JP2011110643A5

JP2011110643A5 -

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Publication number: JP2011110643A5
Application number: JP2009268408A
Authority: JP
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2029-11-26

Description

ワイヤソー

本発明は、溝ローラー間に複数のワイヤが巻き回されて形成されたワイヤ列のワイヤを走行させながら該ワイヤ列にシリコン、サファイア等の加工物を押し当てて切断するワイヤソーに関する。さらに詳しくは、ワイヤ列を揺動円弧運動させて加工物を切断するワイヤソーに関する。

従来から、ダイヤモンド等の砥粒を電着や樹脂によって芯線に固定した固定砥粒ワイヤを用い、この固定砥粒ワイヤを複数の溝が刻まれた複数本の溝ローラーに巻き回し、前記の溝ローラー間に形成されたワイヤ列にシリコンやサファイア等の加工物を押し付けて複数のウエハに切断する固定砥粒方式のワイヤソーが知られている。

また、遊離砥粒を用い、この遊離砥粒をワイヤに付着させながらワイヤ列を加工物に押し付けて複数のウエハに切断する遊離砥粒方式のワイヤソーも知られている。

上記両ワイヤソーにおいて、ワイヤソー本体に対してクロスローラーベアリングで回動可能に支持された回動部材上に複数の溝ローラーを軸支し、前記回動部材を全回転及び揺動円弧運動を可能にしておき、ワイヤを溝ローラーに巻き回す際は前記回動部材を全回転させながら適宜のトラバース機構でワイヤを溝ローラーの溝に巻き回し、加工物を切断する際は、ワイヤ列を揺動円弧運動させて加工物を効率的に切断するワイヤソーが知られている（例えば特許文献１）。

上記のようにワイヤ列を揺動円弧運動させながら加工物を切断することで、加工物切断時に発生する切屑の排出が促進されると共に砥粒や加工液の切断部への供給が促進され加工効率が向上する。また、切断部とワイヤの接触が点接触に近づくために切断が効率良く行え、加工速度が向上する。また、揺動円弧運動により、加工物の切断面が研磨され、切断面の精度が向上する。

特公平６−３５１０７号公報

ところで、上記のように特許文献１のような揺動円弧運動を可能にしたワイヤソーは数々のメリットを有しているが、回動部材をワイヤソー本体にクロスローラーベアリングで回動可能に支持し、モーター等で回動部材を回転駆動するようにしたり、回動部材の外周全体に歯車を設け、ウォームギアを設けたモーターで回動部材を駆動したりしている。

最近では、加工効率を向上させるために加工物が大径化し、１回の切断でできるだけ多くのチップ等が得られるようになってきており、ワイヤソー自体も大型化されてきている。

しかしながら、加工物の大径化に伴い、溝ローラーの支持についても剛性を保つために従来の一方端の支持だけでなく両端を支持する必要があり、ワイヤソーの溝ローラー支持部も大型化してきている。

また、上記のように大型化したワイヤソーに揺動機構を搭載するには回動部材自体を大型化する必要があり、前記回動部材を回転支持するクロスローラーベアリングも大型化してコストが膨大に高くなったり、メンテナンスも大掛かりになり、交換等も容易でない問題があった。

クロスローラーベアリングの使用は、砥粒や切断屑等の侵入により、クロスローラーベアリングの磨耗や破損が起こった場合、回動部材全体を取り外してクロスローラーベアリングを交換する必要があり、特にワイヤソーが大型化した場合、重量物の回動部材等の取り外しが非常に困難でメンテナンス性が悪くなる問題がある。

また、回動部材の外周全体に歯車を設け、タイミングベルトやウォームギアで駆動する方式においても大掛かりな歯車機構が必要となりメンテナンスも容易でない問題があった。

そこで請求項１の発明は、本体枠に設けた前後壁間に複数の溝ローラーを軸支すると共にこれら溝ローラー間にワイヤを張設することによりワイヤ列を形成し、該ワイヤを一方向または往復走行させながら該ワイヤ列に加工物を押し当てて切断するワイヤソーにおいて、前記本体枠の前後壁に設けられた前後の開口部の外周にそれぞれ設けた第一及び第二の円弧状レールと、対向する前後揺動壁が間隔をおいて一体に設けられ、この前後揺動壁間に複数の溝ローラーを軸支すると共に前記開口部内に回動可能に嵌入された揺動枠と、前記揺動枠の前後に設けられ、前記第一及び第二の円弧状レールのそれぞれに摺動自在に嵌合した第一及び第二のスライドガイドと、前記揺動枠の外周に沿って設けられた駆動機構とを備え、前記駆動機構を駆動することにより、該揺動枠を第一及び第二の円弧状レールに沿って揺動円弧運動させるようにした構成を採用したワイヤソーである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記駆動機構を、前記揺動枠の外周の一部に設けられた歯車と、該歯車と係合して該歯車を駆動する駆動モーターとで構成したワイヤソーである。

請求項１の発明によれば、ワイヤソーが大型化してもクロスローラーベアリングを使用せずとも揺動円弧運動させることができ、コストを高めることなく揺動円弧運動が行なえる。また、回動部材の外周全体に歯車を設ける必要もなく、ワイヤソーが大型化しても回動部材を取り外さずに、アクセスが容易なスライドガイドやレールの交換だけでメンテナンスが行なえメンテナンス性が大幅に向上する。

また、スライドガイドで支持する箇所も溝ローラーを支持する揺動枠外周の円弧下半分部分で本体枠前後壁と対応する少なくとも２箇所を支持すれば良く、コストが大幅に低減できる。

また、請求項２の発明によれば、揺動枠の外周の一部に歯車が設けられ、該歯車に係合して該歯車を駆動する駆動モーターが設けられているので、駆動機構が小型化できる。

本発明のワイヤソーの正面図である。図１のＡ−Ａ方向の矢視断面図である。図１のＢ−Ｂ方向の矢視断面図である。本発明のワイヤソーの背面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明のワイヤソーの揺動動作の説明図である。本発明の揺動動作の説明図である。本発明の揺動動作の説明図である。

以下、本発明の一実施形態について図１乃至図７に基づいて説明する。

図１は、本発明のワイヤソーの正面図であり、ワイヤソー１は、本体枠２の左側に軸支された供給側ワイヤリール５０を備える。この供給側ワイヤリール５０から供給される例えばダイヤモンド砥粒が電着等で固着された固定砥粒ワイヤ９は、供給トラバーサ５２でトラバースされながら複数のガイドローラー５４に導かれ、その後、テンションアーム５５で所定の張力が付与されて多数の溝が刻まれた２本の溝ローラー１０、１０に巻き回されることでワイヤ列が形成される。また、溝ローラー１０から前記ワイヤ９が複数のガイドローラー５６に導かれ、テンションアーム５７で所定の張力が付与された後、回収トラバーサ５３を経て、回収側ワイヤリール５１に巻き取られるようになっている。

この溝ローラー１０、１０に巻き回されたワイヤ９を一方向又は往復走行させながら加工物７を前記ワイヤ列に押し付けることで加工物７がウエハ状に切断されるようになっている。

次に、本発明のワイヤソー１の詳細について図１乃至図４に基づいて説明する。

ワイヤソー１は、図１乃至図３のように立設された本体枠２と揺動枠８からなり、前記本体枠２は前壁３と後壁５が立設され、前記前壁３と後壁５を支持するように周壁４が設けられ、前記周壁４により前壁３と後壁５が一体構成されている。

また、本体枠２の前壁３には、その中央付近に下方が略半円状で上方が矩形状の開口部１２が設けられており、後壁５には、円形の開口部１３が設けられている。

また、本体枠２の上方には図示しない適宜な機構で上下動する加工テーブル６が設けられ、セラミックス、ガラス、カーボン等のダミー部材４２が貼り付けられたシリコン、サファイア、ＳｉＣ等の加工物７が貼付台４３を介して前記加工テーブル６に図示しない適宜な機構で固定されるようになっている。

また、前壁３前面側の開口部１２の円弧部分の外周に沿って円弧状のレール１４（第一の円弧状レール）が２分割して設けられており、後壁５裏面側の円形状開口部１３の円弧外周に沿った上側と下側にそれぞれ２分割して円弧状のレール２２、２６（第二の円弧状レール）が設けられている。なお、上記の第一の円弧状のレール１４及び第二の円弧状のレール２２、２６は、それぞれ２分割して設けられているが一体に構成しても良い。また、第二の円弧状レール２２及び２６のそれぞれを一体化し１本のレールとして構成しても良い。また、第二の円弧状レール２２、２６は上下に分けて設けられているが、少なくとも下側の円弧状レール２６のみ設ければ良い。

次に揺動枠８について説明すると、揺動枠８は、間隔を開けて設けられた対向する前方揺動壁１８と後方揺動壁１９とを支持壁２０によって両揺動壁１８、１９を支持することで一体に構成されている。また、前記揺動枠８の前方揺動壁１８と後方揺動壁１９の間には、溝ローラー１０が、ベアリング４８、４９を介して軸支されたスピンドル軸４４、４５に固定され、前記揺動枠８に対して回動可能になっている。

また、前方揺動壁１８の前面側下方の前方突出部には、前方揺動壁１８の外縁に沿った円弧状の支持枠１５が前記外縁から突出するように設けられ、この支持枠１５の裏面にはスライドガイド１６、１７（第一のスライドガイド）が設けられている。前記スライドガイド１６、１７は左右対称にそれぞれ２個ずつ設けられ、本体枠２の前壁３の前面に２分割して設けられたレール１４と摺動自在に嵌合されている。

また、後方揺動壁１９の裏面側の上方には後方揺動壁１９の外縁に沿った円弧状の支持枠２３が前記外縁から突出するように設けられ、この支持枠２３の突出部の前面側に後方揺動壁１９と対向するようにスライドガイド２４、２５（第二のスライドガイド）が設けられている。前記スライドガイド２４、２５は左右対称にそれぞれ２個ずつ設けられ、前記本体枠２の後壁５の裏面に２分割して設けられたレール２２と摺動自在に嵌合されている。

また、後方揺動壁１９の裏面側の下方には、後方揺動壁１９の外縁に沿った円弧状の支持枠２７が前記外縁から突出するように設けられ、この支持枠２７の前面側にはスライドガイド２８、２９（第二のスライドガイド）が設けられて、本体枠２の後壁５裏面に設けられたレール２６と摺動自在に嵌合されている。

上記のことにより、揺動枠８は、本体枠２の前後壁３、５に設けられた両開口部１２、１３に嵌入されると共に前後壁３、５間に跨るように両開口部１２、１３内に回動可能に支持され、上記レール１４、２２、２６に沿った揺動円弧運動が可能になっている。

また、揺動枠８の外周に位置する支持枠２７の下端部分の一部に歯車３０が設けられており、この歯車３０と係合する歯車３１が、本体枠２後方の周壁４に固定された揺動モーター３２の軸に接続されている。

上記のことにより、揺動モーター３２を所定量正逆駆動することで歯車３１が駆動され、この歯車３１と係合した歯車３０が駆動されることで揺動枠８が揺動中心２１に対して両側に所定角度ずつ揺動円弧運動することとなる。

図５（ａ）及び（ｂ）は本発明のワイヤソー１の揺動動作を説明する説明図である。

図５（ａ）は、揺動モーター３２を駆動し、揺動枠８を揺動中心２１に対して左回転させてワイヤ列が左下がりとなった状態を表し、図５（ｂ）は、その逆に揺動枠８を揺動中心２１に対して右回転させ、ワイヤ列が右下がりとなった状態を表す。

上記、図５（ａ）及び（ｂ）を連続的に繰り返すことでワイヤ列が揺動中心２１に対して揺動円弧運動を行なう。この揺動中心に対する角度や揺動を行なう速度は加工物７の材質や加工精度、加工速度、固定砥粒方式か、遊離砥粒方式か等に応じて適宜選択できる。また、切断途中で段階的に揺動角度や揺動速度を変更するようにしても良い。

次に図２に基づいて溝ローラー１０について説明すると、溝ローラー１０は、芯金の表面にポリエチレンやウレタン等の樹脂が固定され、この樹脂表面に切断するピッチに応じた溝が多数刻まれており、前記芯金とスピンドル軸４４、４５が適宜な機構で締結固定されている。また、前記スピンドル軸４５は前方揺動壁１８にベアリング４８を介して軸支され、スピンドル軸４４は後方揺動壁１９にベアリング４９を介して軸支されることにより、溝ローラー１０は、揺動枠８に対して回動自在になっている。また、２本の前記スピンドル軸４４、４４の後方揺動枠１９の裏面部分から突出した後端部にそれぞれプーリー３５、３５が間隔を開けて平行に設けられている。

また、図２乃至図４のように後方揺動枠１９の裏面には、その下方に揺動枠８に対して自由回転する２個のプーリー３３、３３が設けられている。また、揺動中心２１には駆動軸４１が揺動枠８と本体枠２の後方枠４７間に軸支されており、その駆動軸４１の後方揺動壁１９寄りの途中に２連のプーリー４６、４６が取り付けられている。そして、上記のそれぞれ２連のプーリー３３、３５、４６は、それぞれプーリー４６を中心として下向きに２つの三角形を形成するように配置されている。なお、上記のプーリー３３、３３、３５、３５は揺動軸２１に対して対称となるようにそれぞれ配置されている。

また、上記のプーリー３３、３５、４６にはベルト３４が掛け渡され、駆動軸４１の回転駆動によりプーリー４６を回転させることで、左右の溝ローラー１０が回転駆動されるようになっている。また、前記本体枠２の上部後方には２連のモーター４０、４０が左右に間隔を開けて設けられ、これらのモーター軸にプーリー５７、５８がそれぞれ前後方向に段違いとなるように軸止されている。

また、前記駆動軸４１の後端側にはプーリー３６、３７がそれぞれ前後方向に段違いとなるように嵌着され、前記プーリー３６、３７と左右のモーター４０、４０の軸に設けられたプーリー５７、５８にはそれぞれベルト３８、３９が掛け渡されている。前記プーリー４６は左右の両モーター４０、４０を同一方向に同期駆動させることで回転駆動されるようになっている。

なお、上記モーター４０は、１機のモーターでも行なうことが可能であるが、モーター容量が大きくなりコストも高くなるために、２機の容量が小さいモーターで行なえばコストが安くなるメリットがある。

上記のようにモーター４０の駆動と図示しないモーターで供給側ワイヤリール５０及び回収側ワイヤリール５１を一方向又は往復回転させることで、ワイヤ９を走行させ、適宜な加工液（遊離砥粒方式であれば砥粒液、固定砥粒方式であれば冷却液）を供給しながら加工テーブル６を下降させて加工物７をワイヤ列に押し当ててウエハ状に切断していく。

この時、適宜加工物７の特性に合わせて、揺動条件を設定し、揺動枠８を揺動モーター３２を駆動させることで揺動円弧運動させて切断する。

次に、図６及び図７に基づいてワイヤソー１で揺動動作を行いながら加工物７を切断する実施形態について説明する。

図６は揺動枠８を左右に同じ角度に揺動させながら加工物７を切断していく状態を表し、実線の揺動角０°の状態から二点鎖線の状態まで揺動を周期的に行ないながら切断する状態を表す。このように揺動を行なうことで、加工物７の表面に残るワイヤ軌跡が、ワイヤ９の揺動中心２１に対する運動により研磨され、表面精度が向上する。

また、ワイヤ９と加工物７との接触が点接触に近づき、加工能力が向上すると共に、ワイヤ９の傾斜により、加工部分への加工液の供給が向上し、切断速度が向上する。

図７は、ある一定角度揺動枠８を傾斜させて、その状態を維持して切断する場合を表す。このように加工物７の形状に応じ、揺動枠８を適宜傾斜させ、傾斜角度を固定した状態でも切断できる。なお、初期状態を傾斜状態に設定し、その位置から左右対称に揺動させるなど各種の設定を行えるようにすることが可能である。その他、揺動させる速度を変更したりすることもできる。

１ワイヤソー
２本体枠
３前壁
４周壁
５後壁
６加工テーブル
７加工物
８揺動枠
９ワイヤ
１０溝ローラー
１１カバー
１２開口部
１３開口部
１４レール
１５支持枠
１６スライドガイド
１７スライドガイド
１８前方揺動壁
１９後方揺動壁
２０支持壁
２１揺動中心
２２レール
２３支持枠
２４スライドガイド
２５スライドガイド
２６レール
２７支持枠
２８スライドガイド
２９スライドガイド
３０歯車
３１歯車
３２揺動モーター
３３プーリー
３４ベルト
３５プーリー
３６プーリー
３７プーリー
３８ベルト
３９ベルト
４０モーター
４１駆動軸
４２ダミー部材
４３貼付台
４４スピンドル軸
４５スピンドル軸
４６プーリー
４７後方枠
４８ベアリング
４９ベアリング
５０供給側ワイヤリール
５１回収側ワイヤリール
５２供給トラバーサ
５３回収トラバーサ
５４ガイドローラー
５５テンションアーム
５６ガイドローラー
５７プーリー

Claims

本体枠に設けた前後壁間に複数の溝ローラーを軸支すると共にこれら溝ローラー間にワイヤを張設することによりワイヤ列を形成し、該ワイヤを一方向または往復走行させながら該ワイヤ列に加工物を押し当てて切断するワイヤソーにおいて、
前記本体枠の前後壁に設けられた前後の開口部の外周にそれぞれ設けた第一及び第二の円弧状レールと、
対向する前後揺動壁が間隔をおいて一体に設けられ、この前後揺動壁間に複数の溝ローラーを軸支すると共に前記開口部内に回動可能に嵌入された揺動枠と、
前記揺動枠の前後に設けられ、前記第一及び第二の円弧状レールのそれぞれに摺動自在に嵌合した第一及び第二のスライドガイドと、
前記揺動枠の外周に沿って設けられた駆動機構とを備え、
前記駆動機構を駆動することにより、該揺動枠を第一及び第二の円弧状レールに沿って揺動円弧運動させるようにしたことを特徴とするワイヤソー。
前記駆動機構は、
前記揺動枠の外周の一部に設けられた歯車と、
該歯車と係合して該歯車を駆動する駆動モーターとで構成されることを特徴とする請求項１記載のワイヤソー。