JP2017087394A - マルチワイヤ放電加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ用給電子に多くの電力を供給しなくても、１回のパルス印加で複数状のワイヤに放電を発生させることができるマルチワイヤ放電加工装置を提供する。【解決手段】マルチワイヤ放電加工装置は、複数条に並列する並列ワイヤ部を構成するワイヤと、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、基台に固定された被加工物に加工ワイヤ部が切り込む加工送り手段と、並列ワイヤ部と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。高周波パルス電源ユニットは、電源と、基台に給電する基台用給電子と、並列ワイヤ部の複数条のワイヤに一括して給電するワイヤ用給電子と、電源とワイヤ用給電子との間に接続され蓄積した電力をワイヤ用給電子に供給するコンデンサと、を備える。【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。

シリコンインゴットをスライスしてウェーハにする方法の一つとしてワイヤーソーを用いる方法が知られている。ワイヤーソーを用いてＳｉＣ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なったり加工負荷によりワイヤが切断されたりする可能性がある。そのため、マルチワイヤ放電加工装置の開発が行われている（特許文献１参照）。

マルチワイヤ放電加工装置は複数条のワイヤで複数の分割ラインを一度に形成可能である。基本的には、マルチワイヤ放電加工装置は１パルスのパルス電圧の印加でワイヤの１箇所で放電を発生させて被加工物を加工する。加工速度の向上のために１パルスのパルス電圧の印加で複数の放電電極（複数条のワイヤ）のそれぞれで放電を発生させる放電加工装置が提案されている（特許文献２及び特許文献３参照）。

特開２０１２−１２５８７９号公報 特開２００３−２６０６１７号公報 特開２０１４−０７３５７８号公報

１パルスのパルス電圧の印加で複数条のワイヤのそれぞれで放電を発生させることにより加工レートは飛躍的に向上する。しかし、１パルスのパルス電圧の印加で複数条のワイヤのそれぞれで放電を発生させる場合、電源からワイヤ用給電子に出力する電力を大きくする必要がある。

本発明は、電源からワイヤ用給電子に出力する電力を抑制しつつ、１パルスのパルス電圧の印加で複数条のワイヤに放電を発生させ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。

本発明に係るマルチワイヤ放電加工装置は、複数のガイドローラに複数回巻回し複数条に並列する並列ワイヤ部を構成するワイヤと、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加工ワイヤ部が切り込む加工送り手段と、該並列ワイヤ部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、該基台に給電する基台用給電子と、該並列ワイヤ部の複数条のワイヤに一括して給電するワイヤ用給電子と、該電源と該ワイヤ用給電子との間に接続され蓄積した電力を該ワイヤ用給電子に供給するコンデンサと、を備え、該ワイヤ用給電子から被加工物までのワイヤは所定の抵抗値を有し、該ワイヤ用給電子からの１パルスの給電に対し複数条のワイヤで放電が発生することを特徴とする。

本発明に係るマルチワイヤ放電加工装置において、該制御手段は、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、該電流測定手段の測定値から短絡状態を検出する短絡判定手段と、を備え、該短絡判定手段は、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以下の場合に短絡と判定し、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することが好ましい。

本発明に係るマルチワイヤ放電加工装置によれば、コンデンサで蓄積された電力が急激にワイヤ用給電子に印加されるので、電源からワイヤ用給電子に出力する電力を抑制しつつ、１パルスのパルス電圧の印加で複数条のワイヤに放電を発生させることができる。

図１は、本実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置の一例を示す概略図である。 図２は、本実施形態に係る高周波パルス電源ユニットの電気回路の一例を示す模式図である。 図３は、放電加工される被加工物Ｗの一例を示す模式図である。 図４は、本実施形態に係る短絡判定手段による短絡判定方法の一例を説明するための図である。 図５は、無放電状態のワイヤ及び被加工物の一例を模式的に示す図である。 図６は、放電状態のワイヤ及び被加工物の一例を模式的に示す図である。 図７は、短絡状態のワイヤ及び被加工物の一例を模式的に示す図である。 図８は、本実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが本発明はこれに限定されない。以下で説明する実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定しこのＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内の一方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向をＺ軸方向とする。

図１は、本実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置１の一例を示す概略図である。マルチワイヤ放電加工装置１は、並列された複数条のワイヤ２で発生する放電により被加工物Ｗを薄く切断する。

図１に示すように、マルチワイヤ放電加工装置１は、複数のガイドローラ３に複数回巻回し複数条に並列する並列ワイヤ部４を構成するワイヤ２と、半導体である被加工物Ｗを固定する導電材で形成された基台５を有する支持機構１３と、ワイヤ２と基台５とを相対移動させて基台５に固定された被加工物Ｗに加工ワイヤ部６が切り込む加工送り手段７と、並列ワイヤ部４と基台５と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８と、各構成要素を制御する制御手段９と、を備える。

また、マルチワイヤ放電加工装置１は、ワイヤ２が巻かれそのワイヤ２を繰り出す繰り出しボビン１０と、ワイヤ２を巻き取る巻き取りボビン１１と、加工液Ｆが満たされる加工槽１２と、を備える。

被加工物Ｗは、半導体で形成される。被加工物Ｗは、円柱状の半導体インゴットである。本実施形態において、半導体とは、体積低効率が０．０１［Ω・ｃｍ］以上、好ましくは０．１［Ω・ｃｍ］以上の部材をいう。被加工物Ｗは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を含む。なお、被加工物Ｗが、単結晶ダイヤモンド、シリコン、及びＧａＮ（窒化ガリウム）の少なくとも一つを含んでもよい。

ワイヤ２は、導電材で形成される。ワイヤ２は、例えば黄銅等の金属線である。ワイヤ２は繰り出しボビン１０に巻かれている。繰り出しボビン１０は、Ｙ軸と平行な回転軸を中心に回転可能であり、ガイドローラ３にワイヤ２を繰り出す。

ガイドローラ３は、繰り出しボビン１０から繰り出されたワイヤ２をガイドしながら移動させる。ガイドローラ３は、ワイヤ２の移動方向に間隔をおいて複数配置される。ガイドローラ３は、円柱状の部材であり、Ｙ軸と平行な回転軸を中心に回転可能である。ガイドローラ３の表面にガイド溝が設けられる。ワイヤ２は、ガイドローラ３のガイド溝に配置された状態で移動する。ガイドローラ３の表面は、合成樹脂のような絶縁体で形成される。

本実施形態において、ガイドローラ３は、６つのガイドローラ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆを含む。ガイドローラ３Ａは、繰り出しボビン１０の近傍に配置され、繰り出しボビン１０から繰り出されたワイヤ２を支持する。ガイドローラ３Ａは、ワイヤ２をガイドローラ３Ｂ〜３Ｅに送る。

ガイドローラ３Ｂ〜３Ｅは、ワイヤ２が環状になるようにそのワイヤ２を支持する。ワイヤ２は、ガイドローラ３Ｂ〜３Ｅを周回する。ワイヤ２は、Ｙ軸方向に間隔をあけながらガイドローラ３Ｂ〜３Ｅに複数回巻かれる。ワイヤ２が複数のガイドローラ３Ｂ〜３Ｅに複数回巻回されることにより、Ｙ軸方向に複数条に並列するワイヤ２からなる並列ワイヤ部４が形成される。ガイドローラ３Ｂ〜３Ｅは、環状のワイヤ２を内側から支持する。並列ワイヤ部４のワイヤ２は、例えば、Ｙ軸方向に０．５［ｍｍ］以上５．０［ｍｍ］以下の間隔をあけてガイドローラ３Ｂ〜３Ｅを複数回周回する。Ｙ軸方向に並列するワイヤ２の条数は例えば‘８’である。

ガイドローラ３Ａからガイドローラ３Ｂに送られたワイヤ２は、ガイドローラ３Ｂに支持された後、ガイドローラ３Ｃに送られる。ガイドローラ３Ｂからガイドローラ３Ｃに送られたワイヤ２は、ガイドローラ３Ｃに支持された後、ガイドローラ３Ｄに送られる。ガイドローラ３Ｃからガイドローラ３Ｄに送られたワイヤ２は、ガイドローラ３Ｄに支持された後、ガイドローラ３Ｅに送られる。ガイドローラ３Ｄからガイドローラ３Ｅに送られたワイヤ２は、ガイドローラ３Ｅに支持された後、ガイドローラ３Ｂに送られる。これにより、複数条に並列するワイヤ２の並列ワイヤ部４のうち１周分（１条分）のワイヤ２がガイドローラ３Ｂ〜３Ｅを周回したこととなる。ワイヤ２は、Ｙ軸方向に間隔をあけつつガイドローラ３Ｂ〜３０Ｅを複数回周回する。ワイヤ２は、ガイドローラ３Ｂ〜３０Ｅを複数回周回した後、ガイドローラ３Ｂからガイドローラ３Ｆに送られる。

ガイドローラ３Ｆは、巻き取りボビン１１の近傍に配置され、ガイドローラ３Ｂから送られたワイヤ２を支持する。ガイドローラ３Ｂからガイドローラ３Ｆに送られたワイヤ２は、ガイドローラ３Ｆに支持された後、巻き取りボビン１１に送られる。巻き取りボビン１１は、Ｙ軸と平行な回転軸を中心に回転可能であり、ガイドローラ３Ｆから送られたワイヤ２を巻き取る。

繰り出しボビン１０、巻き取りボビン１１、及びガイドローラ３は、サーボモータのような駆動装置の駆動力により回転する。複数のガイドローラ３Ａ〜３Ｆの全てが駆動装置の駆動力で回転してもよいし、並列ワイヤ部４のワイヤ２を支持するガイドローラ３Ｂ〜３Ｅが駆動装置の駆動力で回転する駆動ローラで並列ワイヤ部４のワイヤ２を支持しないガイドローラ３Ａ，３Ｆが従動ローラでもよい。ガイドローラ３の回転により移動するワイヤ２の移動速度は、例えば０．１［ｍ／ｓｅｃ．］以上３．０［ｍ／ｓｅｃ．］以下である。

並列ワイヤ部４のワイヤ２は、一対のガイドローラ３Ｄ，３ＥによりＺ軸方向に配置される。ガイドローラ３Ｄとガイドローラ３Ｅとの間のワイヤ２は、一定の張力で張られる。加工ワイヤ部６は、ガイドローラ３Ｄとガイドローラ３Ｅとにより張られたワイヤ２を含む。加工ワイヤ部６のワイヤ２は、＋Ｚ方向に移動する。加工ワイヤ部６は、ガイドローラ３Ｄとガイドローラ３Ｅとの間のワイヤ２を使って、基台５に固定された被加工物Ｗを切断する。

支持機構１３は、被加工物Ｗを支持する。支持機構１３は、被加工物Ｗを固定する基台５と、基台５を支持する支柱１４とを有する。基台５は、サブストレート１５を介して被加工物Ｗを支持する。基台５及びサブストレート１５は、金属のような導電材で形成されている。支柱１４の上端部に基台５が固定され、支柱１４の下端部に加工送り手段７が固定される。

加工送り手段７は、駆動装置を含み、支柱１４を介して基台５をＸ軸方向に移動可能である。加工送り手段７は、基台５をＸ軸方向に移動させて基台５に固定された被加工物Ｗに加工ワイヤ部６を切り込ませる。加工送り手段７は、Ｘ軸方向に延在するボールねじと、パルスモータのような駆動装置とを有する。加工送り手段７は、駆動装置を駆動して、被加工物Ｗが加工ワイヤ部６に接近する方向（−Ｘ方向）及び加工ワイヤ部６から離れる方向（＋Ｘ方向）のそれぞれに基台５を移動可能である。被加工物Ｗが加工送り方向である−Ｘ方向に移動すると、被加工物Ｗは加工ワイヤ部６に切り込まれる。

なお、本実施形態においては、加工ワイヤ部６を用いる被加工物Ｗの加工において基台５がＸ軸方向に移動することとするが、加工ワイヤ部６がＸ軸方向に移動してもよいし、加工ワイヤ部６及び基台５の両方がＸ軸方向に移動してもよい。

加工槽１２は、誘電体である水又は油のような加工液Ｆを保持する。加工ワイヤ部６は、加工槽１２に満たされた加工液Ｆに浸漬される。加工槽１２の内側で、加工液Ｆに浸漬された加工ワイヤ部６のワイヤ２が被加工物Ｗを加工する。

加工槽１２は、開口部１６を有する。ガイドローラ３Ｂからガイドローラ３Ｃに送られるワイヤ２は、開口部１６から加工槽１２の内側に進入する。加工槽１２の内側に進入したワイヤ２は、加工槽１２に配置されたガイドローラ３Ｃ，３Ｄにより開口部１６から加工槽１２の外側に送られる。

基台５の一部は、開口部１６を介して加工槽１２の内側に入り込む。基台５は、加工槽１２と接触しない状態でＸ軸方向に移動可能である。

高周波パルス電源ユニット８は、並列ワイヤ部４のワイヤ２と、基台５に固定された被加工物Ｗとのそれぞれ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８は、電源１７と、電圧調整手段１８と、パルス調整手段１９とを有する。

電圧調整手段１８は、高周波パルス電圧の電圧値を調整する。高周波パルス電源ユニット８は、電圧調整手段１８により、例えば１５０［Ｖ］の高周波パルス電圧を出力する。

パルス調整手段１９は、高周波パルス電圧の周波数及びパルス幅を調整する。高周波パルス電源ユニット８は、パルス調整手段１９により、例えば１５０［ｋＨｚ］でパルス幅が１［μｓｅｃ．］の高周波パルス電圧を出力する。

また、高周波パルス電源ユニット８は、基台５に給電する基台用給電子２０と、並列ワイヤ部４の複数条のワイヤ２に一括して給電するワイヤ用給電子２１と、を備える。

基台用給電子２０は、加工槽１２の外側において基台５に固定される。高周波パルス電源ユニット８の電源１７は、基台用給電子２０と接続される。高周波パルス電源ユニット８は、基台用給電子２０及び基台５を介して、高周波パルス電圧を被加工物Ｗに印加する。

ワイヤ用給電子２１は、加工槽１２の外側において並列ワイヤ部４のワイヤ２に接触するように配置される。ワイヤ用給電子２１は、ガイドローラ３Ｂの近傍に配置され、ガイドローラ３Ｂとガイドローラ３Ｃとの間のワイヤ２に接触する。ワイヤ用給電子２１は、棒状の部材であり、複数条のワイヤ２と一括して接触する。電源１７は、ワイヤ用給電子２１と接続される。高周波パルス電源ユニット８は、ワイヤ用給電子２１を介して、高周波パルス電圧を複数条のワイヤ２に一括して印加する。

制御手段９は、コンピュータシステムを含み、繰り出しボビン１０、巻き取りボビン１１、ガイドローラ３、加工送り手段７、及び高周波パルス電源ユニット８を制御する。制御手段９は、繰り出しボビン１０、巻き取りボビン１１、及びガイドローラ３を駆動可能な駆動装置に制御信号を出力して、ワイヤ２の移動条件を制御する。制御手段９は、加工送り手段７の駆動装置に制御信号を出力して、被加工物Ｗと加工ワイヤ部６との相対位置又は相対速度を制御する。制御手段９は、高周波パルス電源ユニット８に制御信号を出力して、高周波パルス電圧の出力条件を制御する。

制御手段９は、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間で流れる電流値を測定する電流測定手段２２と、電流測定手段２２の測定値から短絡状態を検出する短絡判定手段２３と、を備える。

図２は、本実施形態に係る高周波パルス電源ユニット８の電気回路２４の一例を示す模式図である。図２に示すように、高周波パルス電源ユニット８は、電源１７（１７Ａ，１７Ｂ）と、基台５に給電する基台用給電子２０と、並列ワイヤ部４の複数条のワイヤ２に一括して給電するワイヤ用給電子２１と、電源１７とワイヤ用給電子２１との間に接続され蓄積した電力をワイヤ用給電子２１に供給するコンデンサ２５と、を備える。

電源１７は、直流電源である。電源１７は、第１電源１７Ａと第２電源１７Ｂとを含む。第１電源１７Ａは放電加工用電源であり、第２電源１７Ｂは放電加工補助用電源である。第１電源１７Ａの負極は、スイッチング素子２６Ａ、抵抗２７Ａ、及び電線２８を介して、ワイヤ用給電子２１と接続される。第１電源１７Ａの正極は、電線２９を介して、基台用給電子２０と接続される。第２電源１７Ｂの負極は、スイッチング素子２６Ｂ、抵抗２７Ｂ、及び電線２９を介して、基台用給電２０と接続される。第２電源１７Ｂの正極は、電流の逆流を防止するためのダイオード３０、及び電線２８を介して、ワイヤ用給電子２１と接続される。

スイッチング素子２６Ａ，２６Ｂは、基台用給電子２０とワイヤ用給電子２１とに対する電圧印加のオン及びオフを実施して、基台用給電子２０とワイヤ用給電子２１とに対する給電時間を制御する。基台用給電子２０とワイヤ用給電子２１とに対する給電時間が制御されることにより、加工エネルギーが調整される。抵抗２７Ａ，２７Ｂは、短絡発生時における部品破損を目的とした抵抗であり、その抵抗値は部品破損を考慮した上で低い値が望ましい。第１電源１７Ａは加工パルス電圧を供給し、第２電源１７Ｂは構成部品（コンデンサ２５等）に蓄積された印加電圧を解放するパルス電圧を供給する。

ワイヤ用給電子２１は、並列ワイヤ部４の複数条のワイヤ２に一括して接触し一括して給電する。ワイヤ用給電子２１から被加工物Ｗまでのワイヤ２は、所定の抵抗値を有する。図１に示したように、ワイヤ用給電子２１は、ガイドローラ３Ｂの近傍に配置されている。

ワイヤ用給電子２１から被加工物Ｗまでのワイヤ２の抵抗値は、例えば１［Ω］以上である。ワイヤ用給電子２１から被加工物Ｗまでのワイヤ２の抵抗値は、電源１７からワイヤ用給電子２１までの抵抗値よりも大きい。

コンデンサ２５は、電源１７とワイヤ用給電子２１との間において、ワイヤ用給電子２１に対して並列に接続される。電源１７から高周波パルス電圧が出力され、電線２８と電線２９との間に電位差が生じると、コンデンサ２５に電荷が蓄積される。コンデンサ２５の電位差が電源１７から出力された高周波パルス電圧と同じ値になるまでコンデンサ２５に電荷が蓄積される。コンデンサ２５の放電が開始されると、コンデンサ２５の放電に伴う高周波パルス電圧がワイヤ用給電子２１に印加される。コンデンサ２５の放電が開始されてから一定時間が経過しコンデンサ２５の放電が終了すると、コンデンサ２５によるワイヤ用給電子２１に対する高周波パルス電圧の印加が終了する。

例えば第１電源１７Ａから１パルス分の高周波パルス電圧が出力された場合、ワイヤ用給電子２１には、第１電源１７Ａから出力された高周波パルス電圧が印加されるとともに、コンデンサ２５の放電に伴う高周波パルス電圧が印加される。コンデンサ２５の放電が開始されてから一定時間が経過しコンデンサ２５の放電が終了すると、コンデンサ２５によるワイヤ用給電子２１に対する高周波パルス電圧の印加が終了する。第１電源１７Ａから次の１パルス分の高周波パルス電圧が出力された場合、ワイヤ用給電子２１には、第１電源１７Ａから出力された高周波パルス電圧が印加されるとともに、コンデンサ２５の放電に伴う高周波パルス電圧が印加される。コンデンサ２５の放電が開始されてから一定時間が経過しコンデンサ２５の放電が終了すると、コンデンサ２５によるワイヤ用給電子２１に対する高周波パルス電圧の印加が終了する。このように、第１電源１７Ａから１パルス分の高周波パルス電圧が出力される度に、ワイヤ用給電子２１には、コンデンサ２５の放電に伴う高周波パルス電圧が印加される。コンデンサ２５に電荷が蓄積され、コンデンサ２５の放電が開始されることにより、コンデンサ２５の放電に伴う高周波パルス電圧がワイヤ用給電子２１に急激に印加される。そのため、第１電源１７Ａから出力させる電力を大きくしなくても、１パルスの高周波パルス電圧の印加で複数条のワイヤ２に放電を発生させるのに十分な電力をワイヤ用給電子２１に供給することができる。なお、第２電源１７Ｂから高周波パルス電圧が出力される場合も同様である。

このように、コンデンサ２５が設けられることにより、急峻な高周波パルス電圧がワイヤ用給電子２１に印加される。なお、コンデンサ２５の容量が大き過ぎると、コンデンサ２５のチャージ時間が長くなり、急峻な高周波パルス電圧を印加できない場合があるため、急峻な高周波パルス電圧を印加できる容量を有するコンデンサ２５が使用される。

電流測定手段２２は、電線２９に接続される。電流測定手段２２は、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間の放電電流の電流値を測定する。

図３は、放電加工される被加工物Ｗの一例を示す模式図である。電源１７が作動し、ワイヤ用給電子２１及び基台用給電子２０を介して、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間に高周波パルス電圧が印加される。ワイヤ用給電子２１は、並列ワイヤ部４の複数条のワイヤ２に一括して給電する。ワイヤ用給電子２１からの１パルスの給電に対し、複数条のワイヤ２で放電が発生する。ワイヤ２は、正面に配置された被加工物Ｗに放電を発生する。例えば、加工液Ｆにおいては加工ワイヤ部６のワイヤ２と被加工物Ｗとは絶縁状態である。絶縁状態であるワイヤ２と被加工物Ｗとが所定距離まで接近すると、ワイヤ２と被加工物Ｗとの絶縁状態が破壊され放電が発生する。この放電によって被加工物Ｗが加熱及び溶融される。また、加工液Ｆの温度が急激に上昇して加工液Ｆが気化し、その加工液Ｆの体積膨張によって被加工物Ｗの溶融部分が飛散する。このように、高周波パルス電圧が加工ワイヤ部６のワイヤ２に印加されることによって、被加工物Ｗが溶融及び飛散する現象が断続的に発生する。これにより、被加工物Ｗが放電加工される。図３に示すように、複数条のワイヤ２による放電加工により被加工物Ｗに加工溝Ｄが形成され、被加工物Ｗが薄く切断され、ウェーハのような薄片が形成される。

次に、短絡判定手段２３について説明する。短絡判定手段２３は、ワイヤ２と被加工物Ｗとが短絡したか否かを判定する。本実施形態において、短絡判定手段２３は、高周波パルス電圧の印加開始から放電電流の電流値の上昇開始までの時間が所定以下の場合に短絡と判定する。

図４は、本実施形態に係る短絡判定手段２３による短絡判定方法の一例を説明するための図である。図４は、高周波パルス電源ユニット８から出力される高周波パルス電圧の設定値と、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間の放電電圧の測定値と、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間の放電電流の測定値との関係を示す図である。図４において、横軸は時間を示す。放電電流の測定値は、電流測定手段２２によって取得される。放電電圧の測定値は、電圧測定手段（不図示）によって取得される。

図５、図６、及び図７は、図３の円形部分Ｋを拡大した図である。図５は、無放電状態のワイヤ２及び被加工物Ｗを模式的に示す図である。図６は、放電状態のワイヤ２及び被加工物Ｗを模式的に示す図である。図７は、短絡状態のワイヤ２及び被加工物Ｗを模式的に示す図である。

図４及び図５において、無放電状態とは、ワイヤ２と被加工物Ｗとの距離Ｇが十分に大きく、放電が発生しない状態をいう。無放電状態においては、被加工物Ｗは放電加工されない。

図４及び図６において、放電状態とは、ワイヤ２と被加工物Ｗとが接近し、ワイヤ２と被加工物Ｗとの距離Ｇが所定距離に調整され、放電が発生している状態をいう。放電状態においては、被加工物Ｗは放電加工される。

図４及び図７において、短絡状態とは、ワイヤ２と被加工物Ｗとが接触し、放電が発生しない状態をいう。短絡状態においては、被加工物Ｗは放電加工されず、ワイヤ２が発熱して劣化したり破断したりする可能性が高くなる。

高周波パルス電圧の設定値は制御手段９により生成される。高周波パルス電源ユニット８は、電圧調整手段１８及びパルス調整手段１９を用いて、設定値に基づく高周波パルス電圧を出力し、ワイヤ２及び被加工物Ｗに印加する。図４に示す例においては、時点ｔ０において高周波パルス電圧の出力が開始されることとする。以下の説明においては、高周波パルス電源ユニット８から高周波パルス電圧が出力され、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間に印加された時点ｔ０を適宜、高周波パルス電圧の印加開始時点ｔ０、と称する。

図４に示すように、無放電状態においては、印加開始時点ｔ０から所定時間だけ経過した時点において放電電圧の電圧値がゼロから上昇し、放電電圧についての閾値ＳＨよりも大きくなった後、ゼロになるまで下降する。一方、放電電流は変化しない。無放電状態においては、距離Ｇが大きいため、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間において放電電流は流れず、ゼロのままである。

図４に示すように、放電状態においては、印加開始時点ｔ０から所定時間だけ経過した時点において放電電圧の電圧値がゼロから上昇し、閾値ＳＨよりも大きくなった後、ゼロになるまで下降する。また、印加開始時点ｔ０から電流上昇時間Ｔ１だけ経過後の時点ｔ１において、放電電流の電流値がゼロから上昇を開始し、放電電流についての閾値Ｉよりも大きくなった後、ゼロになるまで下降する。

図４に示すように、短絡状態においては、印加開始時点ｔ０から所定時間だけ経過した時点において放電電圧の電圧値がゼロから上昇した後、ゼロになるまで下降する。また、印加開始時点ｔ０から電流上昇時間Ｔ２だけ経過後の時点ｔ２において、放電電流の電流値がゼロから上昇を開始し、閾値Ｉよりも大きくなった後、ゼロになるまで下降する。電流上昇時間Ｔ２は電流上昇時間Ｔ１よりも短い。

本実施形態において、被加工物Ｗは半導体であり、電気を流すとともに、０．０１［Ω・ｃｍ］以上、好ましくは０．１［Ω・ｃｍ］以上の電気抵抗を有する。ワイヤ２と被加工物Ｗとの間に高周波パルス電圧が印加されることにより、被加工物Ｗに電荷が溜められる。放電電圧が徐々に上昇し、閾値ＳＨを超えた辺りで、放電が発生し、放電電流が流れる。

このように、被加工物Ｗが半導体であることにより、放電状態及び短絡状態の両方においては、高周波パルス電圧の印加が開始される印加開始時点ｔ０から放電電流の上昇が開始する上昇開始時点ｔ（ｔ１、ｔ２）までの間に電流上昇時間Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）だけタイムラグが発生する。また、放電状態における印加開始時点ｔ０から上昇開始時点ｔ１までの電流上昇時間Ｔ１と、短絡状態における印加開始時点ｔ０から上昇開始時点ｔ２までの電流上昇時間Ｔ２とは、異なる。

したがって、電流測定手段２２で放電電流の電流値を測定し、印加開始時点ｔ０から放電電流の上昇開始時点ｔ（ｔ１，ｔ２）までの電流上昇時間Ｔ（Ｔ１，Ｔ２）を測定することにより、短絡判定手段２３は、放電状態か短絡状態かを判定することができる。

本実施形態において、短絡判定手段２３は、高周波パルス電圧の印加開始から放電電流の電流値の上昇開始までの時間が、予め決められている所定値（閾値）以下の場合に、短絡と判定する。放電状態か短絡状態かを判定するための電流上昇時間Ｔについての閾値は、実験又はシミュレーションにより予め求めることができる。

表１は、無放電状態、放電状態、及び短絡状態と、放電電圧の有無、放電電流の有無、及び電流上昇時間の長短との関係を示す。

表１において、放電電圧が「有：○」とは、放電電圧が閾値ＳＨ以上になることを示し、放電電圧が「無：×」とは、放電電圧が閾値ＳＨを超えないことを示す。また、放電電流が「有：○」とは、放電電流が閾値Ｉ以上になることを示し、放電電流が「無：×」とは、放電電流が閾値Ｉを超えないことを示す。また、電流上昇時間が「長：○」とは、図４を参照して説明した電流上昇時間Ｔが長い電流上昇時間Ｔ１であることを示し、電流上昇時間が「短：×」とは、電流上昇時間Ｔが短い電流上昇時間Ｔ２であることを示す。

図４を参照して説明したように、無放電状態及び放電状態においては、放電電圧が閾値ＳＨ以上になる。短絡状態においては、放電電圧が閾値ＳＨ以上になる場合及び閾値ＳＨを超えない場合の両方のケースがある。

図４を参照して説明したように、無放電状態においては、放電電流は閾値Ｉを超えず、放電状態及び短絡状態においては、放電電流は閾値Ｉ以上になる。

図４を参照して説明したように、放電状態においては、電流上昇時間Ｔは長い電流上昇時間Ｔ１であり、短絡状態においては、電流上昇時間Ｔは短い電流上昇時間Ｔ２であり、無放電状態においては、電流上昇時間Ｔは発生しない。

表１に示すように、放電電圧、放電電流、及び電流上昇時間の組み合わせは、無放電状態においては「○、×、×」であり、放電状態においては「○、○、○」であり、短絡状態においては「○／×、○、×」である。このように、無放電状態と放電状態と短絡状態とでは、放電電圧、放電電流、及び電流上昇時間の組み合わせが異なる。したがって、短絡判定手段２３は、放電電圧、放電電流、及び電流上昇時間の検出結果に基づいて、無放電状態、放電状態、及び短絡状態のいずれの状態であるかを判定することができる。

次に、本実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置１の動作の一例について説明する。図８は、本実施形態に係るマルチワイヤ放電加工装置１の動作の一例を示すフローチャートである。

制御手段９は、高周波パルス電源ユニット８を制御し、ワイヤ２及び被加工物Ｗに対する高周波パルス電圧の印加を開始する。また、制御手段９は、放電状態の監視及び判定を開始する（ステップＳＰ１）。次に、制御手段９は、加工送り手段７を制御し、被加工物Ｗを加工送り方向に移動して、加工ワイヤ部６のワイヤ２に被加工物Ｗを接近させる（ステップＳＰ２）。

短絡判定手段２３は、ワイヤ２と被加工物Ｗとが短絡しているか否かを判定する。本実施形態において、短絡判定手段２３は、高周波パルス電圧を１パルス印加する度に、電圧測定手段及び電流測定手段の検出結果に基づいて、短絡状態であるか否かを判定する。本実施形態において、短絡判定手段２３は、連続する複数パルスの高周波パルス電圧を印加したときに短絡状態が連続して発生するか否かを監視する。短絡判定手段２３は、連続して発生する短絡状態の数を示す連続短絡数を導出し、その連続短絡数が予め決められている所定値以上か否かを判定する（ステップＳＰ３）。図４及び表１等を参照して説明したように、短絡判定手段２３は、高周波パルス電圧を１パルス印加する度に、放電電圧の電圧値が閾値ＳＨ以上か否か、放電電流の電流値が閾値Ｉ以上か否か、及び高周波パルス電圧の印加開始時点ｔ０から放電電流の電流値の上昇開始時点ｔまでの電流上昇時間Ｔが閾値以下か否かを判定し、その判定結果に基づいて、連続短絡数が所定値以上か否かを判定することができる。短絡判定手段２３は、連続短絡数が所定値以上である場合、ワイヤ２と被加工物Ｗとが短絡していると判定し、連続短絡数が所定値未満である場合、ワイヤ２と被加工物Ｗとは短絡していないと判定する。

ステップＳＰ３において、ワイヤ２と被加工物Ｗとが短絡していないと判定された場合（ステップＳＰ３：Ｎｏ）、制御手段９は、加工送りを継続して放電加工動作を継続する（ステップＳＰ４）。これにより、図３に示したように、加工ワイヤ部６のワイヤ２で被加工物Ｗが加工される。

制御手段９は、放電加工動作が完了したか否かを判定する（ステップＳＰ５）。すなわち、制御手段９は、被加工物Ｗが完全に薄く切断されたか否かを判定する。例えば、制御手段９は、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間を流れる放電電流の電流値の変化に基づいて、被加工物Ｗが完全に薄く切断されたと判定することができる。また、制御手段９は、被加工物Ｗの加工量、すなわち、Ｘ軸方向における被加工物Ｗの移動距離に基づいて、被加工物Ｗが完全に薄く切断されたと判定することができる。被加工物Ｗが完全に薄く切断され、放電加工動作が完了したと判定された場合（ステップＳＰ５：Ｙｅｓ）、制御手段９は、ウェーハが形成されたと判定し、加工送りを終了して放電加工動作を終了する。また、放電加工動作が完了していないと判定された場合（ステップＳＰ５：Ｎｏ）、制御手段９は、ステップＳＰ３に進み、放電加工動作を継続する。

ステップＳＰ３において、被加工物Ｗとワイヤ２とが短絡していると判定された場合（ステップＳＰ３：Ｙｅｓ）、制御手段９は、所定パルス数だけ、高周波パルス電圧の印加を連続して停止する（ステップＳＰ７）。すなわち、制御手段９は、高周波パルス電圧の印加を所定パルス数（所定時間）だけ休止する。

ステップＳＰ７の所定パルス数は、例えば「５」である。制御手段９は、所定パルス数だけ高周波パルス電圧の印加を休止するように、高周波パルス電源ユニット８を制御する。高周波パルス電圧の印加を休止させる理由は、短絡の原因によっては、高周波パルス電圧の印加を休止している間に短絡が解消する可能性があるからである。例えば、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間に滞留する加工屑を介して被加工物Ｗとワイヤ２とが接続された場合においても、ワイヤ２は高速度で移動しているので、そのワイヤ２の移動により、被加工物Ｗの加工溝Ｄとワイヤ２と間に滞留する加工屑が加工溝Ｄから排出されて短絡が解消する可能性があるからである。

制御手段９は、連続して停止した高周波パルス電圧のパルス数は所定パルス数以上か否かを判定する（ステップＳＰ８）。ステップＳＰ８において、連続して停止したパルス数が所定パルス数以上でないと判定された場合（ステップＳＰ８：Ｎｏ）、制御手段９は、ステップＳＰ３に進み、放電加工動作を実施する。

ステップＳＰ８において、連続して停止したパルス数が所定パルス数以上であると判定された場合（ステップＳＰ８：Ｙｅｓ）、制御手段９は、加工送り手段７の駆動装置を停止させて、被加工物Ｗの加工送り方向への移動を停止する（ステップＳＰ９）。被加工物Ｗの加工送りを停止させる理由は、被加工物Ｗとワイヤ２とが接触して短絡した場合に被加工物Ｗの加工送りを継続すると、ワイヤ２に被加工物Ｗを押し当てることになり、ワイヤ２に負荷がかかって断線のおそれがあるからである。なお、ステップＳＰ８において、連続して停止したパルス数が所定パルス数以上であると判定された場合、制御手段９は、加工送り手段７の駆動装置を制御して、加工送り方向の反対方向へ被加工物Ｗを移動させてもよい。すなわち、制御手段９は、被加工物Ｗがワイヤ２から離れるように被加工物Ｗを移動させてもよい。

制御手段９は、短絡状態が解消されたか否かを判定する（ステップＳＰ１０）。ステップＳＰ１０において、短絡状態が解消されたと判定された場合（ステップＳＰ１０：Ｙｅｓ）、制御手段９は、ステップＳＰ３に進み、放電加工動作を実施する。ステップＳＰ１０において、短絡状態が解消されないと判定された場合（ステップＳＰ１０：Ｎｏ）、制御手段９は、放電加工動作を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、高周波パルス電源ユニット８は、電源１７とワイヤ用給電子２１との間に接続され蓄積した電力をワイヤ用給電子２１に供給するコンデンサ２５を備えるので、コンデンサ２５で蓄積された電力が急激にワイヤ用給電子２１に印加される。すなわち、コンデンサ２５により、急峻な高周波パルス電圧がワイヤ用給電子２１に印加される。これにより、電源１７からワイヤ用給電子２１に出力する電力を抑制しつつ、１パルスの高周波パルス電圧の印加で複数条のワイヤ２に放電を発生させることができる。

また、本実施形態によれば、ワイヤ２は所定の抵抗値を有し、そのワイヤ２の抵抗を利用して、全てのワイヤ２で放電を発生させることができる。

また、本実施形態よれば、短絡判定手段２３は、高周波パルス電圧の印加開始から放電電流の電流値の上昇開始までの電流上昇時間が所定以下の場合に短絡と判定する。従来技術においては、ワイヤ２の抵抗値により放電発生近辺における電圧変化を測定できないという課題があった。本実施形態においては、複数のワイヤ２で放電を発生させる場合においても、ワイヤ２と被加工物Ｗとの間で流れる放電電流の電流値を測定し、高周波パルス電圧の印加開始時と検出される電流値発生時との時間差が所定値（閾値）よりも小さければ、複数条のワイヤ２のどこかで短絡が発生していると判定することができる。

また、本実施形態によれば、制御手段９は、短絡判定手段２３で短絡と判定された場合、高周波パルス電圧の印加を所定時間休止させた後、再度短絡判定手段２３で短絡を検査し、短絡と判定されなくなるまで高周波パルス電圧の印加休止と短絡状態の検査を繰り返し実行させる。そして、制御手段９は、繰り返しを所定回数以上実施しても短絡と判定された場合は、短絡と判定されなくなるまで加工送り手段７による加工送りを停止させる、又は短絡と判定されなくなるまで加工送り方向と反対方向に被加工物Ｗとワイヤ２とを相対移動させる。これにより、被加工物Ｗの加工溝Ｄとワイヤ２と間に滞留する加工屑を介して被加工物Ｗとワイヤ２とが接続された場合には、高周波パルス電圧の印加を休止して放電加工を停止しただけで、ワイヤ２の走行に伴って加工屑が自然に加工溝Ｄから排出され、短絡が解消されることが期待できる。

また、加工屑を介して被加工物Ｗとワイヤ２とが接続された場合に、被加工物Ｗを加工送りした状態で所定時間印加を休止しても短絡が解消されないとき、被加工物Ｗの加工送りを停止して、ワイヤ２の走行に伴って加工屑を自然に加工溝Ｄから排出することで、短絡が解消することが期待できる。このとき、被加工物Ｗの加工送りを停止しているので、被加工物Ｗとワイヤ２とが接触して短絡していた場合に、ワイヤ２に被加工物Ｗを押し当てることがない。これにより、ワイヤ２に対する負荷が軽減され、断線を抑制できる。

また、ワイヤ２の走行に伴って加工屑が自然に加工溝Ｄから排出されて短絡が解消することが期待できない場合、すなわち、被加工物Ｗとワイヤ２とが接触して短絡した場合に、被加工物Ｗを反対方向に加工送りして被加工物Ｗとワイヤ２を非接触状態とすることで、確実に短絡を解消できる。

このように、従来のように、短絡発生時に、直ぐに被加工物Ｗを反対方向に加工送りしてワイヤ２と離間させるようなことは行わずに、先ずはワイヤ２の走行により自然に短絡を解消させる動作を行うので、反対方向へ加工送りするような過剰な加工停止動作を極力行わずに短絡を解消できる。これにより、短時間で短絡を解消することができ、短絡による発熱が誘発するワイヤの断線を自動的に抑制でき、加工送りが自動的に調整され、適切な加工送りを実施することができる。

１ マルチワイヤ放電加工装置
２ ワイヤ
３ ガイドローラ
４ 並列ワイヤ部
５ 基台
６ 加工ワイヤ部
７ 加工送り手段
８ 高周波パルス電源ユニット
９ 制御手段
１０ 繰り出しボビン
１１ 巻き取りボビン
１２ 加工槽
１３ 支持機構
１４ 支柱
１５ サブストレート
１６ 開口部
１７ 電源
１８ 電圧調整手段
１９ パルス調整手段
２０ 基台用給電子
２１ ワイヤ用給電子
２２ 電流測定手段
２３ 短絡判定手段
２４ 電気回路
２５ コンデンサ
２６Ａ スイッチング素子
２６Ｂ スイッチング素子
２７Ａ 抵抗
２７Ｂ 抵抗
２８ 電線
２９ 電線
３０ ダイオード
Ｆ 加工液
Ｗ 被加工物

Claims (2)

1. 複数のガイドローラに複数回巻回し複数条に並列する並列ワイヤ部を構成するワイヤと、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加工ワイヤ部が切り込む加工送り手段と、該並列ワイヤ部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、該基台に給電する基台用給電子と、該並列ワイヤ部の複数条のワイヤに一括して給電するワイヤ用給電子と、該電源と該ワイヤ用給電子との間に接続され蓄積した電力を該ワイヤ用給電子に供給するコンデンサと、を備え、
   該ワイヤ用給電子から被加工物までのワイヤは所定の抵抗値を有し、該ワイヤ用給電子からの１パルスの給電に対し複数条のワイヤで放電が発生することを特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。
2. 該制御手段は、
   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、
   該電流測定手段の測定値から短絡状態を検出する短絡判定手段と、を備え、
   該短絡判定手段は、
   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以下の場合に短絡と判定し、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することを特徴とする請求項１記載のマルチワイヤ放電加工装置。

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