JP2017019064A - 被加工物の放電加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な放電加工を実現できる被加工物の放電加工方法を提供する。【解決手段】被加工物の放電加工方法であって、導電性を備えたワイヤ（４）と、ワイヤが複数回巻き掛けられるガイドローラー群（２４，２６，２８，３０）と、被加工物（１１）を固定する導電性を備えた基台（４２）と、基台とワイヤとを相対的に移動させ基台に固定した被加工物にワイヤを切り込ませる移動手段（４８）と、ワイヤと基台とに電気的に接続され高周波パルス電圧を発生する高周波パルス電源ユニット（５０）と、を有するワイヤ放電加工装置（２）を用い、基台に対して被加工物を電気的に接合するとともに固定する固定ステップと、固定ステップを実施した後、ワイヤと基台との間に高周波パルス電圧を印加し、基台に接合した被加工物とワイヤとの間で生じる放電によって被加工物を加工する放電加工ステップと、を含み、固定ステップでは、溶融した半田（１３）に超音波振動を付与する超音波半田付けによって基台に被加工物を接合する。【選択図】図２

Description

本発明は、放電を利用してインゴット等の被加工物を加工する被加工物の放電加工方法に関する。

インゴット等の被加工物からウェーハを切り出す場合には、ワイヤソーと呼ばれる加工装置を用いるのが一般的である。このワイヤソーは、複数のガイドローラーに巻き掛けられたワイヤを所定の方向に送りながら被加工物に切り込ませることで、薄いウェーハを切り出す。

しかしながら、このワイヤソーを用いる加工方法では、ガイドローラーに巻き掛けられたワイヤに対して砥粒を分散させたスラリーを供給し続けなければならないので、工程が煩雑である。また、被加工物に対してワイヤが直に接触するので、工程中にワイヤが切れる可能性も高かった。

これらの問題に対し、導電性を備えたワイヤと被加工物との間で発生する放電を利用して、ウェーハを非接触で切り出す加工方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この加工方法に使用される放電加工装置は、パルス電圧を発生する高周波電源に接続された導電性のある基台を備えている。

被加工物を加工する際には、まず、導電性フィラーを分散させた接着剤（導電性接着剤）を用いて基台に被加工物を固定する（例えば、特許文献２参照）。その後、ワイヤと基台との間にパルス電圧を印加して、ワイヤを所定の方向に送りながら被加工物に切り込ませれば、ワイヤと被加工物との間で放電を発生させてウェーハを切り出すことができる。

特開２０００−９４２２１号公報 特開２０００−１０９３９７号公報

ところで、ＳｉＣやダイヤモンド等の導電性が低い材料でなる被加工物を加工する場合には、基台と被加工物とを電気的に接続する接続部分の重要性が高くなる。一方で、この接続部分を構成する導電性接着剤には、必ずしも導電性フィラーが均等に分散されていないので、基台と被加工物との間の電気的な接続にばらつきが発生し易かった。

基台と被加工物との間の電気的な接続がばらつくと、例えば、接続部分の近傍で一様な放電を実現できなくなり、加工不良が発生し易い。本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、良好な放電加工を実現できる被加工物の放電加工方法を提供することである。

本発明によれば、被加工物の放電加工方法であって、導電性を備えたワイヤと、該ワイヤが複数回巻き掛けられるガイドローラー群と、被加工物を固定する導電性を備えた基台と、該基台と該ワイヤとを相対的に移動させ該基台に固定した被加工物に該ワイヤを切り込ませる移動手段と、該ワイヤと該基台とに電気的に接続され高周波パルス電圧を発生する高周波パルス電源ユニットと、を有するワイヤ放電加工装置を用い、該基台に対して被加工物を電気的に接合するとともに固定する固定ステップと、該固定ステップを実施した後、該ワイヤと該基台との間に高周波パルス電圧を印加し、該基台に接合した被加工物と該ワイヤとの間で生じる放電によって被加工物を加工する放電加工ステップと、を含み、該固定ステップでは、溶融した半田に超音波振動を付与する超音波半田付けによって該基台に被加工物を接合することを特徴とする被加工物の放電加工方法が提供される。

本発明において、該基台は、本体部と、該本体部に着脱自在に装着され被加工物を固定する被加工物固定部と、を備え、該固定ステップでは、該本体部から取り外した該被加工物固定部に被加工物を接合した後、該被加工物固定部を該本体部に装着することが好ましい。

本発明に係る被加工物の放電加工方法では、溶融した半田に超音波振動を付与する超音波半田付けによって基台に被加工物を接合、固定するので、基台と被加工物との間の電気的な接続のばらつきを抑制しながら、基台に被加工物を固定できる。つまり、本発明に係る被加工物の放電加工方法によれば、加工不良の発生を防止して良好な放電加工を実現できる。

ワイヤ放電加工装置の構成例を模式的に示す図である。 固定ステップにおいて半田が塗布される様子を模式的に示す斜視図である。 固定ステップにおいて被加工物固定部材に被加工物が接合される様子を模式的に示す斜視図である。 放電加工ステップを模式的に示す図である。 放電加工ステップを模式的に示す斜視図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る被加工物の放電加工方法は、固定ステップ（図２、図３参照）及び放電加工ステップ（図４、図５参照）を含む。

固定ステップでは、基台に対してインゴット等の被加工物を電気的に接合するとともに固定する。具体的には、溶融した半田に超音波振動を付与する超音波半田付けによって基台に被加工物を接合する。

放電加工ステップでは、ワイヤと基台との間に高周波パルス電圧を印加し、基台に接合した被加工物とワイヤとの間で生じる放電によって被加工物を加工する。以下、本実施形態に係る被加工物の放電加工方法について詳述する。

まず、本実施形態に係る被加工物の放電加工方法に使用されるワイヤ放電加工装置について説明する。図１は、ワイヤ放電加工装置の構成例を模式的に示す図である。図１に示すように、ワイヤ放電加工装置２は、ワイヤ４が巻回された繰り出しボビン６を支持する円柱状の繰り出しローラー８を備えている。

繰り出しローラー８の上方には、巻き取りボビン１０を支持する円柱状の巻き取りローラー１２が配置されている。繰り出しボビン６から繰り出されたワイヤ４は、放電加工に使用された後、巻き取りボビン１０で巻き取られる。ワイヤ４は、例えば、ピアノ線等をベースに構成されており、被加工物１１の放電加工に必要な導電性を備えている。

繰り出しローラー８に隣接する位置には、繰り出しボビン６から繰り出されたワイヤ４を下流側に送る第１供給ローラー１４、第２供給ローラー１６、第３供給ローラー１８及び第４供給ローラー２０が配置されている。また、第２供給ローラー１６と第３供給ローラー１８との間には、ワイヤ４の張力を調整する第１調整ローラー２２が設けられている。

繰り出しボビン６から繰り出されたワイヤ４は、第１供給ローラー１４、第２供給ローラー１６、第１調整ローラー２２、第３供給ローラー１８、第４供給ローラー２０の順に巻き掛けられて、下流側に送られる。

第４供給ローラー２０の下方には、第４供給ローラー２０から送られたワイヤ４を案内する円柱状の第１ガイドローラー２４が配置されている。第４供給ローラー２０から送られたワイヤ４は、第１ガイドローラー２４に巻き掛けられて下方に案内される。

第１ガイドローラー２４の下方には、第１ガイドローラー２４で案内されたワイヤ４をさらに案内する円柱状の第２ガイドローラー２６が配置されている。第１ガイドローラー２４で案内されたワイヤ４は、第２ガイドローラー２６に巻き掛けられて水平方向に案内される。

第２ガイドローラー２６から水平方向に離れた位置には、第２ガイドローラー２６で案内されたワイヤ４をさらに案内する円柱状の第３ガイドローラー２８が配置されている。第２ガイドローラー２６で案内されたワイヤ４は、第３ガイドローラー２８に巻き掛けられて上方に案内される。第３ガイドローラー２８によって上方に案内されたワイヤ４の一部は、被加工物１１を加工する加工部４ａとなる。

第３ガイドローラー２８の上方には、第３ガイドローラー２８で案内されたワイヤ４をさらに案内する円柱状の第４ガイドローラー３０が配置されている。第３ガイドローラー２８で案内されたワイヤ４は、第４ガイドローラー３０に巻き掛けられて水平方向に案内される。

第４ガイドローラー３０で案内されたワイヤ４は、第１ガイドローラー２４に再び巻き掛けられて第２ガイドローラー２６に案内される。上述のように、第１ガイドローラー２４には、既にワイヤ４が巻き掛けられているので、ここでは、第１ガイドローラー２４の別の位置にワイヤ４が巻き掛けられる。具体的には、既に巻き掛けられているワイヤ４に対して第１ガイドローラー２４の回転軸方向に所定の間隔をあけてワイヤ４が再度巻き掛けられる。

同様に、第１ガイドローラー２４で案内されたワイヤ４は、第２ガイドローラー２６に再び巻き掛けられて第３ガイドローラー２８に案内される。また、第２ガイドローラー２６で案内されたワイヤ４は、第３ガイドローラー２８に再び巻き掛けられて第４ガイドローラー３０に案内される。さらに、第３ガイドローラー２８で案内されたワイヤ４は、第４ガイドローラー３０に再び巻き掛けられて第１ガイドローラー２４に案内される。

第２ガイドローラー２６、第３ガイドローラー２８及び第４ガイドローラー３０にも既にワイヤ４が巻き掛けられているので、ここでも、第２ガイドローラー２６、第３ガイドローラー２８又は第４ガイドローラー３０の回転軸方向に所定の間隔をあけてワイヤ４が再度巻き掛けられる。第４ガイドローラー３０で案内されたワイヤ４は、第１ガイドローラー２４にさらに巻き掛けられて第２ガイドローラー２６に案内される。

このように、第１ガイドローラー２４、第２ガイドローラー２６、第３ガイドローラー２８及び第４ガイドローラー３０（以下、ガイドローラー群）には、回転軸方向に所定の間隔をあけてワイヤ４が複数回巻き掛けられる。これにより、第３ガイドローラー２８と第４ガイドローラー３０との間には複数の加工部４ａが並列されて、被加工物１１から複数のウェーハを一度に切り出すことができる。

第３ガイドローラー２８及び第４ガイドローラー３０に巻き掛けられるワイヤ４の回転軸方向の間隔（すなわち、隣接する加工部４ａの間隔）は、切り出されるウェーハの厚みに対応し、例えば、１ｍｍに設定される。ただし、ワイヤ４の回転軸方向の間隔（隣接する加工部４ａの間隔）は、ウェーハの仕様等に応じて任意に変更できる。同様に、ワイヤ４を巻き掛ける回数は、被加工物１１やウェーハの仕様等に応じて任意に設定される。

巻き取りローラー１２に隣接する位置には、放電加工に使用されたワイヤ４を送る第５供給ローラー３２、第６供給ローラー３４、第７供給ローラー３６及び第８供給ローラー３８が配置されている。また、第７供給ローラー３６と第８供給ローラー３８との間には、ワイヤ４の張力を調整する第２調整ローラー４０が設けられている。

第４ガイドローラー３０（ガイドローラー群）から送られたワイヤ４は、第５供給ローラー３２、第６供給ローラー３４、第７供給ローラー３６、第２調整ローラー４０、第８供給ローラー３８の順に巻き掛けられて、巻き取りボビン１０で巻き取られる。

繰り出しローラー８、巻き取りローラー１２、ガイドローラー群、第１調整ローラー２２及び第２調整ローラー４０には、モータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。この回転駆動源で、繰り出しローラー８、巻き取りローラー１２、ガイドローラー群、第１調整ローラー２２及び第２調整ローラー４０を回転させれば、ワイヤ４は、所定の送り方向に送られる。

加工部４ａの側方には、被加工物１１を固定する基台４２が配置されている。基台４２は、アーム状の本体（本体部）４４と、本体４４の一端部に装着される被加工物固定部材（被加工物固定部）４６とを含む。

被加工物１１は、例えば、ＳｉＣやダイヤモンド（単結晶ダイヤモンド）等の材料で円柱状に形成されたインゴットであり、ワイヤ４（加工部４ａ）の送り方向に対して被加工物１１の高さ方向（厚み方向、結晶成長方向）が垂直になるように被加工物固定部材４６に固定される。被加工物１１を固定する方法の詳細については後述する。

本体４４の他端部には、基台４２を水平方向（加工送り方向）に移動（加工送り）させる移動機構（移動手段）４８が連結されている。この移動機構４８によって、基台４２とワイヤ４とを相対的に移動（加工送り）させることで、ワイヤ４の加工部４ａを被加工物１１に切り込ませることができる。

本体４４には、放電加工用の高周波パルス電圧を発生する高周波パルス電源ユニット５０の第１端子が接続されている。一方、第１ガイドローラー２４と第４ガイドローラー３０との間には、高周波パルス電源ユニット５０の第２端子に接続された給電パッド５２が配置されている。この給電パッド５２は、第１ガイドローラー２４と第４ガイドローラー３０との間でワイヤ４に接触している。すなわち、ワイヤ４には、高周波パルス電源ユニット５０の第２端子が電気的に接続されている。

高周波パルス電源ユニット５０は、例えば、高周波パルス電圧の発生を制御し、パルス幅や繰り返し周波数を調整するパルス調整部（パルス調整手段）５０ａと、電圧を調整する電圧調整部（電圧調整手段）５０ｂと、を備えている。この高周波パルス電源ユニット５０により、放電加工に必要なパルス電圧を発生できる。

第１端子に接続される基台４２の本体４４及び被加工物固定部材４６は、例えば、カーボン、金属等の導電性材料で構成されている。また、給電パッド５２を介して第２端子に接続されるワイヤ４は、導電性を備えている。そのため、高周波パルス電源ユニット５０で発生した高周波パルス電圧は、ワイヤ４と基台４２との間に印加される。

第２ガイドローラー２６及び第３ガイドローラー２８を囲む位置には、加工槽５４が配置されている。加工槽５４の内部には、純水等の加工液５６が貯留されており、少なくとも、ワイヤ４の加工部４ａ及び被加工物１１は、加工液５６に浸漬している。

次に、上述したワイヤ放電加工装置２を用いる被加工物の放電加工方法について説明する。本実施形態に係る被加工物の放電加工方法では、まず、基台４２に対して被加工物１１を電気的に接合するとともに固定する固定ステップを実施する。図２は、固定ステップにおいて半田が塗布される様子を模式的に示す斜視図である。

図２に示すように、固定ステップでは、被加工物１１の側面１１ａの一部と、基台４２の本体４４から取り外された被加工物固定部材４６の固定面４６ａとに、溶融した半田１３を塗布する。半田１３の溶融及び塗布は、例えば、図２に示す超音波半田鏝６２を用いて実施される。

超音波半田鏝６２は、固体の半田１３を加熱、溶融するとともに、溶融した半田１３に超音波振動を付与できるように構成されている。溶融した半田１３に超音波振動を付与すると、半田１３の液中に微細な空洞（キャビティ）が発生し、この空洞が大気圧で潰れる際のエネルギーによって半田１３は対象に強く接合される。

よって、加熱、溶融した半田１３を被加工物１１の側面１１ａ及び被加工物固定部材４６の固定面４６ａに塗布して、超音波振動を付与すれば、被加工物１１の側面１１ａ及び被加工物固定部材４６の固定面４６ａに半田１３を強く接合できる。超音波振動の振動数（周波数）は任意に設定できるが、代表的には、６０ｋＨｚ程度である。

なお、半田１３の塗布及び超音波振動の付与は、ホットプレート６４上で実施されることが望ましい。これにより、被加工物１１の側面１１ａ及び被加工物固定部材４６の固定面４６ａに塗布した半田１３の冷却、固化を防止できる。ホットプレート６４の上面６４ａの温度は、半田１３の融点以上であれば良いが、代表的には、４２０℃〜４５０℃程度である。

半田１３に超音波振動を付与した後には、側面１１ａに塗布した半田１３と固定面４６ａに塗布した半田１３とを接触させて、被加工物固定部材４６と被加工物１１とを接合する。図３は、固定ステップにおいて被加工物固定部材４６に被加工物１１が接合される様子を模式的に示す斜視図である。

図３に示すように、側面１１ａに塗布した半田１３と固定面４６ａに塗布した半田１３とを接触させて、被加工物１１と被加工物固定部材４６とを冷却すれば、固化した半田１３を介して被加工物固定部材４６に被加工物１１を接合、固定できる。

このように、本実施形態に係る固定ステップでは、溶融した半田１３に超音波振動を付与する超音波半田付けを用いて被加工物固定部材４６に被加工物１１を接合するので、被加工物固定部材４６に対して被加工物１１を強く固定できる。また、半田１３によって電気的な接合を実現するので、導電性接着剤を用いる場合等と比較して電気的な接続のばらつきを抑制できる。

被加工物固定部材４６に被加工物１１を接合、固定した後には、被加工物固定部材４６をボルト等で本体４４に装着する。以上により、基台４２に対して被加工物１１を電気的に接合、固定できる。基台４２に対して被加工物１１が固定されると、固定ステップは終了する。

固定ステップの後には、ワイヤ４と基台４２との間に高周波パルス電圧を印加し、基台４２に接合した被加工物１１とワイヤ４との間で生じる放電によって被加工物１１を加工する放電加工ステップを実施する。図４は、放電加工ステップを模式的に示す図であり、図５は、放電加工ステップを模式的に示す斜視図である。なお、図４及び図５では、ワイヤ放電加工装置２の構成要素の一部を省略している。

放電加工ステップでは、まず、高周波パルス電源ユニット５０でワイヤ４と基台４２との間に高周波パルス電圧を印加する。また、ガイドローラー群等を回転させて、図４及び図５に示すように、ワイヤ４を所定の送り方向に送る。

さらに、被加工物１１にワイヤ４（加工部４ａ）を切り込ませるように、移動機構４８で被加工物１１を水平方向に移動（加工送り）させる。加工液５６中で絶縁状態にある被加工物１１とワイヤ４の加工部４ａとが十分に近づくと、絶縁が破壊されて被加工物１１と加工部４ａとの間で放電が生じる。

その結果、放電に伴う熱で被加工物１１の加工部４ａに近接する部分が溶融される。また、加工液５６の温度が急激に上昇して沸騰し、体積が膨張して被加工物１１の溶融した部分を飛散させる。このように、ワイヤ４と基台４２との間に高周波パルス電圧を供給しながら被加工物１１を水平方向に移動させることで、加工部４ａと被加工物１１との相対移動の移動経路に対応した溝を被加工物１１に形成できる。

被加工物１１の水平方向への移動は、ワイヤ４の加工部４ａが半田１３又は被加工物固定部材４６に僅かに切り込まれるまで続けられる。これにより、被加工物１１から複数のウェーハを切り出すことができる。

以上のように、本実施形態に係る被加工物の放電加工方法では、溶融した半田１３に超音波振動を付与する超音波半田付けによって基台４２に被加工物１１を接合、固定するので、基台４２と被加工物１１との間の電気的な接続のばらつきを抑制しながら、被加工物１１を基台４２に固定できる。つまり、本発明に係る被加工物の放電加工方法によれば、加工不良の発生を防止して良好な放電加工を実現できる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、超音波半田鏝６２を用いる超音波半田付けについて説明しているが、溶融した状態で超音波振動が付与された半田１３に被加工物１１や被加工物固定部材４６を浸す半田ディップ法等を用いることもできる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ 被加工物
１１ａ 側面
１３ 半田
２ ワイヤ放電加工装置
４ ワイヤ
４ａ 加工部
６ 繰り出しボビン
８ 繰り出しローラー
１０ 巻き取りボビン
１２ 巻き取りローラー
１４ 第１供給ローラー
１６ 第２供給ローラー
１８ 第３供給ローラー
２０ 第４供給ローラー
２２ 第１調整ローラー
２４ 第１ガイドローラー（ガイドローラー群）
２６ 第２ガイドローラー（ガイドローラー群）
２８ 第３ガイドローラー（ガイドローラー群）
３０ 第４ガイドローラー（ガイドローラー群）
３２ 第５供給ローラー
３４ 第６供給ローラー
３６ 第７供給ローラー
３８ 第８供給ローラー
４０ 第２調整ローラー
４２ 基台
４４ 本体（本体部）
４６ 被加工物固定部材（被加工物固定部）
４８ 移動機構（移動手段）
５０ 高周波パルス電源ユニット
５０ａ パルス調整部（パルス調整手段）
５０ｂ 電圧調整部（電圧調整手段）
５２ 給電パッド
５４ 加工槽
５６ 加工液
６２ 超音波半田鏝
６４ ホットプレート
６４ａ 上面

Claims (2)

1. 被加工物の放電加工方法であって、
   導電性を備えたワイヤと、該ワイヤが複数回巻き掛けられるガイドローラー群と、被加工物を固定する導電性を備えた基台と、該基台と該ワイヤとを相対的に移動させ該基台に固定した被加工物に該ワイヤを切り込ませる移動手段と、該ワイヤと該基台とに電気的に接続され高周波パルス電圧を発生する高周波パルス電源ユニットと、を有するワイヤ放電加工装置を用い、
   該基台に対して被加工物を電気的に接合するとともに固定する固定ステップと、
   該固定ステップを実施した後、該ワイヤと該基台との間に高周波パルス電圧を印加し、該基台に接合した被加工物と該ワイヤとの間で生じる放電によって被加工物を加工する放電加工ステップと、を含み、
   該固定ステップでは、溶融した半田に超音波振動を付与する超音波半田付けによって該基台に被加工物を接合することを特徴とする被加工物の放電加工方法。
2. 該基台は、本体部と、該本体部に着脱自在に装着され被加工物を固定する被加工物固定部と、を備え、
   該固定ステップでは、該本体部から取り外した該被加工物固定部に被加工物を接合した後、該被加工物固定部を該本体部に装着することを特徴とする請求項１記載の被加工物の放電加工方法。

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