JP3074006B2

JP3074006B2 - ワイヤーソー装置

Info

Publication number: JP3074006B2
Application number: JP25483190A
Authority: JP
Inventors: 則行竹内; 尚義小見
Original assignee: 株式会社日平トヤマ
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 2000-08-07
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JPH04135157A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、脆性材料の被加工部材を切断するワイヤー
ソー装置に関する。

〔従来の技術〕

この種のワイヤーソー装置は、１本のワイヤーを新線
の送り出しリールから引き出し、複数の溝付きローラに
多重に巻掛け、さらに巻取りリールへ巻取る過程で、こ
のワイヤーに送り方向の往復走行運動を与え、これに砥
粒を含む加工液を供給しながら、ワイヤーを脆性材料例
えば半導体材料、磁性材料、セラミックス、ガラス等の
被加工部材に押し当て、被加工部材を薄く切断するため
に用いられる。

特開平１−177958号公報では、溝付きローラと左右リ
ールとの間に、それぞれダンサローラを設け、これによ
りワイヤーに高精度の張力を発生させつつ、各部のワイ
ヤー速度の同期を計ってワイヤーを高速で送り方向に往
復走行させた。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、複数の溝付きローラにワイヤーを多重
に巻掛けて加工部をなし、ここに被加工部材を圧接させ
ると、加工部のワイヤーがたわみ、加工部内外のワイヤ
ー張力に張力差が発生する。この張力差は特に加工部内
外の隣接部が顕著で、これにより被加工部材両端の位置
で、切断後の薄い部材つまりウエハ切り口の平坦度が悪
化する。

一方、ワイヤーの張力制御において、より高張力・高
精度化が要請されてきているが、高張力かつ高精度を実
現するには、ダンサローラの剛性強化が必要となる。と
ころが、剛性を強化すると、ダンサローラのイナーシャ
が制御性を低下させ、より高度で複雑な制御技術が求め
られる。また、張力が高くなればなる程、溝付きローラ
およびガイドローラの溝摩耗が促進されるので、それの
対策も必要である。

〔発明の目的〕

したがって、本発明の目的は、従来技術の問題点を解
決するものであり、被加工部材両端のウエハ平坦度の不
都合を改善し、さらにダンサローラによる張力制御の高
精度を維持させつつ、各部ローラ溝摩耗の促進を食い止
めることである。

〔発明の解決手段〕

上記目的の下に、本発明は、溝付きローラの長さを被
加工部材の長さよりも長くし、これらの溝付きローラに
被加工部材の長さよりも長い巻き掛け域に渡ってワイヤ
ーを巻掛け、巻き掛け域の両端部に被加工部材と接触し
ないワイヤー張力の調整域を形成している。

〔発明の作用〕

被加工部材がワイヤーに圧接すると、圧接位置でワイ
ヤーの張力が高まる。しかし、この高いワイヤー張力
は、被加工部材に接していない両端部分の調整域で次第
に緩和され、張力制御系の目標値に近づく。したがっ
て、被加工部材に接するワイヤーと接しないワイヤーと
の境界位置で、ワイヤーに大きな張力差が現れず、ウエ
ハ切り口の平坦度が被加工部材の両端部でもよくなる。

〔実施例〕

第１図は、ワイヤーソー装置１の全体的な構成、およ
びリール駆動装置２の構成を示している。

ワイヤー３は、第１図で例えば右側の新線送り出し用
のリール4aから供給され、定位置の複数のガイドローラ
５、６およびダンサーローラ式の張力発生手段８を経
て、複数例えば３本の溝付きローラ７に所定のピッチで
複数回巻き掛けられた後、左側のガイドローラ５、６お
よびダンサーローラ式の張力発生手段８を経て、左側の
巻取り用のリール4bに巻取られる。

上記溝付きローラ７は、図示しない回転駆動手段によ
って、回転駆動され、ワイヤー３を往復走行運動を繰り
返しながら全体として送り方向に走行させる。

被加工部材９は、溝付きローラ７の間の上方位置で、
上下動自在のテーブル10の下面に接着などの手段によっ
て固定されており、溝付きローラ７の間で走行中のワイ
ヤー３に対して圧接し、ノズル11から供給される遊離砥
粒を含んだ加工液12によって切断加工される。

ここで、溝付きローラ７におけるワイヤー３の巻き掛
け域Ｗは、第２図および第３図に示すように、被加工部
材９の全長Ｌよりも長くなっており、前側の端部および
後側の端部で、ワイヤー３は、被加工部材９の端面より
も突出し、ワイヤー張力安定化のために、調整域Ａを形
成している。なお、溝付きローラ７は、第２図のよう
に、円柱状として構成されるか、または第３図に示すよ
うに、各端部で円錐台状として中高のローラとして構成
されている。いずれにしても、ワイヤー３は、第４図の
ように、例えばＶ字状の溝7aの内部に納まっていて、螺
旋状に巻き掛けられている。

このように、ワイヤーソー装置は、ワイヤー３の経路
上、左右対称であり、切り換えスイッチなどの外部制御
手段によって、左右のうちいずれか一方を送り出し側
に、他方を巻取り側に選択できるようになっている。

そして、それぞれのリール4a、4bは、リール駆動装置
２によって、回転自在でしかも軸方向に移動自在に支持
されている。すなわち、それぞれのリール4a、4bは、ワ
イヤー３と直交する方向で、一対のスピンドル14および
軸受け15によって、リールスライド13に対して回転自在
に支持されている。一方のスピンドル14は、リール4a、
4bの軸方向への移動量を見込んで長く形成されており、
突出部分でタイミングプーリ18に対して例えばスプライ
ン16によって軸方向の移動を許しながら、回転のみを伝
達するよう連結されている。このタイミングプーリ18
は、軸受け21、軸受けハウジング22によって、固定のブ
ラケット23の間で支持されており、回転駆動モータ20、
タイミングプーリ17、18、およびタイミングベルト19に
よって駆動されるようになっている。

一方、リールスライド13は、送りナット24によって、
リール4a、4bの軸方向と平行な送りねじ25に連結されて
いる。この送りねじ25は、両端で軸受け26によって回転
自在に支持されており、タイミングプーリ27、28および
タイミングベルト29を介して、トラバースモータ30によ
って駆動されるようになっている。

そして、前記回転駆動モータ20およびトラバースモー
タ30は、それぞれモータ制御器31、32によって制御され
るようになっている。

モータ制御器31は、ワイヤー３の送り出し・巻取りの
ために、ワイヤー３の張力を圧力センサーにより検出す
るか、または張力付与用のダンサーロールの位置を変位
センサーにより検出し、検出張力と設定器33からの目標
張力との偏差に応じて偏差解消方向に回転駆動モータ20
の速度および回転量を制御する。

また、モータ制御器32は、例えばワイヤー３の走行運
動中の送り出し時に追従制御を、巻取り時に移動制御を
交互に実行するために、設定器34によって設定された基
本速度・移動パターンの信号ほか、２つの位置センサー
35、36からの信号をも入力として、トラバースモータ30
の回転方向、回転速度および回転量を制御する。なお、
位置センサー35、36は、第５図および第６図に示すよう
に、各リール4a、4bとガイドローラ５との間にあって、
リール4a、4bの軸線に対して直交する位置のワイヤー３
を挟み込む位置で対向している。

今、リール4aが新しいワイヤー３を送り出す側に、リ
ール4bが使用後のワイヤー３の巻取り側に設定されてい
るとする。

このとき、モータ制御器31は、張力制御の下に送り出
し側の回転駆動モータ20を送り出し方向に回転させるこ
とによって、新しいワイヤー３を被加工部材９の切断位
置に供給しており、また巻取り側のリール4bのモータ制
御器31は、同様に張力制御の下に、回転駆動モータ20を
巻取り方向に回転させることによって、使用後のワイヤ
ー３を所定の張力で巻取っていく。

この間に、溝付きローラ７は、回転駆動手段によって
往復回転し、ワイヤー３に往復走行運動を与えながら送
り出し側から巻取り側へと順次走行させる。これによっ
て、ワイヤー３は、被加工部材９を加工液12の砥粒とと
もに切り込んで行く。このため、リール4a、4bは、ワイ
ヤー３の往復走行運動と同期して、従動的に往復回転運
動を繰り返している。

ここで、溝付きローラ７におけるワイヤー３の巻き掛
け域Ｗのうち、切断域外側つまり調整域Ａでのワイヤー
３の張力をT1とし、被加工部材９に対するワイヤー３の
押しつけによって、切断域でのワイヤー３の張力をT2と
すると、両者の張力差ΔＴ＝T2−T1は、第２図および第
３図の巻き掛け位置ワイヤー張力値のグラフに見られる
ように、調整域Ａで徐々にならされ、被加工部材９の部
分でワイヤー３の張力T2は安定な状態となる。このよう
にして、ワイヤー３の張力T1は、被加工部材９に近づく
に従って自然に張力T2となる。このように、被加工部材
９の切断域外側で調整域Ａを形成することで、張力差が
吸収される。

第３図の実施例の場合に、溝付きローラ７の両端部が
中心側で大径の円錐台状であって、溝付きローラ７の端
部の小径部で３本の溝付きローラ７を一周するワイヤー
３の巻き掛け長さが小さいが、大径部でワイヤー３の巻
き掛け長さが大きくなるため、調整域Ａでワイヤー張力
は、急勾配で変化する。したがって、中高の溝付きロー
ラ７は、大きな張力差ΔＴを吸収するときに有用であ
る。

なお、調整域Ａの位置でのワイヤー３の巻掛け量を確
保するために、調整域Ａで溝7aのピッチを小さくすれ
ば、調整域Ａの長さを小さくしながら、必要な巻掛け量
が確保できる。

このように、切断域を超えて、ワイヤー３が巻掛けら
れていると、切断域でワイヤー３の張力が安定化するた
め、被加工部材９の両端部側で切断面の平坦度が中央部
とほぼ同等となり、切断加工面の品質が向上する。ま
た、切断域の外側の調整域Ａでワイヤー３の張力が比較
的低い値で高精度に制御できるため、制御性の安定化お
よび装置製作上のコストの低減が図られる。また、溝付
きローラ７と左右のリール4a、4bとの間の複数のガイド
ローラ５、６の溝摩耗も減らすことができ、ランニング
コストの低減が図られる。

そして、送り出し側のモータ制御器32は、ワイヤー３
の送り出し時には、位置センサー35からの信号または位
置センサー36からの信号を入力として、トラバースモー
タ30を正または負の符号に応じて、正転方向または逆転
方向に回転させ、送り出し側のワイヤー３の送り出し位
置を常にガイドローラ５の中心線に一致させることによ
って、送り出し位置でワイヤー３をリール4aの軸と直交
させる方向に追従制御を行なって送り出し、ワイヤー３
の巻き取り時には、リール4aの回転数に応じて設定した
ピッチで送り出し方向と逆方向にトラバースモータ30を
回転させ、リール4aについて移動制御を実行して、ワイ
ヤー３を巻込んで行く。

一方、巻取り側のモータ制御器32は、ワイヤー３の巻
き取り時および送り出し共時に、設定器34によって設定
された移動速度および往復の周期に従って、リール4bに
ついて移動制御を実行し、トラバースモータ30を往復回
転させることによって、巻取り側のワイヤー３とリール
4bの軸線との直交状態を維持しながらワイヤー３をリー
ル4bの外周に整列状態で巻込んでいく。

なお、新しいワイヤー３のリール4aから最初にワイヤ
ー３を引き出してガイドローラ５に巻掛けるとき、ワイ
ヤー３の位置が大きくずれているときには、トラバース
30を手動回転させて、位置センサー35、36の間に通す。

〔他の実施例〕

第３図の実施例では、溝付きローラ７の端部を円錐台
状とし、全体として同じ深さの溝7aを形成して、調整域
Ａの先端位置でワイヤー３の巻き径を小さくしている
が、第２図のような円柱状の溝付きローラ７であって
も、調整域Ａの中央寄り部分から端部にかけて次第に溝
7aを深く形成すれば、先端位置でのワイヤー３の巻き径
を小さくすることができる。

〔発明の効果〕

本発明では、下記の特有の効果がある。

調整域でワイヤーが溝付きローラに巻き掛けられてい
て、被加工部材に接しないため、調整域内でワイヤー張
力差が緩和され、切断域でのワイヤー張力差が吸収され
るため、ワーク両端部のウエハ平坦度が中央部と同等に
なり、歩留まりが向上する。

加工部外のワイヤー張力を比較的低い値で高精度制御
でき、制御性の安定化および装置製作上のコスト低減が
計れる。

また、溝付きローラと左右リールとの間の複数のガイ
ドローラ溝摩耗も減らすことができ、ランニングコスト
の低減が計れる。

特に、溝付きローラの長さを被加工部材の長さよりも
長くし、これらの溝付きローラに被加工部材の長さより
も長い巻き掛け域に渡ってワイヤーを巻掛け、巻き掛け
域の両端部分に被加工部材と接触しないワイヤー張力の
調整域を形成し、この調整域でローラ中央部側から端部
にかけてワイヤーの巻き径を次第に小さくしたから、調
整域で、被加工部材に接触するワイヤーの張力と、被加
工部材に接触しないワイヤーの張力との間で、大きな張
力差の吸収が可能となる。

また、溝付きローラの長さを被加工部材の長さよりも
長くし、これらの溝付きローラに被加工部材の長さより
も長い巻き掛け域に渡ってワイヤーを巻掛け、巻き掛け
域の両端部分に被加工部材と接触しないワイヤー張力の
調整域を形成し、この調整域で溝付きローラの溝ピッチ
を小さくしたから、調整域の長さが小さくても、張力差
の吸収に必要なワイヤーの巻き掛け量が確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はワイヤーソー装置および本発明のリール駆動装
置の概略的な正面図、第２図および第３図はそれぞれ溝
付きローラおよび張力変化の説明図、第４図は溝付きロ
ーラの溝の拡大断面図、第５図は位置センサーの配置位
置の平面図、第６図は位置センサーの配置位置の側面図
である。１……ワイヤーソー装置、２……リール駆動装置、３…
…ワイヤー、4a、4b……リール、５、６……ガイドロー
ラ、７……溝付きローラ、８……張力発生手段、９……
被加工部材、12……加工液、13……リールスライド、14
……スピンドル、20……回転駆動モータ、24……送りナ
ット、25……送りねじ、30……トラバースモータ、31、
32……モータ制御器、35、36……位置センサー。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送り出しリールからワイヤーを供給し、こ
のワイヤーを複数の溝付きローラに巻掛け、さらにこの
ワイヤーを巻取りリールにより巻取る過程で、ワイヤー
を走行させながら、溝付きローラ間のワイヤーと、脆性
材料の被加工部材とを圧接させつつ、被加工部材を切断
加工するワイヤーソー装置において、溝付きローラの長
さを被加工部材の長さよりも長くし、これらの溝付きロ
ーラに被加工部材の長さよりも長い巻き掛け域に渡って
ワイヤーを巻掛け、巻き掛け域の両端部分に被加工部材
と接触しないワイヤー張力の調整域を形成し、この調整
域でローラ中央部側から端部にかけてワイヤーの巻き径
を次第に小さくしたことを特徴とするワイヤーソー装
置。
【請求項２】送り出しリールからワイヤーを供給し、こ
のワイヤーを複数の溝付きローラに巻掛け、さらにこの
ワイヤーを巻取りリールにより巻取る過程で、ワイヤー
を走行させながら、溝付きローラ間のワイヤーと、脆性
材料の被加工部材とを圧接させつつ、被加工部材を切断
加工するワイヤーソー装置において、溝付きローラの長
さを被加工部材の長さよりも長くし、これらの溝付きロ
ーラに被加工部材の長さよりも長い巻き掛け域に渡って
ワイヤーを巻掛け、巻き掛け域の両端部分に被加工部材
と接触しないワイヤー張力の調整域を形成し、この調整
域で溝付きローラの溝ピッチを小さくしたことを特徴と
するワイヤーソー装置。