JP2013180354A - ワイヤソーおよびワイヤソー用ダクト装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ワイヤソー20は、加工液Sを供給する加工液供給装置29と、走行中のワイヤ26に対してワークWを相対的に移動させるシリンダ37と、加工液供給装置29に接続されワークWに近接配置されておりワイヤ26が通過する第2加工液供給空間S2を有するとともにワイヤ26の走行方向における上流側からワークWが切断される部分に向けて加工液Sを供給して第2加工液供給空間S2におけるワークW近傍に静圧を生じさせるダクト部材40と、を備えている。
【選択図】図5
Description
例えば、特許文献1には、走行中のワイヤに遊離砥粒を油剤に混ぜた加工液を供給して付着させたワイヤをワークに押し当てることで半導体材料等の被切断部材を所望の形状に切断するワイヤソーにおいて、ワイヤソーの切断精度および切断能率を向上させるために、加工液供給ノズルの真下に縦形の加工液貯蔵部と水平方向に加工液を流出させるスリット状の流出孔とを有する水平な整流部が連続した逆T字形のスリットノズルをワイヤが被切断部材に入る直前に配置した脆性材料の切断装置について開示されている。
上記公報に開示された切断装置では、単に、逆T字状のスリットノズルをワイヤが被切断部材に入る直前に配置することで、ワイヤが被切断部材に入っていく直前まで確実に加工液をワイヤに付着させ、ワイヤによって切断部に加工液を引き込むことを意図して構成されたものである。このため、ワイヤに付着した加工液が被切断部材の対向面に衝突して周囲に飛散してしまうことについては何ら考慮されておらず、こういった加工液の飛散や、ワイヤの走行によって切断部に加工液を引き込むだけでは引き込み力が充分でないといった理由により、充分な量の加工液が切断部に入らないという問題点がある。
本発明の課題は、加工液の周囲への飛散を防止するとともに、加工液をワークの切断溝に十分に供給して切断性能を向上させることが可能なワイヤソーおよびワイヤソー用のダクト装置を提供することにある。
この結果、ワイヤがワークの切断を開始する切断開始点の周囲にかけられた圧力と、切断開始点近傍に生じた局所圧によって、切断開始点近傍の加工液は、ワイヤによって形成されるワークの切断溝内に押し込まれ、従来よりも多くの加工液を効果的に供給することができ、切断性能を向上させることができる。さらに、加工液の周囲への飛散が抑制され、ワークや加工室内が汚損したりすることもない。
ここでは、ダクト部材におけるワークとの近接部分に、ダクト部材の先端部から突出したフランジ部を設けている。
ここでは、加工液の漏れ出しを防止するためにダクト部材の先端部に設けられたフランジ部を、ワークの対向面に対して平行に設けている。
これにより、ダクト部材の先端とワークがダクト部材に対向する対向面との隙間から加工液がより漏れにくくなり、加工液の飛散をより効果的に抑制することができる。
これにより、ダクト部材の先端部を折り曲げることによってフランジを形成可能であり、製造が容易となる。
ここでは、加工液の漏れ出しをさらに抑制するために、ダクト部材の先端部に設けたシール部材を、ゴム等の弾性部材あるいはベローズ(蛇腹)によって形成している。
接触により、ダクト部材の先端部とワークの対向面との間の隙間から加工液が漏れ出してしまうことをさらに効果的に抑制することができる。
これにより、隙間を調整することにより、切断開始点近傍に生じる圧力を変えることができるので、より切断に適した量の加工液を、切断溝に供給することができる。
ここでは、ワークとダクト部材との近接部分におけるダクト部材の先端とワーク対向面との距離が9mm以下になるように、ダクト部材を配置している。
ここでは、ワークとダクト部材との近接部分におけるダクト部材の先端とワーク対向面との距離が7mm以下になるように、ダクト部材を配置している。
この結果、上記の切断開始点の周囲にかけられた圧力と、切断開始点近傍に生じた局所圧によって、切断開始点近傍の加工液は、ワイヤによって形成されるワークの切断溝内に押し込まれ、従来よりも多くの加工液を効果的に供給することができ、切断性能を向上させることができる。
[ワイヤソー20の構成]
本実施形態に係るワイヤソー20は、複数のワイヤを平行に走行させて走行中のワイヤに対してワークWを押し当てることで、ワークWを同時に複数枚のウエハに切断する装置であって、図1および図2に示すように、制御盤10と、加工液タンク11と、熱交換器12と、操作盤13と、基台21と、基台21上に設けられた加工室22と、加工室22内に対して取り付けられた切断機構23と、を備えている。また、本実施形態では、ワイヤソー20は、シリコン等の硬脆性の材料からなるワークWの切断を行う。
加工液タンク11は、切断機構23において用いられている切断用のワイヤ26(図3等参照)に付着させる加工液Sが貯留されている。加工液タンク11に貯留された加工液Sは、メインポンプ50によって接続配管51を介して、ワイヤソー20の装置内の切断機構23に設けられた加工液供給装置(加工液圧送装置)29(図4参照)からワイヤ26によるワークWの切断開始点47(図5参照)付近に供給される。
切断機構23は、ワイヤ26を用いてワークWをワイヤ26のピッチ間隔に基づく所定の厚さに切断する。なお、切断機構23の詳細な構成については、後段にて詳述する。
切断機構23は、所定の間隔を空けて互いに平行に配置された一対の加工用ローラ24a,24bと、ワイヤ供給機構25(図2等参照)と、加工液供給装置29と、を有している。
テンション付与機構25bは、リールボビン27a,27bと加工用ローラ24a,24b間において搬送されるワイヤ26に一定の張力が付与されるように調整する。
次に、ワイヤソー20に含まれるワークWの保持機構について詳細に説明する。
本実施形態では、図4に示すように、ガラスプレート31および金属プレート32がワークWの上面に接着固定されている。
被保持体33の上面には、複数の被保持片34が突設されている。各被保持片34の頂壁上面には、被規制面34aが形成されている。
本実施形態の加工液供給装置29は、ワークWの切断溝内に効果的に加工液Sを入り込ませて効率よく切断を行うために、以下のような構成を採用している。
加工液貯留部41は、メインポンプ50に接続配管51によって接続されており、メインポンプ50によって圧送されてきた加工液Sを一旦貯留し、下孔41aを介して、接続された第1ダクト42へ圧送する。
先端部材44の下面44bと、下部部材43の上面43aと、ワークWの対向面W1とによって囲まれた空間を、第2加工液供給空間S2(内部空間)という。加工液供給空間S2は、切断開始点47の周囲にある。また、第1ダクト42の下面42aと下部部材43の上面43aによって挟まれた空間を、第3加工液供給空間S3(内部空間)と言う。第2加工液供給空間S2および第3加工液供給空間S3の内部を、ワイヤ26が走行する。先端部材44の下面44bは、第2加工液供給空間S2の上面を形成する上板として機能する。そして、下部部材43の上面43aは、第2加工液供給空間S2を形成する下板として機能する。さらに、第1ダクト42の下面42aは、第3加工液供給空間S3の上面を形成する上板として機能し、下部部材43の上面43aは、第3加工液供給空間S3を形成する下板として機能する。さらに、先端部材44と下部部材43とによって、開口部がワークWに向けて形成されている。
本実施例では、図7に示すようなダクト部材40を用いてワークWの切断を実施する際に、ワークWのワイヤ26に対するフィード速度(以下、ワークWのフィード速度と言う。)、ワイヤ26の走行速度、加工液Sの供給量を変化させた各条件における切断性能を確認する実験を行った。
なお、本実施例では、図7に示すように、第1ダクト42の先端部材44とワークWの対向面W1との距離を7mm、下部部材43とワークWの対向面W1との間の距離を5mm、第2加工液供給空間S2の上板と下板との間の距離を11mmに設定されたダクト部材40を使用した。
まず、切断の前後で、ワイヤ26の断面積がどの程度減少したかを、従来の構成と本実施形態の構成とで比較した。
次に、各条件1〜4において、切断加工中におけるワイヤ26を走行させる走行用モータの出力(切断抵抗の大きさ)の変化について調べた結果について、図10を用いて説明する。
本実施例では、図11および図12(a)〜図12(c)に示すような3種類のダクト部材40を用いてワークWの切断を実施する際に、ワークWのフィード速度、加工液Sの供給量を変化させた各条件における切断性能を確認する実験を行った。
具体的には、図11に示すように、ダクト1としては、第1ダクト42の先端部材44とワークWの対向面W1との距離を7mm、下部部材43とワークWの対向面W1との間の距離を5mm、第3加工液供給空間S3の上板と下板との間の距離を11mm、ワークWの対向面W1に面する第2加工液供給空間S2の先端開口の高さ距離を23mm、にそれぞれ設定されたダクト部材40を使用した。
各ダクト1〜3に対する実験条件としては、図13に示すように、あるワークWのフィード速度を基準速度V2、ある加工液Sの流量を基準流量Q2とし、これを条件11とした。そして、条件12は、条件11に対してワークWのフィード速度を15%UPさせて加工液Sの流量を半減させた。
図14は、条件11および条件12において、従来の構成及び各ダクト1〜3を用いた構成で切断実験を行なった際のワイヤ断面積減少率の比較である。条件11においては、従来の構成では減少率が17%であった。以下、これを基準減少率とする。
次に、各ダクト1〜3について、条件11および条件12において、切断加工中におけるワイヤ26を走行させる走行用モータの出力(切断抵抗の大きさ)の変化について調べた結果について、図15を用いて説明する。
以上の結果から、本実施例のダクト1〜3を用いた場合には、従来よりも切断時の抵抗を低減することができ、中でもダクト1を用いた場合には最も切断時の抵抗を低減することができることが分かった。
ここでは、上述した本実施形態に係るダクト部材40を搭載したワイヤソー20において、ダクト部材40の先端部分(フランジ部44a)とワークWの対向面W1との距離に対するワイヤ消費量の低減割合について実験した結果について、図16を用いて説明する。
例えば、ダクト先端とワーク対向面W1との距離を9mm以下に設定した場合には、ワイヤ消費低減量の割合を10%以上に増加させることができるため好ましい。
<第2加工液供給空間S2内における加工液圧力のシミュレーション>
ここでは、上述したダクト部材40を搭載したワイヤソー20における第2加工液供給空間S2内における加工液Sの圧力をシミュレーションによって調べた結果について、図17(a)〜図21を用いて説明する。
まず、図17(a)〜図17(d)は、加工液供給装置29のメインポンプ50による加工液Sの供給量を標準流量、2倍流量、4倍流量、8倍流量と変化させた際の第2加工液供給空間S2内における加工液Sの圧力を示している。なお、この場合の標準流量は、実験条件における基準流量とは無関係である。
次に、図18(a)〜図18(c)は、ワイヤ26の走行速度を、標準速度、5倍速度、10倍速度と変化させた際の、第2加工液供給空間S2内における加工液Sの圧力を示している。なお、この場合の標準速度は、実験条件における基準速度とは、無関係である。
次に、図20(a)〜図20(c)に、ダクト先端とワーク対向面W1との距離を0mm、1mm、2mmと変化させた際の第2加工液供給空間S2内における加工液Sの圧力を示している。また、図21に、ダクト先端とワーク対向面W1との距離と、切断開始点47近傍の加工液圧力との関係を示している。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記実施形態では、ダクト部材40の先端部(先端部材44のワークWに最も近い部分)とワークWの対向面W1との距離を含む各部の寸法について、一例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、第1ダクト142の先端を屈曲させてフランジ部を設けてもよく、第1ダクト142の先端に別部材のフランジ部を取り付けてもよい。
上記実施形態では、第2加工液供給空間S2内の圧力を保持するために、ダクト部材40の先端部材44の先端に、ワークWの対向面W1に対して略平行にフランジ部44aを設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
さらに、シール部材244aは、図23(c)に示すように、フランジ部44aの先端に略垂直に設けられていてもよいし、フランジ部44aに被せてフランジ部44aを延長するようにしてもよい。さらには、フランジ部44aを、そのままシール部材244aに置き換えてもよい。
このときシール部材244aやベローズを用いるメリットは、ワークWに対してダクト部材140を設置する際に、ワークWの対向面W1とダクト部材44の先端部との距離を厳密に合わせなくても、シール部材244aやベローズによって設置後に調整が可能になるという点である。シール部材244aやベローズは、図22(b)に示したようなダクト部材140の先端に取り付けてもよい。
上記実施形態では、ワイヤ26の走行方向を切り替えながらワークWの切断を行うワイヤソー20において、ワイヤ26の走行方向において、加工液供給装置29がワークWを挟み込むように、ワークWの両側に設けられている例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
言い換えれば、本発明は、ワイヤを一方向に走行させながらワークの切断を行うワイヤソー、ワイヤの走行方向を切り替えながらワークの切断を行うワイヤソーの双方に対して適用可能である。
上記実施形態では、ダクト部材の材質として金属を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、加工液Sが圧送される際の圧力に耐えるものであればよく、樹脂や高分子化合物等の非金属材料でもよい。
上記実施形態では、加工液圧送装置として、メインポンプ50を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、メインポンプ50とは別にサブポンプを設け、ワークWの対向面W1とワイヤ26との接触部に加工液を圧送するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、遊離砥粒を油剤に混ぜた加工液を用いるタイプのワイヤソーの例を挙げて説明したが、これに限定されるものではない。
11 加工液タンク
12 熱交換器
13 操作盤
20 ワイヤソー
21 基台
22 加工室
23 切断機構
24a,24b 加工用ローラ
25 ワイヤ供給機構
26 ワイヤ
27a,27b リールボビン
28 ワーク支持装置
29 加工液供給装置(加工液圧送装置)
31 ガラスプレート
32 金属プレート
33 被保持体
34 被保持片
34a 被規制面
35 ワーク支持部材
35a 規制面
36 保持部材
37 シリンダ
40 ダクト部材(ワイヤソー用ダクト装置)
41 加工液貯留部
42 第1ダクト
42a 下面
43 下部部材
43a 上面
44 先端部材
44a フランジ部
44b 下面
50 メインポンプ
51 接続配管
140 ダクト部材
141 加工液貯留部
142 第1ダクト
143 第2ダクト
244a シール部材
S 加工液
S1 第1加工液供給空間
S2 第2加工液供給空間(内部空間)
S3 第2加工液供給空間(内部空間)
W ワーク
W1 対向面
Claims (11)
- 走行するワイヤに加工液を供給しながら、ワークを前記ワイヤに押し付けて切断するワイヤソーであって、
前記ワイヤの走行方向における上流側から走行中の前記ワイヤに対して前記加工液を供給する加工液供給部と、
走行中の前記ワイヤに対して前記ワークを相対的に移動させる移動機構と、
を備え、
前記加工液供給部は、
前記加工液を圧送する加工液圧送装置と、
前記ワイヤがその内部を通過するとともに、その先端部が前記ワークに近接して配置され、接続された前記加工液圧送装置から圧送された前記加工液を前記ワイヤと前記ワークの対向面との接触部に供給するダクト部材と、
を有しているワイヤソー。 - 前記ダクト部材の先端部から突出したフランジ部を、さらに備えている、
請求項1に記載のワイヤソー。 - 前記フランジ部は、前記ワークの対向面に対して平行に配置されている、
請求項2に記載のワイヤソー。 - 前記フランジ部は、前記ダクト部材と同一素材によって形成されている、
請求項2または3に記載のワイヤソー。 - 前記ダクト部材の先端部には、弾性部材、あるいはベローズからなるシール部材が設けられている、
請求項1から4のいずれか1つに記載のワイヤソー。 - 前記シール部材は、前記ワークに接触している、
請求項5に記載のワイヤソー。 - 前記ダクト部材の先端部と前記ワークの対向面との間の隙間の大きさは、可変である、
請求項1から6のいずれか1項に記載のワイヤソー。 - 前記ダクト部材の先端部と前記ワークの対向面との間の隙間は、9mm以下である、
請求項1から7のいずれか1項に記載のワイヤソー。 - 前記ダクト部材の先端部と前記ワークの対向面との間の隙間は、7mm以下である、
請求項1から7のいずれか1項に記載のワイヤソー。 - 前記加工液供給部は、前記ワイヤの走行方向における前記ワークの上流側のみ、あるいは上流側および下流側に設けられている、
請求項1から9のいずれか1項に記載のワイヤソー。 - 走行するワイヤに加工液を供給しながら、ワークを前記ワイヤに押し付けて切断するワイヤソーに装着されるダクト装置であって、
前記加工液を圧送する加工液供給部に接続される接続部と、
前記ワークに近接配置される開口部と、
前記ワイヤが通過する内部空間と、
を備え、
前記ワイヤの走行方向における上流側から前記ワークが切断される部分に向けて前記加工液を圧送する、
ワイヤソー用ダクト装置。
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