through the cavity formed directly in the sonotrode and which acts as a reservoir of transmission fluid, so that the portion of wire located inside the cutting groove is subjected to vibrations. Thanks to this, vibratory energy generated by the sonotrode is transmitted to the wire and fed into the groove by the wire. It has the effect of facilitating the extraction of chips and other contaminants from the groove, thereby increasing the cutting speed.
  • the vibrations are applied to the wire via a transmission fluid, in the direct vicinity of the piece to be cut. "Direct neighborhood" means that there is no mechanical element interposed between the part and the zone containing the transmission fluid. Because of this, it greatly limits the attenuation of vibration applied to the wire before penetration into the cutting groove.
  • the vibrations are adapted so as to vibrate said portion of wire three-dimensionally (and not only from bottom to top and vice versa).
  • the yarn vibrates in all directions inside a virtual tube.
  • the diameter of this virtual vibration tube varies according to the amplitude of the vibrations.
  • the distance between the transmission fluid zone and the piece to be cut is advantageously less than or equal to 50 cm, for example less than or equal to 10 cm.
  • the wire passes through two zones of transmission fluid respectively located upstream and downstream of the piece to be cut and in the direct vicinity of said piece. Thanks to this, arriving from both sides of the sawed part, the vibratory energy penetrates the best along the entire length of the furrow.
  • the transmission fluid is a liquid, for example a viscous liquid.
  • it could be a gas under pressure.
  • the transmission fluid zone is an overflow bath and there is provided a step of continuously feeding the bath with the transmission fluid.
  • it comprises a step of detecting a deformation of the wire in the cutting groove and a step of controlling the relative positions of the transmission fluid zone and the workpiece according to the deformation. detected so as to immerse a portion of the wire in said transmission fluid.
  • the geometry of the fluid zone, in particular its depth, and its positioning between the wire guide and the piece to be cut are adjusted to take into account this formation of "bow" and to prevent the wire from emerging at least partially from the zone of transmission fluid, which would have the effect of degrading or even preventing the transmission of vibratory energy to the wire.
  • a significant curvature of the wire at the level of the fluid zone, in particular greater than the depth thereof provision can be made to detect the deformation of the wire and to control the position of the piece relative to the transmission fluid zone (or conversely) to keep the wire immersed and therefore subjected to the desired vibratory energy.
  • the ultrasonic vibrations may have a frequency which is between 10 kHz and 200 kHz, in particular between 1 6 kHz and 100 kHz.
  • the piece to be cut is a brick of semiconductor material and in that a plurality of wafers of semiconductor material are obtained by cutting.
  • the wire is a bonded abrasive wire, in particular a diamond wire.
  • the wire is a free abrasive wire and in that there is provided a step of spraying the wire with a cutting fluid incorporating an abrasive product.
  • the method of the invention is equally applicable to cutting with a bonded abrasive wire or cutting with a free abrasive wire.
  • the invention also relates to a one-piece wire cutting machine, comprising an abrasive wire, a device for moving the wire, a device for bringing the workpiece into contact with the wire so as to form a wire.
  • At least one groove in said piece to be cut at least one acoustic vibration module comprising a reservoir intended to contain a transmission fluid, said reservoir being situated in the direct vicinity of a location of the part being cut so that to apply over the vibrations that are transmitted inside the groove, characterized in that it comprises a sonotrode intended to be subjected to ultrasound and in that the transmission fluid reservoir is formed by a cavity formed in the sonotrode, the sonotrode being adapted to restore the reservoir vibrational energy produced by ultrasound.
  • the acoustic module is adapted to vibrate the wire in a three-dimensional manner
  • the machine comprises a transmission liquid supply device adapted to supply said reservoir continuously so as to achieve an overflow bath;
  • the machine comprises two tanks which are respectively upstream and downstream of the location of the part being cut;
  • the machine comprises a sensor for detecting a deformation of the wire in the cutting groove and a servo-control module for controlling a servo-control of the relative positions of the transmission fluid reservoir and of the workpiece as a function of the deformation. detected so as to immerse a portion of the wire in said transmission fluid;
  • the acoustic module is adapted to apply vibrations which have an ultrasonic frequency of between 10 kHz and 200 kHz, in particular between 16 kHz and 100 kHz;
  • the machine comprises at least a first and a second wire guide between which the location of the piece to be cut is positioned, and in that the reservoir and the associated acoustic module are positioned between one of the first and second wire guides;
  • the height of the tank is between 1 and 10 mm;
  • the machine is adapted to cut a piece of semiconductor material into wafers
  • the wire is a bonded abrasive wire, in particular a diamond wire;
  • the wire is a free abrasive wire and the machine comprises at least one nozzle for spraying the wire with a cutting fluid incorporating an abrasive product.
  • the tank of the acoustic module is closed by a closure element so as to form a pressure chamber around the wire;
  • the closure element is a cap shaped to fit on the sonotrode
  • the closure element is a second active sonotrode, contributing to the vibration of the wire, shaped to be positioned above the tank.
  • FIG. 1 and 2 show diagrams of a cutting device according to a particular embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents a flowchart of the steps of the cutting method, according to a particular embodiment of the invention.
  • FIG 1 there is shown schematically and partially a wire cutting machine of a workpiece.
  • the piece to be cut is here in a fragile material.
  • fragmentile material it is meant to designate an elastic material until breaking on a macroscopic scale. It may especially be one of the materials of the group comprising semiconductors (for example Si, SiC, Si3N4 or other), sapphire and ceramics. The invention could, however, apply to any other type of material to be cut.
  • the cutting machine 100 is intended to cut a part such as a brick of semiconductor material 3 in order to produce a plurality of wafers or "wafers".
  • the semiconductor material is, for example, monocrystalline silicon.
  • the machine comprises, in a known manner, N wire guide, N being for example between 2 and 4, around which a cutting wire 1 is wound up multiple times so as to form a wire web.
  • the sheet has a width or "depth" between 400mm and 1 m.
  • the wire has a desired voltage here between 10 and 40 N, depending on its diameter.
  • the tension of the yarn is advantageously of the order of 60% of the yarn breaking load.
  • the machine comprises three wire guide 2A, 2B, 2C.
  • Each wire guide here comprises a rotary cylinder. At least one of the guide wire is motor, the others can be mounted free in rotation or be also motors.
  • the two so-called "upper" wire guides 2A and 2B are disposed above the so-called “lower” wire guide 2C, the longitudinal axes of the three wire guides forming a triangular prism.
  • the wire web comprises adjacent portions of wire 1 globally parallel. The gap between two adjacent portions of wire determines the thickness of the wafer to be cut. This one is here of the order of 180 m.
  • the sheet of yarn 1 extends in different planes which are perpendicular to the longitudinal axes of the yarn guides 2A-2C and tangent to the yarn guides 2A to 2C.
  • the cutting wire 1 is here a bonded abrasive wire, for example a diamond wire. It has a diameter (or thickness) here between 100 and 120 m. This voltage is for example of the order of 60% of the wire breaking load.
  • the wire 1 is connected at one of its ends to a first new wire coil (not shown) and at its other end to a second used wire coil (not shown). Each of these two coils is intended to be rotated by a motor. Under the action of the rotation of one or the other of the two coils, the wire 1 is driven in longitudinal linear displacement (that is to say in the longitudinal direction of the wire stretched and guided by the wire guides), so as to travel the path shown in dashed lines in FIG. wire guide 2A-2C.
  • the wire 1 is driven alternately in a forward direction Fi and in a return direction F-.
  • the thread 1 is driven in the forward direction Fi, which corresponds to here in the unwinding direction of the first coil of new wire, over a linear distance L, and in the return direction F-, which here corresponds to the winding direction around the first coil, over a linear distance L- ⁇ (lower at L).
  • the linear speed of the wire 1 is for example between 15 and 25 m. s "1.
  • the distance L may advantageously be between 100m and 1000m (but L may be greater than 1000 m or less than 100m).
  • the gap ⁇ is a ratio of the distance L, for example less than or equal to 10% of this distance L. The difference ⁇ could be zero.
  • the machine 100 comprises a device for bringing the piece to be cut 3 into contact with the sheet of wire 1 (not shown).
  • the device comprises a drive system for moving the workpiece 3 along a second direction F 2 orthogonal to the first direction defined by the directions of travel F 1 and F return and orthogonal to the plane in which extends the tablecloth 1 for example, the brick 3 is placed on a mobile table in vertical translation (that is to say in the direction defined by the arrow).
  • F 2 and a motor makes it possible to move the table vertically so as to bring the piece 3 in contact with the sheet of wire 1 and to maintain this contact during the machining of grooves in the brick 3.
  • the reference 12 designates the location or passage area of the workpiece during cutting.
  • the contacting device could be adapted to move the cutting wire relative to the brick to be cut.
  • the machine 100 also comprises one or more watering nozzles 4 intended to water the wire 1 with a cutting fluid, called "coolant" in English.
  • the cutting liquid here contains water and at least one additive consisting of a surfactant or wetting agent (of the order of 0.01 to 1% by weight of additive).
  • the cutting fluid is intended to form on the cutting wire 1 a liquid envelope whose particular role is to carry (that is to carry, to transport) chips of material and / or other contaminants outside of the machining area (ie outside the grooves).
  • the watering nozzles 4 are here arranged along a line parallel to the longitudinal axes of the son guides so as to spray the web over its entire width (or "depth"). They can be arranged between the two upper wire guides 2A, 2B, upstream of the location 12 of the brick 3 in the forward direction Fi, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the cutting machine 100 also comprises one or more acoustic modules for vibrating the wire 1.
  • the machine 100 comprises two acoustic modules 6A, 6B. These acoustic modules are intended to produce vibrations under the action of ultrasound and to transmit these vibrations to the portions of wire located in the grooves during machining.
  • Each acoustic module 6A (6B) comprises:
  • an ultrasonic frequency generator (not shown);
  • the converter intended to transform the electrical signal supplied by the frequency generator into mechanical displacement, by piezoelectric effect, and more precisely here by mechanical vibrations.
  • the converter is adapted to convert electrical energy into vibratory energy
  • the acoustic module 6A (6B) may comprise an amplifier or "booster" intended to amplify the speed of the sound and, consequently, the amplitude of the mechanical vibrations.
  • a module or acoustic assembly is a device whose function is to transform an electrical signal into motion, to amplify this movement if necessary, and to transmit it to a tool which is the sonotrode.
  • the sonotrode 7A (7B) is made of a material which is adapted to contract and expand under the action of ultrasound, here constituted of an aluminum alloy. It is the tool that allows to recover the vibratory energy generated for use.
  • the geometry of the sonotrode 7A (7B) is adapted to the desired application. It advantageously has here a cylinder shape. Its longitudinal axis is arranged vertically. It has a resonance frequency /.
  • the part comprising the frequency generator and the converter, on the one hand, and the sonotrode 7A (7B), on the other hand, are tuned: the generator-converter part is adapted to a frequency range containing the resonance frequency / of the sonotrode, for example the range between / - 1000Hz and / + 1000Hz.
  • the diameter of the sonotrode is advantageously much less than 1 ⁇ 4 of this wavelength, for example less than or equal to 1/8 of this wavelength.
  • the sonotrode resonates in frequency by contracting and expanding x times per second (x corresponding to the frequency /) in an amplitude that can vary from a few microns to a few hundred micrometers.
  • the ultrasonic frequency used by the acoustic modules 6A, 6B (that is to say that generated by the frequency generator) is for example between 1 6 kHz and 100 kHz, preferably greater than 20 kHz to avoid noise. Low frequencies allow greater efficiency in terms of chip evacuation. Alternatively, the acoustic modules could generate a frequency band within the indicated range.
  • each acoustic module 6A (6B) is intended to generate a high voltage and high frequency electric current.
  • the generator may be able to generate a given frequency or a given frequency band (in the case of a multi-frequency generator).
  • the generator is adapted to automatically scan a range of frequencies. ultrasound frequencies and to lock on the resonance frequency of the sonotrode 7A (7B), by a so-called "tuning" adjustment operation. This adjustment operation can be implemented during an initial configuration phase before cutting and, automatically, throughout the cutting to follow the resonant frequency and / or avoid frequency drift, so to keep a constant amplitude of vibrations.
  • the generator may be set at the factory or manually by an operator before use to be tuned with the resonant frequency of the sonotrode.
  • the sonotrode 7A (7B) is integral with a reservoir 8A (8B) intended to be filled with a fluid called "transmission fluid" and adapted to be traversed by the sheet of wire 1.
  • This reservoir 8A (8B) makes it possible to transmit to the wire 1 the vibratory energy restored by the sonotrode, via the transmission fluid in which the wire 1 is partially immersed.
  • a cavity is formed in the upper surface of the metal part of the sonotrode 7A (7B) and forms the reservoir 8A (8B) of transmission fluid.
  • the cavity here consists of a notch, or groove, having a U-shape in cross section, which diametrically crosses the upper surface of the sonotrode.
  • the cavity is thus open at its two longitudinal ends called “front” and “back” (with reference to the direction of movement of the sheet of wire). It is shaped to receive the sheet of son and be traversed by it.
  • the tank 8A (8B) is intended to be powered by transmission fluid 10A (10B) through a supply nozzle 9A (9B) connected to a transmission fluid reservoir (not shown).
  • the reservoir 8A (8B) filled with liquid forms a bath which is fed so as to produce an overflow bath.
  • the liquid essentially overflows through the open front and back ends of the bath. Continuous filling of the bath during the entire duration of the cutting operation can thus be ensured, which guarantees the immersion of the wire web in the transmission liquid throughout the cutting.
  • the height of the bath must be adapted to ensure a good transmission of the ultrasonic vibratory energy to the wire 1. It is for example between 1 mm and 10 mm.
  • the wire must be immersed in the bath.
  • the vibration amplitude of the sonotrode is advantageously adapted to not atomize the transmission fluid.
  • the flow of the overflow liquid must not induce disturbances in the bath, these being likely to affect the good transmission of vibrations.
  • the length of the bath (according to the direction determined by the direction of travel go Fi and return F-) is here between 1 and 40 cm, for example between 1 and 20 cm.
  • the width of the bath (in the direction parallel to the longitudinal axes of the wire guides) is slightly greater than the width (or depth) of the wire web 1.
  • the web 1 may have a width (or depth) for example between about 0.2 m and 1 m. However, the invention applies to any web width, and to a single cutting wire.
  • the cutting machine 100 comprises different sets or acoustic modules, arranged side by side in parallel along a line parallel to the longitudinal axes of the wire guides 2A-2C, and respectively intended to receive different portions of the sheet of thread 1.
  • the side walls of the baths have a reduced thickness, for example less than or equal to 100 ⁇ , so as not to hinder the passage of the sheet of son.
  • only the two end baths of the plurality of adjacent baths each have an end side wall, the intermediate baths being without walls to facilitate the passage of the sheet of wire 1.
  • the transmission fluid is adapted to ensure the transmission of vibrations produced by ultrasound to the wire 1 which is immersed in the bath 8A (8B). It is furthermore advantageously adapted so as not to damage the wire 1.
  • the transmission liquid may contain an adjuvant to increase its viscosity and surface tension, so as to make it viscous, and thus to limit the speed of flow of the liquid overflow.
  • an adjuvant to the transmission fluid may be the product "SURFADONE®" manufactured by the company ASHLAND.
  • the transmission fluid 10A (10B) could act as a cutting fluid 4.
  • the transmission and cutting liquid would be renewed by supply nozzles, such as the nozzles 9A and 9B, disposed above the bath.
  • the watering nozzles 4 could therefore be deleted
  • Each module or acoustic assembly 6A (6B) is positioned along the sheet of wire 1 between the location 12 of the part to be cut 3 during machining (represented by two dashed lines in FIGS. 1 and 2) and the nearest wire guide 2A (or 2B).
  • the acoustic module 6A is positioned between the wire guide 2A and the location 12
  • the acoustic module 6B is positioned between the wire guide 2B and the passage zone 12.
  • Each acoustic assembly 6A (6B) is positioned directly near the location 12 of the workpiece 3. This means that there is no interposed element between the acoustic assembly 6A (6B) and the workpiece 3 during the cutting (except for the wire web which passes through the baths 8A, 8B and the room 3).
  • the distance "d" separating each acoustic assembly 6A (6B), in particular, each bath 8A (8B), and the zone 12 for passage of the brick to be cut 3, along the path of the wire is for example less than or equal to 50 cm, preferably less than or equal to 10 cm.
  • the direct vicinity (that is to say without interposition of element capable of degrading, or even preventing the transmission of vibration energy) between each bath 8A (8B respectively) ) of ultrasonic energy transmission and the cutting brick 3 optimizes the transmission of vibration energy via the wire in the grooves during machining.
  • the reduced distance d between each bath 8A (respectively 8B) and the brick 3, in other words the proximity between the bath and the piece to be cut further improves this transmission of vibratory energy within the cutting grooves.
  • each acoustic module and applied to the wire 1 are adapted so as to vibrate the wire 1 in a three-dimensional manner. Ultimately, the wire vibrates in all directions in a virtual tube.
  • the ultrasonically vibrating wire brings vibratory energy into the cutting groove, thereby improving the removal of chips and other contaminants from the grooves.
  • the cutting speed of the brick as well as possibly the speed of driving the wire can be increased. This results in a better productivity of the cutting machine 100.
  • the invention has other advantages: it allows a cleaning of the wire as well as the surface of the cut plates, thanks to a detachment of the debris of the surface of the wire and the surfaces of the plates under the action of the vibratory energy conveyed by the thread.
  • the manufactured pads have an improved surface condition.
  • the chips and other extracted contaminants fall towards the bottom of the machine and are recovered by a waste disposal device (not shown).
  • the method comprises a step E1 driving in displacement of the wire web 1.
  • the web 1 is here driven alternately (or sequentially) in the forward direction Fi and then in the return direction F-.
  • the forward displacement is carried out on a linear distance L
  • the return displacement is carried out on a linear distance L- ⁇ .
  • L is of the order of 100m and ⁇ of the order of 5m.
  • the difference ⁇ between the displacement in the forward direction and the displacement in the return direction makes it possible to ensure a renewal of the wire 1.
  • the method comprises a step E2 of contacting the piece to be cut, here the silicon brick 3, and the sheet of wire 1.
  • the brick 3 and the sheet of wire 1 are driven in relative displacement in a direction orthogonal to the plane of the web.
  • the brick 3 which is driven in displacement in the direction F 2 (downwards in FIG. 2) orthogonal to the plane of the sheet between the two upper guides 2A, 2B, so to come into contact with the sheet of wire 1.
  • the direction of relative movement of the workpiece and the wire to bring them into contact is orthogonal to the driving direction when moving the wire for cutting.
  • the method comprises a step E3 of watering the sheet of wire 1 with a cutting liquid or "coolant" by the nozzles 4. This step is implemented continuously during the entire cutting operation.
  • the method also comprises, according to the invention, a vibrating step E4 during which the wire portions 1 located in the grooves during machining are subjected to vibrations, these vibrations being produced by ultrasound.
  • the sheet of yarn 1 passes through at least one zone (here two zones formed by the baths 8A, 8B) containing the transmission fluid to which vibrations produced by ultrasound are restored.
  • each sonotrode 7A, 7B is ultrasonically subjected.
  • the applied ultrasound frequency is adapted to resonate each sonotrode 7A (7B) so that it contracts and expands with a given resonant frequency. This frequency is for example between 1 6kHz and 100kHz.
  • the vibratory energy is restored to the corresponding bath 8A (8B) by the sonotrode 7A (7B).
  • the sheet of wire 1 passes through the baths 8A, 8B containing the transmission fluid to which vibrations produced by ultrasound are restored.
  • These baths 8A, 8B being located in the direct vicinity of the piece to be cut 3, that is to say without element interposed between the baths and the room, the vibrations are transmitted inside the groove by the wire 1.
  • the vibratory energy is thus brought inside the grooves by the wire 1 which conveys this energy.
  • the method comprises a liquid supply step E5 10A, 10B of the tanks 8A, 8B.
  • the spraying nozzles or supply nozzles 9A, 9B feed the tanks 8A, 8B continuously (or permanently) throughout the duration of the cutting operation so as to make overflow baths which remain filled during all the cutting.
  • the baths thus produced in the tanks 8A, 8B each form a film of liquid in which a portion of the moving sheet of wire 1 is immersed.
  • the feeding of the baths must be adapted to limit or even avoid the eddies.
  • the two baths 8A, 8B operate simultaneously during the cutting operation.
  • the simultaneous operation of the two baths 8A and 8B (downstream and upstream, or vice versa, depending on the direction of movement of the wire) makes it possible to ensure that the vibratory energy penetrates deeply into the grooves and thus covers the entire length of the grooves.
  • the vibratory energy fed into the grooves during machining by vibrating the wire has the effect of improving the evacuation of chips and other contaminants.
  • the portions of wire 1, wrapped in the cutting liquid, act as carrier son. They carry, transport and carry furrows and other contaminants to the outside. After the furrows exit, the chips and other contaminants are discharged at the bottom of the machine and are evacuated by a waste disposal device (not shown).
  • the invention under the effect of vibratory energy fed into the cutting grooves by the yarn sheet 1 vibrating, the extraction of chips and other contaminants from the machining area is improved. This results in a gain in cutting speed.
  • the effect of "bow" or arc, corresponding to a curvature or deflection or deformation of the wire 1 in the cutting area induced by cutting the wire is greatly diminished.
  • a step E6 of detecting a deformation of the portions of wire located in the cutting grooves or in the vicinity thereof optical or capacitive or inductive sensors may be used.
  • the portions of wire 1 located in the grooves are likely to bend forming a bow or "bow" (in English).
  • a deformation of the wire at the grooves is measured and it is detected whether it is greater than a predefined threshold S.
  • a servo-control step E7 then makes it possible to slave the relative vertical positions of the baths 8A, 8B and of the work piece 3 as a function of the deformation measured so as to ensure a continuous immersion of a portion of the sheet of yarn in bath 8A, 8B for the duration of the cutting operation.
  • a control command is transmitted to a control module which controls the displacement of the part to be cut 3.
  • the wire 1 is a diamond wire.
  • the invention can be applied to any type of bonded abrasive wire.
  • the invention could also be applied to a free abrasive wire, that is to say a wire cooperating with a solution incorporating an abrasive product, for example in the form of free abrasive grains.
  • the method comprises a step of sprinkling the wire with a cutting fluid incorporating abrasive grains. This step may correspond to the watering step 3 previously described.
  • the watering nozzles 4 are in this case intended to sprinkle the wire 1 with the cutting fluid incorporating the abrasive product.
  • the transmission fluid reservoirs are open at the top.
  • the tank of an acoustic module can be closed and form a pressure chamber around the wires.
  • the tank is closed by a closure element.
  • the closure element may be a cap shaped to fit on the upper part of the sonotrode. It is optionally equipped with an O-ring for centering and holding the cap on the sonotrode.
  • the closure member may be an anvil shaped to be positioned above the sonotrode, especially above the tank.
  • the anvil may be a second active sonotrode, contributing to the vibration of the wire.
  • a distance for example between 0.2 and 0.5 mm is advantageously provided between the top of the tank of the sonotrode and the surface vis-à-vis the closure element.
  • the transmission liquid can be introduced into the reservoir through a conduit formed in the closure element.

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Abstract

Le procédé comprend : a. une étape d'entraînement en déplacement du fil (1) b. concomitamment, une étape de mise en contact du fil (1) et de la pièce à découper (3) de sorte à usiner au moins un sillon dans la pièce à découper (3), c. une étape de mise en vibration lors de laquelle le fil traverse au moins un réservoir (8A, 8B) contenant un fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées, ledit réservoir étant situé au voisinage direct de la pièce à découper (3) de sorte à appliquer au fil (1) des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon. Le réservoir de fluide de transmission est formé par une cavité ménagée dans une sonotrode (7A, 7B).

Description

Titre : Procédé et machine de découpe d'une pièce à l'aide d'un fil à abrasif
La présente invention concerne un procédé de découpe filaire d'un matériau, notamment d'un matériau semi-conducteur tel que le silicium, le germanium ou le nitrure de gallium (GaN), ou d'un matériau en céramique tel le saphir ou le carbure de silicium (SiC).
La découpe filaire est utilisée dans de nombreux domaines, notamment dans les domaines faisant usage de matériaux semi-conducteurs tels que la microélectronique, l'optoélectronique ou le photovoltaïque, lors de la fabrication des « wafers » ou plaquettes de matériau semi-conducteur, par exemple de silicium. Dans l'industrie photovoltaïque, les wafers de silicium ont une épaisseur de l'ordre de 180 m et généralement, de façon standard, une forme carrée de 156mm de côté. Ils sont fabriqués à partir d'un lingot de silicium, monocristallin ou poly-cristallin, pesant plusieurs centaines de kilogrammes, généralement de l'ordre de 500 à 600kg. Le lingot est d'abord découpé en briques, généralement 25 ou 36 briques, puis ces briques sont découpées en wafers.
Pour la découpe des wafers, il est connu d'utiliser un fil qui est enroulé de multiples fois (des centaines, voire des milliers de fois) autour de N guide-fils, N étant généralement compris entre 2 et 4 et forme ainsi une nappe filaire. L'écart entre deux portions de fil voisines détermine l'épaisseur du wafer à découper. Les guide-fils sont rotatifs et permettent d'entraîner en rotation le fil lors de la découpe.
La découpe filaire requiert un élément abrasif destiné à créer des copeaux de matière par abrasion lors de la découpe.
Un premier type de découpe « à abrasif libre » utilise des grains d'abrasif, par exemple en carbure de silicium (SiC), qui sont intégrés dans une solution telle que du polyéthylène glycol (PEG) formant un liquide de coupe. Ce liquide de coupe est déversé sur un fil, par exemple un fil d'acier, et enveloppe le fil d'un film liquide contenant des grains d'abrasif. Le passage du fil entouré par ce film dans un matériau à découper entraîne la découpe de ce matériau.
Un deuxième type de découpe « à abrasif lié » utilise un fil sur la surface duquel des grains d'abrasifs, généralement des diamants, sont fixés. Ce type de découpe est couramment appelé « découpe par fil diamanté ». La découpe au fil diamanté constitue une technique particulièrement intéressante pour la découpe du silicium monocristallin. Le fil doit être le plus fin possible. Actuellement, son épaisseur peut atteindre environ 120 m, sachant que l'épaisseur des wafers est de l'ordre de 180 m. Il en résulte une perte de silicium d'environ 40 à 45% lors de la découpe d'une brique en wafers. La découpe par fil diamanté présente plusieurs avantages par rapport à la première technique de découpe à abrasif libre : elle offre une vitesse de coupe plus élevée (deux à trois fois plus importante que celle du premier type) et permet d'envisager de moindres pertes de matière, grâce à l'utilisation d'un fil plus fin.
Lors de la découpe d'une brique de silicium, le fil en coopération avec l'élément abrasif crée de fins sillons dans la brique. A l'intérieur de ces sillons, des copeaux se forment et doivent être évacués pour éviter un bourrage qui aurait pour effet de réduire la vitesse de coupe et de dégrader la qualité de la surface découpée. L'utilisation d'un fil de coupe très fin permet de réduire les pertes de matière mais a pour effet néfaste de rendre l'extraction des copeaux plus difficile. Il existe diverses solutions présentées ci-après pour faciliter l'extraction des copeaux.
Une première solution, utilisée pour la découpe à abrasif libre, consiste à utiliser un fil structuré ou pré-formé qui est conformé pour augmenter non seulement la quantité de grains abrasifs amenés dans la zone d'usinage mais aussi la quantité de copeaux évacués. Mais l'amplitude du préformage ne peut être augmentée à souhait, au risque de réduire la tenue mécanique du fil, et, en outre, présente l'inconvénient d'accroître la largeur du sillon de coupe et ipso facto d'augmenter les pertes de matière. Une deuxième solution, utilisée pour la découpe à abrasif lié, consiste à utiliser un fil segmenté comportant des portions de fil dotées de grains abrasifs et des portions de fil nues qui forment des réservoirs à copeaux de manière à faciliter l'extraction des copeaux de la zone d'usinage. Cette solution présente toutefois certains inconvénients. Du fait de la structure du fil, l'abrasion est moins performante : seules les portions pourvues de grains abrasifs contribuent à l'enlèvement de matière, réduisant d'autant le débit d'enlèvement matière. En outre, elle nécessite une épaisseur de fil plus importante, les portions de fil nues devant supporter la tension mécanique appliquée. Cette solution s'avère donc peu adaptée pour la découpe de wafers.
Une troisième solution consiste à ajouter dans un liquide de coupe un ou plusieurs additif(s) chimique(s) destiné(s) à limiter l'agglomération des copeaux et à faciliter ainsi leur extraction de la zone d'usinage. Cette solution présente toutefois des limites lorsque la quantité de copeaux devient importante. En outre, son efficacité est limitée dans le cas où les sillons usinés ont une faible largeur.
Une quatrième solution dite de « rocking » (balancement) consiste à appliquer un mouvement de rotation alternatif relatif de la nappe filaire par rapport à la brique afin de faciliter l'évacuation de copeaux hors des sillons. L'efficacité de cette solution est toutefois limitée, notamment lorsque les sillons sont profonds. En définitive, les multiples solutions de l'art antérieur ont toutes une efficacité très limitée pour extraire les copeaux et autres contaminants des sillons de découpe. De surcroît, cette efficacité tend encore à diminuer lorsque l'on réduit la largeur des sillons afin de limiter les pertes de matière. Le document DE 102 20 638 décrit un procédé de découpe selon le préambule de la revendication 1 . La présente invention vient améliorer la situation.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de découpe d'une pièce à l'aide d'un fil à abrasif, comprenant :
a. une étape d'entraînement en déplacement du fil ;
b. concomitamment, une étape de mise en contact du fil et de la pièce à découper de sorte à usiner au moins un sillon dans la pièce à découper ; c. une étape de mise en vibration lors de laquelle le fil traverse au moins un réservoir contenant un fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées, ledit réservoir étant situé au voisinage direct de la pièce à découper de sorte à appliquer au fil des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon ;
caractérisé en ce que le réservoir de fluide de transmission est formé par une cavité ménagée dans une sonotrode.
Selon l'invention, le fil est mis en vibration par ultrasons, lors de son passage dans la cavité ménagée directement dans la sonotrode et qui fait fonction de réservoir de liquide de transmission, de telle sorte que la portion de fil située à l'intérieur du sillon de découpe soit soumise à des vibrations. Grâce à cela, de l'énergie vibratoire générée par la sonotrode est transmise au fil et amenée dans le sillon par le fil. Elle a pour effet de faciliter l'extraction des copeaux et autres contaminants du sillon, ce qui permet d'augmenter la vitesse de découpe. Lors de la découpe, les vibrations sont appliquées au fil par l'intermédiaire d'un fluide de transmission, au voisinage direct de la pièce à découper. Par « voisinage direct », on entend signifier qu'il n'y a aucun élément mécanique interposé entre la pièce et la zone contenant le fluide de transmission. Grâce à cela, on limite grandement l'atténuation des vibrations appliquées au fil avant pénétration dans le sillon de découpe. Avantageusement, les vibrations sont adaptées de sorte à faire vibrer ladite portion de fil de manière tridimensionnelle (et non seulement de bas en haut et inversement). En définitive, le fil vibre dans toutes les directions à l'intérieur d'un tube virtuel. Le diamètre de ce tube virtuel de vibration varie en fonction de l'amplitude des vibrations.
La distance entre la zone de fluide de transmission et la pièce à découper est avantageusement inférieure ou égale à 50 cm, par exemple inférieure ou égale à 10 cm.
Dans un mode de réalisation particulier, le fil traverse deux zones de fluide de transmission respectivement situées en amont et en aval de la pièce à découper et au voisinage direct de ladite pièce. Grâce à cela, en arrivant de part et d'autre de la pièce sciée, l'énergie vibratoire pénètre au mieux sur toute la longueur du sillon.
Avantageusement, le fluide de transmission est un liquide, par exemple un liquide visqueux. En variante, il pourrait s'agir d'un gaz sous pression. Dans un mode de réalisation particulier, la zone de fluide de transmission est un bain à débordement et il est prévu une étape d'alimentation en continu du bain avec le fluide de transmission.
Dans une variante de réalisation, il comprend une étape de détection d'une déformation du fil dans le sillon de découpe et une étape d'asservissement des positions relatives de la zone de fluide de transmission et de la pièce à découper en fonction de la déformation détectée de manière à assurer une immersion d'une portion du fil dans ledit fluide de transmission. Lors de la découpe, le fil doit être tendu et droit. Plus le fil est droit, meilleure est la coupe, notamment du point de vue de la qualité de surface des pièces sciées. Le fil subit toutefois une légère courbure ou déflexion pendant la coupe. Ce phénomène est couramment appelé effet de « bow » (en anglais) ou de flèche. La géométrie de la zone de fluide, notamment sa profondeur, et son positionnement entre le guide fil et la pièce à découper sont ajustés pour prendre en compte cette formation de « bow » et éviter que le fil ne sorte au moins partiellement de la zone de fluide de transmission, ce qui aurait pour effet de dégrader voire d'empêcher la transmission de l'énergie vibratoire au fil. Dans le cas d'une courbure importante du fil au niveau de la zone de fluide, notamment supérieure à la profondeur de celle-ci, on peut prévoir de détecter la déformation du fil et d'asservir la position de la pièce par rapport à la zone de fluide de transmission (ou inversement) pour maintenir le fil immergé et donc soumis à l'énergie vibratoire voulue.
Les vibrations ultrasonores peuvent avoir une fréquence qui est comprise entre 10 kHz et 200 kHz, notamment entre 1 6 kHz et 100 kHz.
Dans un exemple de réalisation particulier, la pièce à découper est une brique en matériau semi-conducteur et en ce qu'une pluralité de plaquettes en matériau semi-conducteur sont obtenues par la découpe. Dans un premier mode de réalisation, le fil est un fil à abrasif lié, notamment un fil diamanté.
Dans un deuxième mode de réalisation, le fil est un fil à abrasif libre et en ce qu'il est prévu une étape d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant un produit abrasif.
Le procédé de l'invention s'applique tout aussi bien à une découpe avec un fil à abrasif lié qu'à une découpe avec un fil à abrasif libre. L'invention concerne aussi une machine de découpe filaire d'une pièce, comprenant un fil à abrasif, un dispositif d'entraînement en déplacement du fil, un dispositif de mise en contact de la pièce à découper avec le fil de sorte à former au moins un sillon dans ladite pièce à découper, au moins un module acoustique de mise en vibration comportant un réservoir destiné à contenir un fluide de transmission, ledit réservoir étant situé au voisinage direct d'un emplacement de la pièce en cours de découpe de sorte à appliquer au fil des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon, caractérisé en ce qu'il comprend une sonotrode destinée à être soumise à des ultrasons et en ce que le réservoir de liquide de transmission est formé par une cavité ménagée dans la sonotrode, la sonotrode étant adaptée pour restituer au réservoir l'énergie vibratoire produite par les ultrasons.
La machine comprend avantageusement tout ou partie des caractéristiques additionnelles suivantes :
- le module acoustique est adapté pour faire vibrer le fil de manière tridimensionnelle ;
- la machine comprend un dispositif d'alimentation en liquide de transmission adapté pour alimenter ledit réservoir en continu de sorte à réaliser un bain à débordement ;
- la distance entre le réservoir et l'emplacement de la pièce à découper est inférieure ou égale à 50 cm, notamment inférieure ou égale à 10 cm ; - la machine comprend deux réservoirs qui sont respectivement situés en amont et en aval de l'emplacement de la pièce en cours de découpe ;
- la machine comprend un capteur de détection d'une déformation du fil dans le sillon de découpe et un module d'asservissement destiné à commander un asservissement des positions relatives du réservoir de fluide de transmission et de la pièce à découper en fonction de la déformation détectée de manière à assurer une immersion d'une portion du fil dans ledit fluide de transmission ;
- le module acoustique est adapté pour appliquer des vibrations qui ont une fréquence ultrasonore comprise entre 10 kHz et 200 kHz, notamment entre 1 6 kHz et 100 kHz ;
- la machine comprend au moins un premier et un deuxième guide-fil entre lesquels l'emplacement de la pièce à découper est positionné, et en ce que le réservoir et le module acoustique associé sont positionnés entre l'un des premier et deuxième guide-fil ;
la hauteur du réservoir est comprise entre 1 et 10 mm ;
la machine est adaptée pour découper une pièce en matériau semiconducteur en plaquettes ;
le fil est un fil à abrasif lié, notamment un fil diamanté ;
le fil est un fil à abrasif libre et la machine comprend au moins une buse d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant un produit abrasif. le réservoir du module acoustique est fermé par un élément de fermeture de sorte à former une chambre de pression autour du fil ;
l'élément de fermeture est un capuchon conformé pour s'emboîter sur la sonotrode ;
l'élément de fermeture est une deuxième sonotrode active, contribuant à la mise en vibration du fil, conformée pour être positionnée au-dessus du réservoir.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un mode de réalisation particulier du procédé de découpe filaire et d'une forme de réalisation particulière du dispositif de découpe filaire de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- Les figures 1 et 2 représentent des schémas d'un dispositif de découpe selon une forme de réalisation particulière de l'invention ;
- La figure 3 représente un organigramme des étapes du procédé de découpe, selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
Sur la figure 1 , on a représenté de façon schématique et partielle une machine de découpe filaire d'une pièce. La pièce à découper est ici en un matériau fragile. Par matériau « fragile », on entend désigner un matériau élastique jusqu'à rupture à l'échelle macroscopique . Il peut notamment s'agir de l'un des matériaux du groupe comportant des semi-conducteurs (par exemple Si, SiC, Si3N4 ou autre), du saphir et des céramiques. L'invention pourrait toutefois s'appliquer à tout autre type de matériau à découper. Dans l'exemple particulier de réalisation décrit ici, la machine de découpe 100 est destinée à découper une pièce telle qu'une brique de matériau semiconducteur 3 afin de réaliser une pluralité de plaquettes ou « wafers ». Le matériau semi-conducteur est par exemple du silicium monocristallin.
La machine comprend, de façon connue, N guide-fil, N étant par exemple compris entre 2 et 4, autour desquels un fil de découpe 1 est enroulé de multiples fois de sorte à former une nappe filaire. La nappe présente une largeur ou « profondeur » comprise entre 400mm et 1 m. Le fil a une tension souhaitée ici comprise entre 10 et 40 N, selon son diamètre. La tension du fil est avantageusement de l'ordre de 60% de la charge à rupture du fil.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, la machine comprend trois guide-fil 2A, 2B, 2C. Chaque guide-fil comprend ici un cylindre rotatif. L'un au moins des guide-fil est moteur, les autres pouvant être montés libres en rotation ou être également moteurs. Les deux guide-fil 2A et 2B dits « supérieurs » sont disposés au-dessus du guide-fil 2C dit « inférieur », les axes longitudinaux des trois guide-fil formant un prisme triangulaire. La nappe filaire comprend des portions de fil 1 voisines globalement parallèles. L'écart entre deux portions de fil voisines détermine l'épaisseur de la plaquette à découper. Celle-ci est ici de l'ordre de 180 m. La nappe de fil 1 s'étend dans différents plans qui sont perpendiculaires aux axes longitudinaux des guide-fil 2A-2C et tangents aux guide-fil 2A à 2C.
Le fil de découpe 1 est ici un fil à abrasif lié, par exemple un fil diamanté. Il présente un diamètre (ou épaisseur) ici compris entre 100 et 120 m. Cette tension est par exemple de l'ordre de 60% de la charge à rupture du fil. Le fil 1 est relié, à l'une de ses extrémités, à une première bobine de fil neuf (non représentée) et, à son autre extrémité, à une deuxième bobine de fil usagé (non représentée). Chacune de ces deux bobines est destinée à être entraînée en rotation par un moteur. Sous l'action de la rotation de l'une ou l'autre des deux bobines, le fil 1 est entraîné en déplacement linéaire longitudinal (c'est-à-dire dans la direction longitudinale du fil tendu et guidé par les guide-fil), de sorte à parcourir le trajet représenté en pointillés sur la figure 2 entourant les guide-fil 2A-2C. Le fil 1 est entraîné de façon alternative dans un sens aller Fi et dans un sens retour F- . Afin d'assurer un renouvellement régulier du fil 1 , lors de chaque séquence d'entraînement du fil (une « séquence » comportant un déplacement aller suivi d'un déplacement retour), le fil 1 est entraîné dans le sens aller F-i, qui correspond ici au sens de déroulement de la première bobine de fil neuf, sur une distance linéaire L, et dans le sens retour F- , qui correspond ici au sens d'enroulement autour de la première bobine, sur une distance linéaire L-δ (inférieure à L). La vitesse linéaire du fil 1 est par exemple comprise entre 15 et 25 m. s"1. La distance L peut être avantageusement comprise entre 100m et 1000m (mais L pourrait être supérieure à 1000m ou inférieure à 100m). L'écart δ correspond à un ratio de la distance L, par exemple inférieur ou égal à 10% de cette distance L. L'écart δ pourrait être nul.
La machine 100 comprend un dispositif de mise en contact de la pièce à découper 3 et de la nappe de fil 1 (non représenté). Le dispositif comporte un système d'entraînement en déplacement de la pièce à découper 3 selon une deuxième direction F2 orthogonale à la première direction définie par les sens de déplacement aller Fi et retour F- et orthogonale au plan dans lequel s'étend la nappe de fil 1 entre les guide-fils supérieurs 2A et 2B, comme représenté sur la figure 2. Par exemple, la brique 3 est posée sur une table mobile en translation verticale (c'est-à-dire selon la direction définie par la flèche F2), et un moteur permet de déplacer la table verticalement de sorte à amener la pièce 3 en contact avec la nappe de fil 1 et à maintenir ce contact pendant l'usinage de sillons dans la brique 3. Sur les figures 1 et 2, la référence 12 désigne l'emplacement ou zone de passage de la pièce à découper durant la découpe. En variante, le dispositif de mise en contact pourrait être adapté pour déplacer le fil de découpe par rapport à la brique à découper. La machine 100 comprend également une ou plusieurs buses d'arrosage 4 destinées à arroser le fil 1 avec un liquide de coupe, appelé « coolant » en anglais. Le liquide de coupe contient ici de l'eau et au moins un additif constitué par un agent surfactant ou mouillant (de l'ordre de 0,01 à 1 % en poids d'additif). Le liquide de coupe est destiné à former sur le fil de coupe 1 une enveloppe liquide ayant notamment pour rôle de charrier (c'est-à-dire d'emporter, de transporter) des copeaux de matière et/ou autres contaminants en dehors de la zone d'usinage (c'est-à-dire en dehors des sillons). Les buses d'arrosage 4 sont ici disposées le long d'une ligne parallèle aux axes longitudinaux des guides fils afin d'asperger la nappe sur toute sa largeur (ou « profondeur »). Elles peuvent être disposées entre les deux guide-fils supérieurs 2A, 2B, en amont de l'emplacement 12 de la brique 3 dans le sens aller F-i , comme représenté sur les figures 1 et 2. Selon l'invention, la machine de découpe 100 comprend également un ou plusieurs modules acoustiques de mise en vibration du fil 1 . Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , la machine 100 comprend deux modules acoustiques 6A, 6B. Ces modules acoustiques sont destinés à produire des vibrations sous l'action d'ultrasons et à transmettre ces vibrations aux portions de fil situées dans les sillons en cours d'usinage. Chaque module acoustique 6A (6B) comprend :
- une alimentation électrique de puissance 1 1 A (1 1 B) ;
- un générateur de fréquences ultrasons (non représenté) ;
- un convertisseur destiné à transformer le signal électrique fourni par le générateur de fréquences en déplacement mécanique, par effet piézoélectrique, et plus précisément ici en vibrations mécaniques. En d'autres termes, le convertisseur est adapté pour convertir de l'énergie électrique en énergie vibratoire ;
- une pièce, ici métallique, appelée sonotrode 7A (7B), apte à se contracter et à se dilater afin de restituer l'énergie vibratoire produite à un élément. De façon optionnelle, le module acoustique 6A (6B) peut comprendre un amplificateur ou « booster » destiné à amplifier la vitesse du son et, par voie de conséquence, l'amplitude des vibrations mécaniques. Un module ou ensemble acoustique est un dispositif qui a pour fonction de transformer un signal électrique en mouvement, d'amplifier si besoin ce mouvement, et de le transmettre à un outil qui est la sonotrode.
La sonotrode 7 A (7B) est réalisée en un matériau qui est adapté pour se contracter et se dilater sous l'action d'ultrasons, constitué ici d'un alliage d'aluminium. Elle constitue l'outil qui permet de récupérer l'énergie vibratoire générée pour utilisation.
La géométrie de la sonotrode 7A (7B) est adaptée à l'application souhaitée. Elle a avantageusement ici une forme de cylindre. Son axe longitudinal est disposé verticalement. Elle possède une fréquence de résonnance /. La partie comportant le générateur de fréquence et le convertisseur, d'une part, et la sonotrode 7A (7B), d'autre part, sont accordées : la partie générateur-convertisseur est adaptée à une plage de fréquence contenant la fréquence de résonnance / de la sonotrode, par exemple la plage comprise entre / - 1000Hz et / + 1000Hz. La longueur d'onde correspondante est déterminée par la vitesse v de déplacement du son dans le matériau constituant la sonotrode à l'aide de la relation : λ = - . Le diamètre de la sonotrode est avantageusement très inférieur à ¼ de cette longueur d'onde, par exemple inférieure ou égale à 1 /8 de cette longueur d'onde. En fonctionnement, la sonotrode résonne en fréquence en se contractant et en se dilatant x fois par seconde (x correspondant à la fréquence /) dans une amplitude pouvant varier de quelques micromètres à quelques centaines de micromètres. La fréquence ultrason utilisée par les modules acoustiques 6A, 6B (c'est- à-dire celle générée par le générateur de fréquence) est par exemple comprise entre 1 6 kHz et 100 kHz, de préférence supérieure à 20 kHz pour éviter les nuisances sonores. Les fréquences basses permettent une plus grande efficacité en termes d'évacuation des copeaux. En variante, les modules acoustiques pourraient générer une bande de fréquences comprises dans la plage indiquée. Le générateur de chaque module acoustique 6A (6B) est destiné à générer un courant électrique haute tension et haute fréquence. Le générateur peut être apte à générer une fréquence donnée ou à une bande de fréquences donnée (cas d'un générateur multi-fréquences).Dans l'exemple particulier de réalisation décrit ici, le générateur est adapté pour scanner de façon automatique une gamme de fréquences ultrasonores et pour se caler sur la fréquence de résonnance de la sonotrode 7A (7B), par une opération de réglage dite de « tuning ». Cette opération de réglage peut être mise en œuvre lors d'une phase initiale de configuration avant la découpe et, de façon automatique, tout au long de la découpe afin de suivre la fréquence de résonance et/ou éviter une dérive de fréquence, de sorte à conserver une amplitude de vibrations constante. En variante, le générateur peut être réglé en usine ou manuellement par un opérateur avant utilisation pour être accordé avec la fréquence de résonance de la sonotrode. La sonotrode 7A (7B) est solidaire d'un réservoir 8A (8B) destiné à être rempli par un fluide dit « fluide de transmission » et adapté pour être traversé par la nappe de fil 1 . Ce réservoir 8A (8B) permet de transmettre au fil 1 l'énergie vibratoire restituée par la sonotrode, par l'intermédiaire du fluide de transmission dans lequel le fil 1 est partiellement immergé. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, une cavité est ménagée dans la surface supérieure de la pièce métallique de la sonotrode 7A (7B) et forme le réservoir 8A (8B) de fluide de transmission. La cavité est ici constituée par une encoche, ou rainure, ayant une forme de U en section transversale, qui traverse diamétralement la surface supérieure de la sonotrode. La cavité est ainsi ouverte à ses deux extrémités longitudinales dites « avant » et « arrière » (en référence au sens de déplacement de la nappe de fil). Elle est conformée pour recevoir la nappe de fils et être traversée par celle-ci. Le réservoir 8A (8B) est destiné à être alimenté en liquide de transmission 10A (10B) par une buse d'alimentation 9A (9B) reliée à un réservoir de liquide de transmission (non représenté). Le réservoir 8A (8B) rempli de liquide forme un bain qui est alimenté de sorte à réaliser un bain à débordement. Le liquide déborde essentiellement par les extrémités avant et arrière ouvertes du bain. Un remplissage continu du bain pendant toute la durée de l'opération de découpe peut ainsi être assuré, ce qui garantit l'immersion de la nappe filaire dans le liquide de transmission pendant toute la découpe.
La hauteur du bain doit être adaptée pour assurer une bonne transmission de l'énergie vibratoire ultrasonore au fil 1 . Elle est par exemple comprise entre 1 mm et 10mm. En particulier, le fil doit être immergé dans le bain. Notons également que l'amplitude de vibration de la sonotrode est avantageusement adaptée pour ne pas atomiser le liquide de transmission. De plus, l'écoulement du liquide en débordement ne doit pas induire de perturbations dans le bain, celles-ci étant susceptibles de nuire à la bonne transmission des vibrations. La longueur du bain (selon la direction déterminée par les sens de déplacement aller Fi et retour F- ) est ici comprise entre 1 et 40 cm, par exemple entre 1 et 20 cm. La largeur du bain (selon la direction parallèle aux axes longitudinaux des guide-fil) est légèrement supérieure à la largeur (ou profondeur) de la nappe de fil 1 . La nappe de fil 1 peut avoir une largeur (ou profondeur) comprise par exemple entre environ 0, 2 m et 1 m. Toutefois, l'invention s'applique à toute largeur de nappe, et à un seul fil de découpe.
Dans une variante de réalisation, la machine de découpe 100 comprend différents ensembles ou modules acoustiques, disposés côte à côte en parallèle le long d'une ligne parallèle aux axes longitudinaux des guide-fil 2A-2C, et respectivement destinés à recevoir différentes portions de la nappe de fil 1 . Dans ce cas, les parois latérales des bains ont une épaisseur réduite, par exemple inférieure ou égale à 100μηι, de manière à ne pas gêner le passage de la nappe de fils. En variante, seuls les deux bains d'extrémité de la pluralité de bains voisins possèdent chacun une paroi latérale d'extrémité, les bains intermédiaires étant dépourvus de parois pour faciliter le passage de la nappe de fil 1 . Le liquide de transmission est adapté pour assurer la transmission des vibrations produites par ultrason au fil 1 qui est immergé dans le bain 8A (8B). Il est en outre avantageusement adapté pour ne pas endommager le fil 1 . Il contient par exemple de l'eau, ou de l'eau dé-ionisée, pouvant incorporer un ou plusieurs additif(s), notamment un agent mouillant ou surfactant. L'agent mouillant ou surfactant permet d'améliorer le mouillage du fil par le liquide et d'éviter la formation de petites bulles d'air sur les poussières et/ou les diamants liés au fil, qui seraient susceptibles de perturber la transmission des ondes vibratoires. Le liquide de transmission peut contenir un adjuvant destiné à augmenter sa viscosité et sa tension superficielle, de manière à le rendre visqueux, et permettre ainsi de limiter la vitesse d'écoulement du liquide en débordement. Par exemple, un adjuvant au liquide de transmission peut être le produit « SURFADONE® » fabriqué par la société ASHLAND.
Le liquide de transmission 10A (10B) pourrait jouer le rôle de liquide de découpe 4. Dans ce cas, et le liquide de transmission et de découpe serait renouvelé par des buses d'alimentation, telles que les buses 9A et 9B, disposées au-dessus du bain. Les buses d'arrosage 4 pourraient donc être supprimées
Chaque module ou ensemble acoustique 6A (6B) est positionné le long de la nappe de fil 1 entre l'emplacement 12 de la pièce à découper 3 en cours d'usinage (représenté par deux traits en pointillés sur les figures 1 et 2) et le guide-fils 2A (ou 2B) le plus proche. Ainsi, le module acoustique 6A est positionné entre le guide-fils 2A et l'emplacement 12, et le module acoustique 6B est positionné entre le guide-fils 2B et la zone de passage 12. Chaque ensemble acoustique 6A (6B) est positionné directement à proximité de l'emplacement 12 de la pièce à découper 3. Cela signifie qu'il n'y a aucun élément interposé entre l'ensemble acoustique 6A (6B) et la pièce à découper 3 pendant la découpe (hormis la nappe de fils qui traverse les bains 8A, 8B et la pièce 3). En référence à la figure 2, la distance « d » séparant chaque ensemble acoustique 6A (6B), notamment chaque bain 8A (8B), et la zone 12 de passage de la brique à découper 3, le long du trajet du fil, est par exemple inférieure ou également à 50 cm, préférentiellement inférieure ou égale à 10cm. Lors de la découpe d'une brique 3, le voisinage direct (c'est-à-dire sans interposition d'élément susceptible de dégrader, voire d'empêcher, la transmission de l'énergie vibratoire) entre chaque bain 8A (respectivement 8B) de transmission d'énergie ultrasonore et la brique à découper 3 permet d'optimiser la transmission de l'énergie vibratoire via le fil dans les sillons en cours d'usinage. De surcroît, la distance réduite d entre chaque bain 8A (respectivement 8B) et la brique 3, autrement dit la proximité entre le bain et la pièce à découper, améliore encore cette transmission de l'énergie vibratoire au sein des sillons de découpe.
Les vibrations produites par chaque module acoustique et appliquées au fil 1 sont adaptées de sorte à faire vibrer le fil 1 de manière tridimensionnelle. En définitive, le fil vibre dans toutes les directions dans un tube virtuel.
Le fil mis en vibration par ultrasons amène de l'énergie vibratoire à l'intérieur du sillon de découpe, ce qui a pour effet d'améliorer l'extraction des copeaux et autres contaminants hors des sillons. Grâce à cela, la vitesse de découpe de la brique ainsi qu'éventuellement la vitesse d'entraînement du fil peuvent être augmentées. Il en résulte une meilleure productivité de la machine de découpe 100.
L'invention présente d'autres avantages : elle permet un nettoyage du fil ainsi que de la surface des plaquettes découpées, grâce à un détachement des débris de la surface du fil et des surfaces des plaquettes sous l'action de l'énergie vibratoire véhiculée par le fil. En outre, les plaquettes fabriquées présentent un état de surface amélioré. En sortie des sillons, les copeaux et autres contaminants extraits tombent vers le fond de la machine et sont récupérés par un dispositif d'évacuation des déchets (non représenté). On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, le procédé de découpe d'une pièce, en l'espèce un brique de silicium monocristallin 3, selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Le procédé est mis en œuvre par la machine de découpe 100 des figures 1 et 2 et correspond au procédé de fonctionnement de cette machine.
Le procédé comprend une étape E1 d'entraînement en déplacement de la nappe filaire 1 . La nappe 1 est ici entraînée de façon alternée (ou séquentielle) dans le sens aller Fi puis dans le sens retour F- . Le déplacement aller s'effectue sur une distance linéaire L, tandis que le déplacement retour s'effectue sur une distance linéaire L-δ. Par exemple L est de l'ordre de 100m et δ de l'ordre de 5m. L'écart δ entre le déplacement en sens aller et le déplacement en sens retour permet d'assurer un renouvellement du fil 1 .
Concomitamment à l'étape E1 , le procédé comprend une étape E2 de mise en contact de la pièce à découper, ici la brique de silicium 3, et de la nappe de fil 1 . Lors de cette étape E2, la brique 3 et la nappe de fil 1 sont entraînées en déplacement relatif selon une direction orthogonale au plan de la nappe. Dans le mode de réalisation décrit ici, c'est la brique 3 qui est entraînée en déplacement dans le sens F2 (vers le bas sur la figure 2) orthogonal au plan de la nappe entre les deux guides supérieurs 2A, 2B, de sorte à entrer en contact avec la nappe de fil 1 . La direction de déplacement relatif de la pièce et du fil pour les mettre en contact est orthogonale à la direction d'entraînement en déplacement du fil pour la découpe.
La mise en contact de la brique 3 et de la nappe de fil 1 et l'entraînement en déplacement concomitant de la nappe de fil 1 dans le sens Fi ou F- ont pour effet de former ou creuser des sillons dans la brique 3. Le procédé comprend une étape E3 d'arrosage de la nappe de fil 1 avec un liquide de coupe ou « coolant » par les buses 4. Cette étape est mise en œuvre de façon continue pendant toute l'opération de découpe. Le procédé comprend également, selon l'invention, une étape de mise en vibration E4 lors de laquelle on soumet à des vibrations les portions de fil 1 situées dans les sillons en cours d'usinage, ces vibrations étant produites par ultrason. A cet effet, la nappe de fil 1 traverse au moins une zone (ici deux zones constituées par les bains 8A, 8B) contenant le fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées. Les zones de fluide de transmission étant situées au voisinage direct de la pièce à découper 3, on applique ainsi au fil 1 des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon. Les vibrations appliquées sont adaptées de sorte à faire vibrer les portions de fil situées à l'intérieur des sillons de manière tridimensionnelle. Cette étape E4 est concomitante aux étapes E1 à E3. Lors de l'étape E4, on soumet chacune des sonotrodes 7A, 7B à des ultrasons. La fréquence ultrason appliquée est adaptée pour faire résonner chaque sonotrode 7A (7B) de sorte à ce qu'elle se contracte et se dilate avec une fréquence de résonnance donnée. Cette fréquence est par exemple comprise entre 1 6kHz et 100kHz. L'énergie vibratoire est restituée au bain correspondant 8A (8B) par la sonotrode 7A (7B). La nappe de fil 1 traverse les bains 8A, 8B contenant le fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées. Ces bains 8A, 8B étant situés au voisinage direct de la pièce à découper 3, c'est-à-dire sans élément interposé entre les bains et la pièce, les vibrations sont transmises à l'intérieur du sillon par le fil 1 . L'énergie vibratoire est ainsi amenée à l'intérieur des sillons par le fil 1 qui véhicule cette énergie.
Concomitamment à l'étape de mise en vibration E4, le procédé comprend une étape E5 d'alimentation en liquide 10A, 10B des réservoirs 8A, 8B. Les buses d'aspersion ou d'alimentation 9A, 9B alimentent les réservoirs 8A, 8B de façon continue (ou permanente) pendant toute la durée de l'opération de découpe de sorte à réaliser des bains à débordement qui demeurent remplis pendant toute la découpe. Les bains ainsi réalisés dans les réservoirs 8A, 8B forment chacun un film de liquide dans lequel une portion de la nappe de fil 1 en mouvement est immergée. L'alimentation des bains doit être adaptée pour limiter, voire éviter, les remous.
Le fait d'immerger une portion de la nappe de fil 1 dans un bain de liquide afin de transmettre au fil 1 de l'énergie vibratoire permet de s'affranchir d'une contrainte de positionnement extrêmement précis du fil 1 par rapport à la sonotrode 7A (ou 7B). En effet, dans l'hypothèse où l'énergie vibratoire serait transmise au fil 1 directement (sans liquide intermédiaire de transmission) par la sonotrode 7 A (ou 7B), il faudrait positionner la nappe de fil 1 de sorte à ce que la distance entre le fil et la sonotrode soit de l'ordre de quelques microns. Une telle précision est cependant limitée par les variations de diamètre du fil 1 dues à la présence ou non de grains abrasifs et par des vibrations « parasites » du fil 1 résultant notamment du fait que le fil est entraîné en déplacement à une vitesse très rapide.
Dans le mode de réalisation particulier décrit ici, les deux bains 8A, 8B fonctionnent simultanément durant l'opération de découpe. Le fonctionnement simultané des deux bains 8A et 8B (aval et amont, ou inversement, selon le sens de déplacement du fil) permet s'assurer que l'énergie vibratoire pénètre profondément dans les sillons et ainsi couvre toute la longueur des sillons.
Dans une première variante de réalisation, on pourrait envisager de faire fonctionner l'un seul des deux bains 8A (ou 8B) , lorsque la nappe de fil 1 circule dans le sens F-i , et l'autre bain 8B (ou 8A) , lorsque la nappe de fil 1 circule dans l'autre sens F-i '. Par exemple, selon le sens de déplacement de la nappe de fil 1 , seul le bain situé en amont de la pièce à découper pourrait fonctionner, à savoir le bain 8A pour le sens de déplacement Fi du fil 1 et le bain 8B pour le sens de déplacement F- du fil 1 . Dans une deuxième variante de réalisation, on pourrait faire fonctionner l'un seul des bains 8A (ou 8B) quel que soit le sens de déplacement du fil 1 . LA machine de découpe pourrait être équipée d'un seul module acoustique 6A (ou 6B).
L'énergie vibratoire amenée dans les sillons en cours d'usinage par la mise en vibration du fil a pour effet d'améliorer l'évacuation des copeaux et autres contaminants. Les portions de fil 1 , enveloppées du liquide de coupe, jouent le rôle de fils porteurs. Elles charrient, transportent et emmènent vers l'extérieur des sillons les copeaux et autres contaminants. Après la sortie des sillons, les copeaux et autres contaminants sont déversés au fond de la machine et sont évacués par un dispositif d'évacuation des déchets (non représentés).
Grâce à l'invention, sous l'effet de l'énergie vibratoire amenée dans les sillons de découpe par la nappe de fil 1 mise en vibration, l'extraction des copeaux et autres contaminants de la zone usinage est améliorée. Il en résulte un gain en vitesse de découpe. De surcroît, l'effet de « bow » ou d'arc, correspondant à une courbure ou déflexion ou déformation du fil 1 dans la zone de découpe induite par la découpe au fil (analogue à celui observé lors de la découpe au fil d'une motte de beurre) est fortement diminué.
Dans un deuxième mode de réalisation du procédé, il est prévu une étape E6 de détection d'une déformation des portions de fil situées dans les sillons de découpe ou au voisinage de ceux-ci. A cet effet, on peut utiliser des capteurs optiques ou capacitifs ou inductifs. Durant la découpe, les portions de fil 1 situées dans les sillons sont susceptibles de se courber en formant un arc ou « bow » (en anglais). Lors de cette étape de détection E6, on mesure une déformation du fil au niveau des sillons et on détecte si elle est supérieure à un seuil S prédéfini. Une étape d'asservissement E7 permet ensuite d'asservir les positions verticales relatives des bains 8A, 8B et de la pièce à découper 3 en fonction de la déformation mesurée de manière à assurer une immersion continue d'une portion de la nappe de fil dans le bain 8A, 8B pendant toute la durée de l'opération de découpe. Lors de l'étape d'asservissement E6, sur détection d'une déformation du fil 1 , une commande d'asservissement est transmise à un module de commande qui contrôle le déplacement de la pièce à découper 3. La commande d'asservissement commande un déplacement vertical de la pièce à découper 3, fonction de la déformation détectée, les modules acoustiques 6A et 6B étant fixes. En variante, on pourrait envisager de déplacer les modules acoustiques 6A, 6B par rapport à la pièce à découper 3.
Dans la description qui précède, le fil 1 est un fil diamanté. L'invention peut s'appliquer à tout type de fil à abrasif lié. L'invention pourrait également s'appliquer à un fil à abrasif libre, c'est-à-dire à un fil coopérant avec une solution intégrant un produit abrasif, par exemple sous forme de grains d'abrasif libres. Dans ce cas, le procédé comprend une étape d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant des grains abrasifs. Cette étape peut correspondre à l'étape d'arrosage 3 précédemment décrite. Les buses d'arrosage 4 sont dans ce cas destinées à arroser le fil 1 avec le liquide de coupe intégrant le produit abrasif.
Dans la description qui précède, les réservoirs de liquide de transmission sont ouverts sur le dessus. Afin d'améliorer l'efficacité de la transmission des vibrations, le réservoir d'un module acoustique peut être fermé et former une chambre de pression autour des fils. Dans ce cas, le réservoir est fermé par un élément de fermeture. L'élément de fermeture peut être un capuchon conformé pour s'emboîter sur la partie supérieure de la sonotrode. Il est éventuellement doté d'un joint torique assurant un centrage et un maintien du capuchon sur la sonotrode. En variante, l'élément de fermeture peut être une enclume conformée pour être positionnée au-dessus de la sonotrode, notamment au-dessus du réservoir. En variante, l'enclume peut être une deuxième sonotrode active, contribuant à la mise en vibration du fil. Une distance par exemple comprise entre 0,2 et 0,5 mm est avantageusement prévue entre le haut du réservoir de la sonotrode et la surface en vis-à-vis de l'élément de fermeture. Le liquide de transmission peut être introduit dans le réservoir par un conduit traversant ménagé dans l'élément de fermeture.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de découpe d'une pièce (3) à l'aide d'un fil à abrasif (1 ), comprenant : a. une étape (E1 ) d'entraînement en déplacement du fil (1 )
b. concomitamment, une étape (E2) de mise en contact du fil (1 ) et de la pièce à découper (3) de sorte à usiner au moins un sillon dans la pièce à découper (3),
c. une étape de mise en vibration (E4) lors de laquelle le fil traverse au moins un réservoir (8A, 8B) contenant un fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées, ledit réservoir étant situé au voisinage direct de la pièce à découper (3) de sorte à appliquer au fil (1 ) des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon ;
caractérisé en ce que le réservoir de fluide de transmission est formé par une cavité ménagée dans une sonotrode (7A, 7B).
2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les vibrations sont adaptées de sorte à faire vibrer le fil (1 ) de manière tridimensionnelle.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance (d) entre le réservoir de fluide de transmission (8A, 8B) et la pièce à découper (3) est inférieure ou égale à 50 cm, notamment inférieure ou égale à 10 cm.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil (1 ) traverse deux réservoirs de fluide de transmission (8A, 8B), respectivement formés par deux cavités ménagées dans deux sonotrodes (7A, 7B), et situés en amont et en aval de la pièce à découper (3) et au voisinage direct de ladite pièce (3).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de transmission (3) est un liquide, notamment un liquide visqueux.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir de fluide de transmission (8A, 8B) est un bain à débordement et il est prévu une étape (E5) d'alimentation en continu du bain avec le fluide de transmission.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (E6) de détection d'une déformation du fil dans le sillon de découpe et une étape (E7) d'asservissement des positions relatives du réservoir de fluide de transmission et de la pièce à découper en fonction de la déformation détectée de manière à assurer une immersion d'une portion du fil dans ledit fluide de transmission.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on génère au moins une fréquence qui est comprise entre 10 kHz et 200 kHz, notamment entre 1 6 kHz et 100 kHz.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce à découper est une brique en matériau semi-conducteur et en ce qu'une pluralité de plaquettes en matériau semi-conducteur sont obtenues par la découpe.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil est un fil à abrasif lié, notamment un fil diamanté.
1 1 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fil est un fil à abrasif libre et en ce qu'il est prévu une étape (E3) d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant un produit abrasif.
12. Machine de découpe filaire d'une pièce, comprenant un fil à abrasif (1 ), un dispositif d'entraînement en déplacement du fil, un dispositif de mise en contact de la pièce à découper avec le fil de sorte à former au moins un sillon dans ladite pièce à découper, au moins un module acoustique (6A, 6B) de mise en vibration comportant un réservoir (8A, 8B) destiné à contenir un fluide de transmission, ledit réservoir étant situé au voisinage direct d'un emplacement de la pièce en cours de découpe de sorte à appliquer au fil des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon, caractérisé en ce qu'il comprend une sonotrode (7A, 7B) destinée à être soumise à des ultrasons et en ce que le réservoir (8A, 8B) de liquide de transmission est formé par une cavité ménagée dans la sonotrode (7A, 7B), la sonotrode étant adaptée pour restituer au réservoir l'énergie vibratoire produite par les ultrasons.
13. Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le module acoustique (6A, 6B) est adapté pour faire vibrer le fil (1 ) de manière tridimensionnelle.
14. Machine selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif d'alimentation en liquide de transmission adapté pour alimenter ledit réservoir en continu de sorte à réaliser un bain à débordement.
15. Machine selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que la distance entre le réservoir (8A, 8B) et l'emplacement de la pièce à découper (3) est inférieure ou égale à 50 cm, notamment inférieure ou égale à 10 cm.
16. Machine selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisée en ce qu'elle comprend deux réservoirs (8A, 8B) qui sont respectivement situés en amont et en aval de l'emplacement de la pièce en cours de découpe (3).
17. Machine selon l'une des revendications 12 à 1 6, caractérisée en ce qu'elle comprend un capteur de détection d'une déformation du fil dans le sillon de découpe et un module d'asservissement destiné à commander un asservissement des positions relatives du réservoir (8A, 8B) de fluide de transmission et de la pièce à découper (3) en fonction de la déformation détectée de manière à assurer une immersion d'une portion du fil dans ledit fluide de transmission.
18. Machine selon l'une des revendications 12 à 17, caractérisée en ce que le module acoustique est adapté pour appliquer des vibrations qui ont une fréquence ultrasonore comprise entre 10 kHz et 200 kHz, notamment entre 1 6 kHz et 100 kHz.
19. Machine selon l'une des revendications 12 à 18, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un premier et un deuxième guide-fil entre lesquels l'emplacement de la pièce à découper (3) est positionné, et en ce que le réservoir (8A, 8B) et le module acoustique associé (6A, 6B) sont positionnés entre l'un des premier et deuxième guide-fil.
20. Machine selon l'une des revendications 12 à 19, caractérisée en ce que la hauteur du réservoir (8A, 8B) est comprise entre 1 et 10 mm.
21 . Machine selon l'une des revendications 12 à 20, caractérisée en ce qu'elle est adaptée pour découper une pièce en matériau semi-conducteur en plaquettes.
22. Machine selon l'une des revendications 12 à 21 , caractérisée en ce que le fil est un fil à abrasif lié, notamment un fil diamanté.
23. Machine selon l'une des revendications 12 à 22, caractérisée en ce que le fil est un fil à abrasif libre et en ce qu'elle comprend au moins une buse d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant un produit abrasif.
24. Machine selon l'une des revendications 12 à 23, caractérisée en ce que le réservoir du module acoustique est fermé par un élément de fermeture de sorte à former une chambre de pression autour du fil.
25. Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'élément de fermeture est un capuchon conformé pour s'emboîter sur la sonotrode.
26. Machine selon la revendication 24, caractérisée en ce que l'élément de fermeture est une deuxième sonotrode active, contribuant à la mise en vibration du fil, conformée pour être positionnée au-dessus du réservoir.
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