JP2017087361A

JP2017087361A - マルチワイヤ放電加工装置

Info

Publication number: JP2017087361A
Application number: JP2015221572A
Authority: JP
Inventors: 正毅淵山; Masatake Fuchiyama; 松原　政幸; Masayuki Matsubara; 政幸松原
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2017-05-25

Abstract

【課題】インゴットに形成する加工溝の幅を抑制することができるマルチワイヤ放電加工装置を提供すること。【解決手段】マルチワイヤ放電加工装置１は、ワイヤＲとインゴットＩを固定する基台４１と高周波パルス電源ユニット６０と制御手段１００とを備える。制御手段１００はワイヤＲとインゴットＩとの電位差を測定する電圧測定手段とワイヤＲとインゴットＩとの間の電流値を測定する電流測定手段の測定値を判定する判定手段１０１を備える。判定手段１０１は、電位差が閾値未満の場合、短絡状態と判定し、電位差が閾値以上且つ高周波パルス電圧の印加開始から電流値の上昇開始までの時間が所定時間未満の場合、短絡放電状態と判定し、電位差が閾値以上且つ上昇開始までの時間が所定時間以上の場合、通常放電状態と判定し、加工送り手段４３の送り速度を上げる。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチワイヤ放電加工装置に関する。

シリコンにより構成されたインゴットをウエーハにスライスするのには、砥粒とワイヤを用いたワイヤーソーによるスライスが知られているが、ＳｉＣにより構成されたインゴットのような硬質な被加工物をスライスする場合、砥粒による除去力が小さすぎて加工時間が長くかかりすぎたり、加工負荷によりワイヤの断線が発生するため、マルチワイヤ放電加工装置の開発が行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１２５８７９号公報

特許文献１に示されたマルチワイヤ放電加工装置において、放電によってインゴットをスライスするために、インゴットに形成される加工溝の幅が、ワイヤの直径よりも大きな幅に形成される。このために、特許文献１に示されたマルチワイヤ放電加工装置は、高価なＳｉＣにより構成されるインゴットをスライスするには、インゴットに形成される加工溝の幅を出来るだけ抑える加工技術が要求される。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、インゴットに形成する加工溝の幅を抑制することができるマルチワイヤ放電加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のマルチワイヤ放電加工装置は、複数のガイドローラーに複数回巻回して走行するワイヤと、半導体である被加工物を固定する導電材で形成された基台と、該ワイヤと該基台を相対移動させて該基台に固定された被加工物にワイヤが切り込む加工送り手段と、該ワイヤと該基台に高周波パルス電圧を印加する高周波パルス電源ユニットと、各構成要素を制御する制御手段と、を備えるマルチワイヤ放電加工装置であって、該高周波パルス電源ユニットは、電源と、ワイヤに給電するワイヤ用給電子と、該基台に給電する基台用給電子と、該ワイヤ用給電子と被加工物との電位差を測定する電圧測定手段と、ワイヤと被加工物との間で流れる電流値を測定する電流測定手段と、を備え、該制御手段は、該電圧測定手段と該電流測定手段の測定値に対し、放電加工状態を判定する判定手段を備え、該判定手段は、該電位差が閾値未満の場合、ワイヤと被加工物とが短絡していると判定しパルス電圧の印加を休止又は該加工送り手段の駆動を停止し、該電位差が閾値以上且つ、パルス電圧の印加開始から該電流値の上昇開始までの時間が所定時間未満の場合、短絡しつつも放電が発生する短絡放電状態と判定して加工条件を維持し、該電位差が閾値以上且つ、パルス電圧の印加開始から該電流値の上昇開始までの時間が前記所定時間以上の場合、通常放電状態と判定し、該短絡放電状態にすべく該加工送り手段の送り速度を上げて該時間を該所定時間未満に調整することを特徴とする。

前記マルチワイヤ放電加工装置は、該電位差が閾値以上且つ所定回数のパルス電圧を印加した際、印加したパルス電圧の数に対し前記閾値以上の電位差が検出されるパルスの数の割合が所定数以下の場合、該パルス電圧の印加開始から該電流値の上昇開始までの時間の閾値である該所定時間を減じる事が望ましい。

本願発明のマルチワイヤ放電加工装置は、インゴットに形成する加工溝の幅を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置の構成例を示す概略図である。図２は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の被加工物の周辺を拡大して示す概略斜視図である。図３は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の高周波パルス電源ユニットの構成を示す回路図である。図４は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の高周波パルス電源ユニットが印加する高周波パルス電圧と、電圧測定手段が測定した電位差と、電流測定手段が測定した電流値との関係の一例を示す図である。図５は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置のワイヤがインゴットに切り込む状態の平面図である。図６は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である無放電状態である場合を拡大して示す図である。図７は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である通常放電状態である場合を拡大して示す図である。図８は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である短絡放電状態である場合を拡大して示す図である。図９は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である短絡状態である場合を拡大して示す図である。図１０は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の加工動作の一例を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

〔実施形態〕
実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置の構成例について説明する。図１は、実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置の構成例を示す概略図である。図２は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の被加工物の周辺を拡大して示す概略斜視図である。図３は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の高周波パルス電源ユニットの構成を示す回路図である。図４は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の高周波パルス電源ユニットが印加する高周波パルス電圧と、電圧測定手段が測定した電位差と、電流測定手段が測定した電流値との関係の一例を示す図である。

マルチワイヤ放電加工装置１は、図１に示すように、ワイヤＲにより被加工物であるインゴットＩを放電加工するものであり、ワイヤＲと、繰り出しボビン２０と、巻き取りボビン２１と、ガイドローラ部３０と、インゴットＩを支持する支持機構４０と、高周波パルス電源ユニット６０と、制御手段１００とを備えている。

繰り出しボビン２０には、未使用のワイヤＲが一定量巻回されている。ワイヤＲは、ガイドローラ部３０の複数のガイドローラー３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆに複数回巻回して走行する。ワイヤＲは、切断面が円形に形成され、芯部と、芯部の周面を被覆する被覆部とから構成されている。芯部は、高純度の鋼であり、例えばピアノ線である。被覆部は、黄銅やタングステン、モリブデンなどの芯部より放電しやすい電気抵抗の低い材料で形成されている。ワイヤＲの直径は、例えば、５０μｍ〜１４０μｍ程度である。もちろん、ワイヤＲの直径は、５０μｍ〜１４０μｍに限定されず、例えば１００μｍ〜２００μｍでもよい。また、ワイヤＲは、高純度の鋼である芯部と、黄銅やタングステン、モリブデンなどの被覆部とから構成されても、黄銅のみから形成されてもよい。また、ワイヤＲは、その切断面が円形である例を説明したが、円形以外であってもよい。例えば、ワイヤＲは、その切断面が楕円形や多角形であってもよい。繰り出しボビン２０は、ガイドローラ部３０に向けてワイヤＲを繰り出す。

ガイドローラ部３０は、繰り出しボビン２０の近傍に配設され、繰り出しボビン２０から繰り出されたワイヤＲが複数回巻き掛けられる。ガイドローラ部３０は、互いに軸方向が平行な複数のガイドローラー３０ａ〜３０ｇを含む。ガイドローラ部３０のガイドローラー３０ａ〜３０ｇの軸方向は、繰り出しボビン２０の軸方向と平行である。ガイドローラー３０ａ〜３０ｇは、円柱状に形成され、ワイヤＲが走行する方向に間隔をおいて配設されている。

ガイドローラー３０ａ，３０ｂは、繰り出しボビン２０の近傍に配設され、繰り出しボビン２０により繰り出され、ワイヤＲを巻き掛けてワイヤＲをガイドローラー３０ｃ〜３０ｇに向けて送り出す。

ガイドローラー３０ｃ〜３０ｆは、並列ワイヤ部３１０を構成し、ワイヤＲを環状に支持するように配設されている。例えば、並列ワイヤ部３１０のガイドローラー３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆは、環状のワイヤＲを内側から支持するように配設されている。並列ワイヤ部３１０は、図２に示すように、ガイドローラー３０ａ，３０ｂにより送り出されたワイヤＲを軸方向（Ｙ軸方向）に一定の間隔をあけて複数回巻き掛ける。並列ワイヤ部３１０のワイヤＲは、例えば、軸方向に０．５ｍｍ〜数ｍｍ程度の間隔をあけてガイドローラー３０ｃ〜３０ｆに１０周巻き掛けられている。

ここで、Ｙ軸方向は、ガイドローラー３０ａ〜３０ｇの軸方向である。Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向と水平面上で直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向、本実施形態では、鉛直方向である。

並列ワイヤ部３１０において、ガイドローラー３０ｃは、ガイドローラー３０ｂにより送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラー３０ｄに送り出す。ガイドローラー３０ｄは、ガイドローラー３０ｃにより送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラー３０ｅに送り出す。ガイドローラー３０ｅは、ガイドローラー３０ｄにより送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラー３０ｆに送り出す。ガイドローラー３０ｆは、ガイドローラー３０ｅにより送り出されたワイヤＲを巻き掛けてガイドローラー３０ｃに送り出す。これで、並列ワイヤ部３１０を構成するガイドローラー３０ｃ〜３０ｆに１周巻き掛けられたことになる。ワイヤＲは、軸方向に０．５ｍｍ〜数ｍｍ程度の間隔をあけつつ並列ワイヤ部３１０のガイドローラー３０ｃ〜３０ｆに残り９周巻き掛けられる。並列ワイヤ部３１０は、１０周巻き掛けられた最後のワイヤＲをガイドローラー３０ｃからガイドローラー３０ｇに送り出す。なお、ガイドローラー３０ｃ、ガイドローラー３０ｄ、ガイドローラー３０ｅ及びガイドローラー３０ｆは、図１に示すように、側方から見て矩形の角に配置されて、ガイドローラー３０ｃ、ガイドローラー３０ｄ、ガイドローラー３０ｅ及びガイドローラー３０ｆに支持されたワイヤＲは、ガイドローラー３０ｃ、ガイドローラー３０ｄ、ガイドローラー３０ｅ及びガイドローラー３０ｆを角とする矩形上を周回する。

また、これらガイドローラー３０ｃ、ガイドローラー３０ｄ、ガイドローラー３０ｅ及びガイドローラー３０ｆのうち対角線上に位置するガイドローラー３０ｄ及びガイドローラー３０ｆは、モーター３２ｄ，３２ｆによって回転し、外周で支持したワイヤＲの走行速度を制御するモーター駆動ローラである。ガイドローラー３０ｃ、ガイドローラー３０ｄ、ガイドローラー３０ｅ及びガイドローラー３０ｆは、並列ワイヤ部３１０の周回するワイヤＲと同数即ち１０本のガイド溝３３が回転方向に沿って設けられる。ガイド溝３３は、ガイドローラー３０ｃ、ガイドローラー３０ｄ、ガイドローラー３０ｅ及びガイドローラー３０ｆの軸方向に等間隔に設けられる。ガイド溝３３の深さは、０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度である。

ガイドローラー３０ｇは、巻き取りボビン２１の近傍に配設され、並列ワイヤ部３１０から送り出されたワイヤＲを巻き掛けて巻き取りボビン２１に送り出す。巻き取りボビン２１は、ガイドローラー３０ｇから送り出された使用済みのワイヤＲを巻き取って回収する。

なお、繰り出しボビン２０及び巻き取りボビン２１は、図示しないモータによって回転駆動される。ガイドローラー３０ａ〜３０ｇに巻き掛けられたワイヤＲが走行する速度は、０．５m/sec〜１m/sec程度である。また、並列ワイヤ部３１０のガイドローラー３０ｅ，３０ｆにより張設されたワイヤＲは、インゴットＩをウエーハにスライスする切断ワイヤ部３２０を構成する。切断ワイヤ部３２０のワイヤＲは、Ｚ軸方向に沿って上向きへ走行する。

インゴットＩは、円柱形状であり、切断ワイヤ部３２０のワイヤＲの間隔で円板状のウエーハにスライスされる。インゴットＩは、体積抵抗率が０．０１Ωｃｍ以上でかつ１０００Ωｃｍ以下の半導体である。インゴットＩを構成する半導体は、ＳｉＣ、単結晶ダイヤ等である。

支持機構４０は、切断ワイヤ部３２０の近傍に設けられている。支持機構４０は、基台４１と、支持柱４２と、加工送り手段４３とを備えている。基台４１は、インゴットＩを固定するものであり、導電性を有する導電材で形成される。基台４１は、前面４１ｃにインゴットＩの周面Ｉａが導電性接着剤Ｂにより接着されて固定される。インゴットＩは、その端面Ｉｅが切断ワイヤ部３２０のワイヤＲが走行するＺ軸方向と略平行になるように基台４１に固定される。

支持柱４２は、棒状に形成されており、Ｚ軸方向に立設されている。支持柱４２は、一端に基台４１が固定され、他端に加工送り手段４３が固定されている。加工送り手段４３は、基台４１とワイヤＲとをＸ軸方向に相対移動させるものである。実施形態において、加工送り手段４３は、基台４１に固定されたインゴットＩにワイヤＲが切り込むもの、即ち、インゴットＩにワイヤＲを切り込ませて、ウエーハにスライスするものである。例えば、加工送り手段４３は、Ｘ軸方向に沿って延在される図示しないボールねじと、パルスモータ等で構成される駆動源とを有する。加工送り手段４３は、ボールねじのナットに固定された支持柱４２をＸ軸方向に沿って移動させて、基台４１とワイヤＲとを相対的に移動させ、基台４１に固定したインゴットＩに切断ワイヤ部３２０のワイヤＲを切り込ませる。

マルチワイヤ放電加工は、誘電体である水や油などの加工液Ｆの中で実施される。切断ワイヤ部３２０は、加工液Ｆが貯留された加工槽５０の中に浸漬されている。加工槽５０の中で、加工液Ｆに浸漬された切断ワイヤ部３２０のワイヤＲがインゴットＩを加工する。

加工槽５０は、上面に開口部５３を有している。基台４１は、開口部５３から加工槽５０の内部に挿入される。基台４１は、加工槽５０に対してＸ軸方向に往復移動が可能となる。加工槽５０は、ガイドローラー３０ｄ及びガイドローラー３０ｅを収容し、ガイドローラー３０ｄ及びガイドローラー３０ｅを加工液Ｆ中に浸漬する。ガイドローラー３０ｃにより送り出されたワイヤＲは、開口部５３から加工槽５０の内部に進入する。加工槽５０の内部に進入したワイヤＲは、加工槽５０内に配設されたガイドローラー３０ｄ及びガイドローラー３０ｅを介して、開口部５３から加工槽５０の外部に送り出される。

高周波パルス電源ユニット６０は、ワイヤＲと基台４１に高周波パルス電圧ＰＶ（図４に示す）を印加するものである。高周波パルス電源ユニット６０は、図３に示すように、電源６１と、ワイヤＲに給電するワイヤ用給電子６２と、基台４１に取り付けられて基台４１に給電する基台用給電子６３と、電圧測定手段６６と、電流測定手段６７とを備える。

また、高周波パルス電源ユニット６０は、高周波パルス電圧ＰＶを調整する電圧調整手段６４と、高周波パルス電圧ＰＶの周波数を所定の周波数に調整するパルス調整手段６５とを備えている。高周波パルス電源ユニット６０は、ワイヤ用給電子６２に接続され、ワイヤ用給電子６２を介して高周波パルス電圧ＰＶをワイヤＲに供給する。

電源６１は、加工用の高周波パルス電圧ＰＶをワイヤＲと基台４１とに印加する加工用電源６１Ｐと、加工用電源６１Ｐと極性が反対にワイヤＲと基台４１とに接続された加工補助用のオフ用電源６１Ｏとを備える。実施形態において、加工用電源６１Ｐは、プラス側が基台用給電子６３に接続され、マイナス側がワイヤ用給電子６２に接続される。オフ用電源６１Ｏは、プラス側がワイヤ用給電子６２に接続され、マイナス側が基台用給電子６３に接続される。加工用電源６１ＰがワイヤＲと基台４１に印加するパルス電圧ＰＶＰ（図４に示す）の電圧値は、オフ用電源６１ＯがワイヤＲと基台４１に印加するパルス電圧ＰＶＯ（図４に示す）の電圧値よりも高い。

電圧調整手段６４は、加工用電源６１Ｐとワイヤ用給電子６２との間に設けられる加工用抵抗６４Ｐと、オフ用電源６１Ｏと基台用給電子６３との間に設けられるオフ用抵抗６４Ｏとを備える。パルス調整手段６５は、加工用電源６１Ｐとワイヤ用給電子６２との間に設けられる加工用スイッチ６５Ｐと、オフ用電源６１Ｏと基台用給電子６３との間に設けられるオフ用スイッチ６５Ｏとを備える。加工用スイッチ６５Ｐ及びオフ用スイッチ６５Ｏは、制御手段１００によりオンオフが切換られて、かつ高周波パルス電圧ＰＶの周波数を所定の周波数に調整する。

ワイヤ用給電子６２は、図２に示すように、ベース部材６２ａに軸心回りに回転自在に設けられた電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃとを備える。電極ローラ６２ｂは、電源６１から高周波パルス電圧ＰＶが供給される。電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃは、円柱状に形成され、かつ互いに平行に配置されている。電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃは、ガイドローラー３０ａ〜３０ｇと平行である。電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃは、ガイドローラー３０ｆとガイドローラー３０ｃとの間に張設されるワイヤＲに当接されている。ワイヤ用給電子６２は、電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃとの間にワイヤＲを通し、ワイヤＲに当接された電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃとがワイヤＲの走行に従動して回転する。また、電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃは、並列ワイヤ部３１０の周回するワイヤＲと同数即ち１０本のガイド溝６２ｄが回転方向に沿って設けられる。ガイド溝６２ｄは、電極ローラ６２ｂと従動ローラ６２ｃの軸方向に等間隔に設けられる。また、高周波パルス電源ユニット６０は、基台４１に固定される基台用給電子６３に接続され、基台４１を介して高周波パルス電圧ＰＶをインゴットＩに供給する。

高周波パルス電源ユニット６０は、ワイヤＲとインゴットＩとの極間に、図４に示す高周波パルス電圧ＰＶを所定の周波数で印加する。実施形態において、高周波パルス電源ユニット６０は、図４に示すように、加工用電源６１Ｐから矩形波状のパルス電圧ＰＶＰを印加した後、オフ用電源６１Ｏから矩形波状のパルス電圧ＰＶＯを印加して、高周波パルス電圧ＰＶを印加する。即ち、高周波パルス電圧ＰＶは、加工用電源６１Ｐからのパルス電圧ＰＶＰとオフ用電源６１Ｏからのパルス電圧ＰＶＯにより構成される。

高周波パルス電源ユニット６０からワイヤＲとインゴットＩとの極間に高周波パルス電圧ＰＶを印加すると、ワイヤＲは、正面に配置されたインゴットＩに対して放電（火花）Ｓ（図７及び図８に示す）を行う。例えば、加工液Ｆ中で絶縁状態にあるインゴットＩとワイヤＲの間隔が数十μｍ位まで近づくと、両者の絶縁が破壊されて放電（火花）Ｓが発生する。この放電（火花）ＳによってインゴットＩが加熱されて溶融され、さらに液体の温度が急激に上昇することにより液体が気化し、体積膨張によって溶融箇所を飛散させる。このように、マルチワイヤ放電加工装置１は、ワイヤＲとインゴットＩとの極間に高周波パルス電圧ＰＶを印加することで、インゴットＩを溶融すると共に飛散させる処理を断続的に行ってインゴットＩの放電加工を実施する。

電圧測定手段６６は、ワイヤ用給電子６２と基台用給電子６３とに接続されて、ワイヤ用給電子６２とインゴットＩとの電位差を測定する。電圧測定手段６６は、測定値を制御手段１００に出力する。電流測定手段６７は、基台用給電子６３に接続されて、放電によりワイヤＲとインゴットＩとの間で流れる電流値を測定する。電流測定手段６７は、測定値を制御手段１００に出力する。

また、マルチワイヤ放電加工装置１は、図１に示すように、ワイヤＲの走行方向の繰り出しボビン２０とガイドローラ部３０との間に配置された張力調整ユニット８０と、ワイヤＲの走行方向のガイドローラ部３０のガイドローラー３０ｇと巻き取りボビン２１との間に配置された張力調整ユニット９０と、を備える。張力調整ユニット８０，９０は、ワイヤＲに張力を付与するとともに、ワイヤＲに付与する張力を調整可能である。

制御手段１００は、繰り出しボビン２０、巻き取りボビン２１、ガイドローラー３０ｄ、ガイドローラー３０ｆ、加工送り手段４３及び高周波パルス電源ユニット６０の各スイッチ６５Ｐ，６５Ｏなどのマルチワイヤ放電加工装置１の各構成要素を制御する。制御手段１００は、繰り出しボビン２０、巻き取りボビン２１、ガイドローラー３０ｄ及びガイドローラー３０ｆにモータ駆動信号を出力し、ワイヤＲの繰り出しや巻き取り、ワイヤＲの案内をするように制御する。また、制御手段１００は、加工送り手段４３にモータ駆動信号を出力してインゴットＩを切断ワイヤ部３２０のワイヤＲに切り込ませるように制御する。また、制御手段１００は、高周波パルス電源ユニット６０に制御信号を出力して高周波パルス電力の出力時間などを制御する。また、制御手段１００は、電圧測定手段６６と電流測定手段６７の測定値に対し、ワイヤＲとインゴットＩとの間の放電加工状態（放電（火花）Ｓの有無、短絡の有無）を判定する判定手段１０１を備える。

なお、制御手段１００は、コンピュータシステムを含む。制御手段１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。

制御手段１００のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムに従ってＲＡＭ上で演算処理を実施して、マルチワイヤ放電加工装置１を制御するための制御信号を、入出力インターフェース装置を介してマルチワイヤ放電加工装置１の各構成要素に出力する。また、制御手段１００は、加工動作の状態や画像などを表示する液晶表示装置などにより構成される図示しない表示手段や、オペレータが加工内容情報などを登録する際に用いる入力手段と接続されている。入力手段は、表示手段に設けられたタッチパネルと、キーボード等とのうち少なくとも一つにより構成される。

次に、マルチワイヤ放電加工装置１がインゴットＩの放電加工を実施した際の放電加工状態を図面に基づいて説明する。図５は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置のワイヤがインゴットに切り込む状態の平面図である。図６は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である無放電状態である場合を拡大して示す図である。図７は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である通常放電状態である場合を拡大して示す図である。図８は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である短絡放電状態である場合を拡大して示す図である。図９は、図５中Ａ部が放電加工状態の一例である短絡状態である場合を拡大して示す図である。

マルチワイヤ放電加工装置１は、加工動作において、図４に示すように、ワイヤＲとインゴットＩとの極間に高周波パルス電圧ＰＶを所定の周波数で印加する。マルチワイヤ放電加工装置１は、図５に示すように、ワイヤＲがインゴットＩに切り込むと、図６から図９に示すように、インゴットＩにワイヤＲが切り込んだ加工溝ＰＤが形成され、加工溝ＰＤ内にインゴットＩを構成する材料等からなる加工屑ＰＷが形成される。

マルチワイヤ放電加工装置１は、加工中にワイヤＲと加工溝ＰＤの内面即ちインゴットＩとの距離が増加することなどによって、図６に示すように、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電が発生しない放電加工状態の一例である無放電状態となることがある。この無放電状態では、電圧測定手段６６が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間の電位差ＥＰが、図４に示すように、予め定められた閾値ＳＶを超え、かつ電流測定手段６７が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間で流れる電流値が零のままとなる。

また、マルチワイヤ放電加工装置１は、加工中にワイヤＲと加工溝ＰＤの内面即ちインゴットＩとの間の絶縁が破壊され、図７に示すように、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生する放電加工状態の一例である通常放電状態となることがある。この通常放電状態では、電圧測定手段６６が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間の電位差ＥＰが、図４に示すように、予め定められた閾値ＳＶを超え、且つ電流測定手段６７が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間で流れる電流値が予め定められた電流用閾値ＥＳＶを超える。この通常放電状態では、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生した後に、ワイヤＲからインゴットＩに電流が流れるので、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から時間ＴＤ後にワイヤＲからインゴットＩに流れる電流値が零を超える上昇開始することとなる。実施形態において、通常放電状態時に高周波パルス電圧ＰＶの印加開始からワイヤＲからインゴットＩに流れる電流値が零を超える上昇開始までの時間ＴＤは、４００ｎｓｅｃ以上でかつ７００ｎｓｅｃ以下である。

また、通常放電状態では、ワイヤＲとインゴットＩとの間に印加される複数の高周波パルス電圧ＰＶのうち全ての高周波パルス電圧ＰＶにより放電（火花）Ｓが発生するわけでない。即ち、マルチワイヤ放電加工装置１は、通常放電状態中に無放電状態が生じることがある。

また、マルチワイヤ放電加工装置１は、加工中にワイヤＲと加工溝ＰＤの内面即ちインゴットＩとの間の絶縁が破壊され、図８に示すように、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生するとともに、ワイヤＲとインゴットＩとが接触してワイヤＲからインゴットＩに放電（火花）Ｓによらずに直接電流が流れる放電加工状態の一例である短絡放電状態となることがある。この短絡放電状態では、電圧測定手段６６が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間の電位差ＥＰが、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生するために、図４に示すように、予め定められた閾値ＳＶを超える。短絡放電状態では、ワイヤＲとインゴットＩとの間で電流が流れるので、電流測定手段６７が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間で流れる電流値が予め定められた電流用閾値ＥＳＶを超える。この短絡放電状態では、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生した後にワイヤＲからインゴットＩに電流が流れるとともに、ワイヤＲとインゴットＩとが接触して電流が流れるので、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から時間ＴＤよりも短い時間ＴＳ後にワイヤＲからインゴットＩに流れる電流値が零を超える上昇開始することとなる。短絡放電状態では、放電と接触との双方によりワイヤＲとインゴットＩとの間に電流が流れるために、ワイヤＲとインゴットＩとの間の電位差ＥＰが、通常放電状態の電位差ＥＰよりも小さく、かつ放電（火花）Ｓが通常放電状態の放電（火花）Ｓよりも小さい。このために、短絡放電状態においてインゴットＩに形成される加工溝ＰＤの幅は、通常放電状態においてインゴットＩに形成される加工溝ＰＤの幅よりも狭い。

また、マルチワイヤ放電加工装置１は、加工中にワイヤＲと加工溝ＰＤの内面即ちインゴットＩとが接触して、図９に示すように、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生することなくワイヤＲからインゴットＩに直接電流が流れる短絡状態となることがある。この短絡状態では、電圧測定手段６６が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間の電位差ＥＰが、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生することなくワイヤＲからインゴットＩに電流が流れるために、図４に示すように、予め定められた閾値ＳＶを超えない。短絡状態では、ワイヤＲとインゴットＩとの間で電流が流れるので、電流測定手段６７が測定したワイヤＲとインゴットＩとの間で流れる電流値が予め定められた電流用閾値ＥＳＶを超える。この短絡状態では、ワイヤＲとインゴットＩとの間に放電（火花）Ｓが発生することなくワイヤＲからインゴットＩに直接電流が流れるだけであるので、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から時間ＴＳ後にワイヤＲからインゴットＩに流れる電流値が零を超える上昇開始することとなる。実施形態において、短絡放電状態及び短絡状態時に高周波パルス電圧ＰＶの印加開始からワイヤＲからインゴットＩに流れる電流値が零を超える上昇開始するまでの時間ＴＳは、ワイヤＲの長さ、ワイヤＲの太さによるコイル（Ｌ）、コンデンサ（Ｃ）の容量に応じて決定し、例えば、１００ｎｓｅｃ以上でかつ１５０ｎｓｅｃ以下である。

なお、電位差ＥＰの閾値ＳＶは、放電（火花）Ｓが発生しない短絡状態時の電位差ＥＰよりも大きく、かつ放電（火花）Ｓが発生する通常放電状態及び短絡放電状態の電位差ＥＰよりも小さい。このように、電位差ＥＰの閾値ＳＶとは、放電（火花）Ｓが発生したか否かを判定することができる値である。以上の無放電状態、通常放電状態、短絡放電状態、短絡状態をまとめると、以下の表１のようになる。

次に、マルチワイヤ放電加工装置の加工動作の一例を図面に基づいて説明する。図１０は、図１に示すマルチワイヤ放電加工装置の加工動作の一例を示すフローチャートである。

先ず、オペレータは、基台４１にインゴットＩを固定し、加工槽５０内に加工液Ｆを貯留して、加工情報を制御手段１００に登録する。マルチワイヤ放電加工装置１は、加工動作の開始指示があった場合に、加工動作を開始する（ステップＳＴ１）。加工動作において、制御手段１００は、高周波パルス電源ユニット６１を制御し、高周波パルス電力をワイヤＲとインゴットＩに供給する。また、制御手段１００は、繰り出しボビン２０からワイヤＲを繰り出し、ガイドローラ部３０によりワイヤＲを案内させて、ワイヤＲを走行させる。

ワイヤＲは、ガイドローラー３０ｂにより並列ワイヤ部３１０に送り出される。並列ワイヤ部３１０に送り出されたワイヤＲは、切断ワイヤ部３２０でインゴットＩを放電加工する。制御手段１００は、加工送り手段４３を制御し、インゴットＩを切断ワイヤ部３２０のワイヤＲに向けて移動させ、ワイヤＲとインゴットＩとの極間に電圧を印加して放電加工を実施し、インゴットＩに加工溝ＰＤを形成する。例えば、インゴットＩとワイヤＲとが接近すると放電（火花）Ｓが発生し、インゴットＩが溶融されて飛散される処理を断続的に行って放電加工を実施し、インゴットＩを複数のウエーハにスライスする。

制御手段１００の判定手段１０１は、放電加工状態が、無放電状態、通常放電状態、短絡放電状態、短宅状態の何れかであるかを判定する（ステップＳＴ２）。

制御手段１００の判定手段１０１は、電圧測定手段６６の測定値に基づいて、ワイヤＲ即ちワイヤ用給電子６２とインゴットＩとの電位差が閾値ＳＶ未満か否かを判定することで、短絡状態であるか否かを判定する。（ステップＳＴ３）。制御手段１００の判定手段１０１は、電位差が閾値ＳＶ未満である即ち短絡状態であると判定する（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）と、電位差が閾値ＳＶ未満である高周波パルス電圧ＰＶの数をカウントし、カウントした数が所定の数連続したか否かを判定する（ステップＳＴ４）。制御手段１００の判定手段１０１は、所定の数連続していないと判定する（ステップＳＴ４：Ｎｏ）と、ステップＳＴ２に戻る。なお、加工開始直後では、カウントした数が１となるので、ステップＳＴ２に戻り、電位差が閾値ＳＶ未満である高周波パルス電圧ＰＶが所定の数連続すると、制御手段１００の判定手段１０１は、所定の数連続したと判定し（ステップＳＴ４：Ｙｅｓ）、高周波パルス電圧ＰＶの印加を休止又は加工送り手段４３の駆動を停止し（ステップＳＴ１２）、所定の時間が経過した後にステップＳＴ２に戻る。こうして、判定手段１０１は、電位差が閾値ＳＶ未満の場合、ワイヤＲとインゴットＩとが短絡している短絡状態と判定し、高周波パルス電圧ＰＶの印加を休止又は加工送り手段４３の駆動を停止し、所定の時間経過した後、ステップＳＴ２に戻る。

制御手段１００の判定手段１０１は、電位差が閾値ＳＶ以上であると判定する（ステップＳＴ３：Ｎｏ）と、電位差が閾値ＳＶ以上である高周波パルス電圧ＰＶの数をカウントし、印加した高周波パルス電圧ＰＶの数に対して閾値ＳＶ以上の電位差が検出される割合を求める。制御手段１００の判定手段１０１は、求めた割合が所定数以下であるか否か、即ち短絡状態の発生率が高いか否かを判定する（ステップＳＴ５）。

求めた割合が所定数を超えている即ち短絡状態の発生率が低い（ステップＳＴ５：Ｎｏ）と判定すると、制御手段１００の判定手段１０１は、短絡状態の発生率が高いか否かを判定するための高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間の閾値である所定時間を長くする（ステップＳＴ６）。なお、所定時間は、時間ＴＳよりも長く時間ＴＤよりも短い時間である。

制御手段１００の判定手段１０１は、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間が所定時間以上か否かを判定することで、通常放電状態であるか否かを判定する（ステップＳＴ７）。制御手段１００の判定手段１０１は、所定時間未満であると判定する（ステップＳＴ７：Ｎｏ）と、放電加工状態が短絡放電状態であると判定して、加工条件である加工送り手段４３のインゴットＩの送り速度を所定速度だけ遅くする（即ち、送り速度を下げる）（ステップＳＴ８）。こうして、判定手段１０１は、電位差が閾値ＳＶ以上且つ、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間が所定時間未満の場合、短絡しつつも放電（火花）Ｓが発生する短絡放電状態と判定して、送り速度を下げる。

制御手段１００の判定手段１０１は、所定時間以上であると判定する（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）と、放電加工状態が通常放電状態であると判定して、加工条件である加工送り手段４３のインゴットＩの送り速度を所定速度だけ早める（ステップＳＴ９）。こうして、判定手段１０１は、電位差が閾値ＳＶ以上且つ、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間が所定時間以上の場合、通常放電状態と判定し、短絡放電状態にすべく加工送り手段４３の送り速度を上げて、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間を所定時間未満となるように調整する。

制御手段１００の判定手段１０１は、送り速度を下げた（ステップＳＴ８）後、及び、送り速度を上げた（ステップＳＴ９）後、加工送り手段４３の送り量などに基づいて加工が終了したか否かを判定する（ステップＳＴ１０）。制御手段１００の判定手段１０１は、加工が終了していないと判定する（ステップＳＴ１０：Ｎｏ）と、ステップＳＴ２に戻り、加工が終了したと判定する（ステップＳＴ１０：Ｙｅｓ）と、加工動作を終了する（ステップＳＴ１１）。

制御手段１００の判定手段１０１は、ステップＳＴ２からステップＳＴ１０を複数繰り返すと、求めた割合が所定数以下即ち短絡状態の発生率が高いと判定する（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）ことがある。制御手段１００の判定手段１０１は、求めた割合が所定数以下即ち短絡状態の発生率が高いと判定する（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）と、カウントした電位差が閾値ＳＶ以上である高周波パルス電圧ＰＶの数を零にリセットするとともに、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間の閾値である前記所定時間を短くし（ステップＳＴ１３）、ステップＳＴ７に進む。

こうして、判定手段１０１は、電位差が閾値ＳＶ以上且つ所定回数の高周波パルス電圧ＰＶを印加した際、印加した高周波パルス電圧ＰＶの数に対し閾値ＳＶ以上の電位差ＥＰが検出されるパルスの数の割合が所定数以下の場合、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間の閾値である所定時間を減じる。このように、判定手段１０１は、通常放電状態において、無放電状態となることが増加すると、前記所定時間を短くして、通常放電状態と判定して加工送り手段４３の送り速度を早めて、短絡放電状態を発生しやすくする。

前述した実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置１は、放電開始直後では、制御手段１００の判定手段１０１が短絡状態の発生率が低い（ステップＳＴ５：Ｎｏ）と判定し、所定時間を長くする（ステップＳＴ６）ので、通常放電状態であると判定する（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）ことが多い。マルチワイヤ放電加工装置１は、制御手段１００の判定手段１０１が通常放電状態であると判定する（ステップＳＴ７：Ｙｅｓ）と、送り速度を上げる（ステップＳＴ９）。すると、マルチワイヤ放電加工装置１は、短絡状態が発生しやすくなり、制御手段１００の判定手段１０１が短絡状態の発生率が高い（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）と判定して、所定時間を短くする（ステップＳＴ１３）。すると、マルチワイヤ放電加工装置１は、制御手段１００の判定手段１０１が短絡放電状態であると判定し（ステップＳＴ７：Ｎｏ）、送り速度を下げ（ステップＳＴ８）、結果的に短絡放電状態が発生する割合を高い状態に維持することができる。

実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置１は、ワイヤＲとインゴットＩとが僅かに接触して、印加された高周波パルス電圧ＰＶがワイヤＲに流れつつも、インゴットＩが半導体により構成されるために、インゴットＩに電気が蓄積されて、ワイヤＲとインゴットＩとの間で弱い力ながらも放電（火花）Ｓが発生する短絡放電状態で、インゴットＩを加工する。このため、マルチワイヤ放電加工装置１は、短絡放電状態の放電（火花）Ｓが通常放電状態の放電（火花）Ｓよりも小さいために、短絡放電状態の放電（火花）Ｓによる除去量が通常放電状態の放電（火花）Ｓに比べると少なくなり、加工溝ＰＤの幅を細くすることができる。その結果、マルチワイヤ放電加工装置１は、加工溝ＰＤの幅をワイヤＲの直径と同等にすることが可能となり、加工時間はかかってもインゴットＩに形成する加工溝ＰＤの幅を抑制するスライス加工が実現できるという効果を奏する。

また、マルチワイヤ放電加工装置１は、電位差が閾値ＳＶ以上且つ所定回数の高周波パルス電圧ＰＶを印加した際、印加した高周波パルス電圧ＰＶの数に対し閾値ＳＶ以上の電位差ＥＰが検出されるパルスの数の割合が所定数以下の場合、高周波パルス電圧ＰＶの印加開始から電流値の上昇開始までの時間の閾値である所定時間を減じる。通常放電状態は、所定回数の高周波パルス電圧の印加に対し、閾値ＳＶ以上の電位差が発生する割合が短絡放電状態に対し低く例えば７０から９０％程度である。逆に、短絡放電状態は、閾値ＳＶ以上の電位差が発生する割合が１００％に近くなる。このため、マルチワイヤ放電加工装置１は、所定回数の高周波パルス電圧の印加に対し、閾値ＳＶ以上の電位差が発生する割合が所定数以下の場合、通常放電状態と判定し、電流値の上昇までの時間の閾値である所定時間を減じ（短くし）、加工送り手段４３の送り速度を早めて、短絡放電状態を発生しやすくする。この結果、自動的に短絡放電状態となる時間の閾値である所定時間を割り出せ、マルチワイヤ放電加工装置１は、インゴットＩに形成する加工溝ＰＤの幅を抑制することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１マルチワイヤ放電加工装置
３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ，３０ｆガイドローラー
４１基台
４３加工送り手段
６０高周波パルス電源ユニット
６１電源
６２ワイヤ用給電子
６３基台用給電子
６６電圧測定手段
６７電流測定手段
１００制御手段
１０１判定手段
Ｒワイヤ
Ｉインゴット（被加工物）
ＰＶ高周波パルス電圧
ＥＰ電位差
ＳＶ閾値
ＴＤ，ＴＳ時間

Claims

複数のガイドローラーに複数回巻回して走行するワイヤと、半導体である被加工物を固定する導電材で形成された基台と、該ワイヤと該基台を相対移動させて該基台に固定された被加工物にワイヤが切り込む加工送り手段と、該ワイヤと該基台に高周波パルス電圧を印加する高周波パルス電源ユニットと、各構成要素を制御する制御手段と、を備えるマルチワイヤ放電加工装置であって、
該高周波パルス電源ユニットは、
電源と、ワイヤに給電するワイヤ用給電子と、該基台に給電する基台用給電子と、該ワイヤ用給電子と被加工物との電位差を測定する電圧測定手段と、ワイヤと被加工物との間で流れる電流値を測定する電流測定手段と、を備え、
該制御手段は、
該電圧測定手段と該電流測定手段の測定値に対し、放電加工状態を判定する判定手段を備え、
該判定手段は、
該電位差が閾値未満の場合、ワイヤと被加工物とが短絡していると判定しパルス電圧の印加を休止又は該加工送り手段の駆動を停止し、
該電位差が閾値以上且つ、パルス電圧の印加開始から該電流値の上昇開始までの時間が所定時間未満の場合、短絡しつつも放電が発生する短絡放電状態と判定して加工条件を維持し、
該電位差が閾値以上且つ、パルス電圧の印加開始から該電流値の上昇開始までの時間が前記所定時間以上の場合、通常放電状態と判定し、該短絡放電状態にすべく該加工送り手段の送り速度を上げて該時間を該所定時間未満に調整することを特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
該電位差が閾値以上且つ所定回数のパルス電圧を印加した際、印加したパルス電圧の数に対し前記閾値以上の電位差が検出されるパルスの数の割合が所定数以下の場合、該パルス電圧の印加開始から該電流値の上昇開始までの時間の閾値である該所定時間を減じることを特徴とする請求項１に記載のマルチワイヤ放電加工装置。