JP5578223B2 - マルチワイヤ放電加工システム、マルチワイヤ放電加工装置、電源装置、半導体基板または太陽電池基板の製造方法、放電加工方法 - Google Patents
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Description
例えば、先行文献1には、3本の巻回するワイヤに1ヶ所で給電し、半導体インゴットを放電加工する技術が開示されている。
また、前記電源配線の抵抗値が0.1Ωよりも小さいことを特徴とする。
また、前記ワイヤの長さによる抵抗値が1Ωよりも大きいことを特徴とする。
また、前記電源配線の抵抗値を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った抵抗値と、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる抵抗値との比が10倍以上になる箇所に前記給電子が設けられることを特徴とする。
マルチワイヤ放電加工システムは、放電により並設された複数本のワイヤの間隔で被加工物を薄片にスライスすることができる。
2つのメインローラが同じ方向でかつ同じ速度で連動して回転することにより、ワイ
マルチワイヤ放電加工機1は、電源ユニット2と電線513を介して接続されており、電源ユニット2から供給される電力により作動する。
図2を説明する。
図2は、図1に示す点線16枠内の拡大図である。
メインローラは中心に金属を使用し、外側は樹脂で覆う構造である。
メインガイドローラの間中央部の下部に、加工電源からの放電パルスを供給するため
に給電子104が設けられていてワイヤ103の10本と接触させている(図3)。
給電子104の配置は、シリコンインゴット105の両端よりワイヤの長さが等しくなる位置を中心に設けてある。
給電子104は、機械的摩耗に強く、導電性があることが要求され超硬合金が使用されている。
メインローラの間中央部の上部に、シリコンインゴット105を配置、ワーク送り装置3に取付け上下方向に移動し加工を行う。
メインローラの間中央部に加工液槽6を設け、ワイヤ103およびシリコンインゴット105を浸漬し、放電加工部の冷却、加工チップの除去を行う
本実施例では、加工材料(ワーク)として、シリコンインゴット105を例に説明する。
また、図2に示すように、ワイヤ103は、メインローラ8、9に取り付けられ、メインローラ8、9の上側、及び下側にワイヤ列を形成している。
図3を説明する。
図3は、給電子104の拡大図を示す。
給電子104(1個)はワイヤ103(10本)と接触している。
ワイヤ103同士の間隔(ワイヤのピッチ)は0.3mm程度である。
図4を説明する。
図4は従来方式であるワイヤ毎に個別に加工電流を給電する個別給電での電気回路400を示す図である。
403はトランジスタ(Tr2)である。加工電源VmのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
404はトランジスタ(Tr1)である。加工電源VsのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
407は極間電圧(Vg)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間(極間)に印加される極間放電電圧である。
408は極間電流(Ig)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間に流れる極間放電電流である。
410はワイヤ1本毎に個別に供給される加工電流(Iw)である。
図5を説明する。
図5は従来方式であるワイヤ毎に個別に加工電流を給電する個別給電での電気回路400が複数本のワイヤに給電している図である。
409はワイヤ1本毎の抵抗を示すワイヤ抵抗(Rw)である。
204は個別の給電子である。シリコンインゴット105の両端の近傍に設けた、2ヶ所の個別給電子から加工電圧のパルスを印加し、放電加工を行う。
巻回するワイヤ103の本数と同数の電源回路400に接続されている。
図7を説明する。
図8に示す電気回路2との等価回路を示している。
まず、このように固定された抵抗値を持つRm/10本を加工電源から給電子との間に設置した場合を説明する。
つまり、Rmnを10本(メインローラ8、9を巻回する周回数)で単純に割った抵抗値よりも小さい抵抗値にすればよいということである。
509はワイヤ1本毎のワイヤによる抵抗(Rwn)である。
例えば、ワイヤ10本(メインローラ8、9を10周巻回する)に一括で給電する場合の各ワイヤ抵抗をそれぞれRw1、Rw2、〜Rw10とする。
加工電源部501は給電子104に加工電源(Vmn)を供給する。
加工電源部502は給電子104に加工電源(Vsn)を供給する。
503はトランジスタ(Tr2)である。加工電源VmnのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
504はトランジスタ(Tr1)である。加工電源VsnのON(導通)状態とOFF(非導通)状態をスイッチングで切り替える。
507は放電極間電圧(Vgn)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間に印加される放電極間電圧である。
例えば、ワイヤ10本に一括で給電する場合の各放電極間電圧をそれぞれVg1、Vg2、〜Vg10とする。
508は放電極間電流(Ign)である。放電中にワイヤ103とワーク105との間に流れる放電極間電流である。
例えば、ワイヤ10本に一括で給電する場合の各放電極間電流をそれぞれIg1、Ig2、〜Ig10とする。
510はワイヤ1本毎に個別に供給されるワイヤ電流(Iwn)である。
例えば、ワイヤ10本に一括で給電する場合の各ワイヤ電流をそれぞれIw1、Iw2、〜Iw10とする。
511は給電点から放電点までの距離Lであり、すなわち給電点(給電子)から放電点(ワーク)までのワイヤの長さである。
図8を説明する。
図8は本発明における複数本のワイヤ(10本)に一括で加工電流を給電する一括給電の電気回路2により複数本のワイヤに一括給電している図である。
メインローラを巻回するワイヤ103の本数(10本)に対して1つの電源回路2が接続されている。
以下、図8の配置を参照して、ワイヤに流れる加工電流(各ワイヤ電流の合計)を説明する。
511L1は電流が左のメインローラ方向に流れた場合の給電点と放電点との長さ(距離)であり、L1の場合に定まるワイヤ抵抗をRw1aとする。
511L2は電流が右のメインローラ方向に流れた場合の、放電点と給電点との長さ(距離)であり、L2の場合に定まるワイヤ抵抗をRw1bとする。
ワイヤ103がメインローラ8、9を1周巻回する長さを2mとする。
給電子104は、1周巻回する長さのほぼ半分の距離に配置されているので、放電点と給電点との距離(ワイヤの長さL)を1mである。
よって給電子から放電部までを走行するワイヤの距離は0.5mよりも長い。
放電電圧Vg1〜Vg10がほぼ等しい場合、VmnがそれぞれのRw1〜Rw10に印加されているので、Iw1〜Iw10は全て同じワイヤ電流である。
ここでワイヤ抵抗による電圧降下値(Rw1×Iw1)と放電電圧(Vgn)からVmnを求める.
給電子104から放電部までの電圧降下は走行するワイヤの抵抗による電圧降下である。
Rw1=10Ω(給電子104から放電部までの抵抗値)。
Iw1=3A
Vgn=30Vとすれば、Vmnは以下のようになる。
Vmn=10(Ω)×3(A)+30V=60V
よって給電子から放電部までの電圧降下は10Vよりも大きい。
よって給電子から放電部までの抵抗値が1Ωよりも大きい。
尚、Rwn=(ρ×B)/Lの関係式により、ワイヤのパラメータによりワイヤ抵抗による電圧降下値を設定してもよい。
よって加工電源部から給電子104までの電圧降下は1Vよりも小さい。
よって加工電源部から給電子までの電圧降下は、給電子から放電部までの電圧降下よりも小さい。
Rmn=0.6V/30A=0.02Ω(加工電源部501から給電子104までの抵抗値)。
よって加工電源部から給電子までの抵抗値は0.1Ωより小さい。
よって加工電源部から給電子までの抵抗値が、給電子から放電部までの抵抗値よりも小さい。
よって加工電源部から給電子104までの電圧降下と給電子104から放電部までの電圧降下との比は10倍以上である。
よって加工電源部から給電子104までの抵抗値と給電子から放電部までの抵抗値との比が10倍以上である。
よってRmnを考慮して10本の加工電流をもとめると(60V−30V)/((10Ω/10本)+0.02Ω)=29.41Aとなり
ワイヤ一本当たりに割ったあとの加工電流は2.941Aとなる。
グラフはRmn以外のパラメータを固定しRmnの抵抗値(Ω)だけをそれぞれ異なる3つの抵抗値に置き換えて比較したものである。
また、Rsn506の抵抗値は、Rmn505とは逆に、高い抵抗値が設定されることが望ましい。Vsn502の役割は、上述した放電を誘発するために設定される誘発電圧としての役割の他に、極間の状態であるワイヤとワークの間で発生する短絡の有無を検出に使用する役割があるため、なるべくVsn502から供給されるエネルギーは小さい方が好ましい。換言すれば、Vsn502から供給される誘発電圧および電流は、Vmn501とは異なり加工速度には直接的に寄与しない電圧および電流であると言うことができる。
本発明においては、ワイヤ103とワーク105間(極間)の加工液の抵抗値は極間の距離により変化する。よって誘発電流制限抵抗であるRsn506をこの極間の加工液の抵抗値とほぼ同じ程度の値に設定することで、極間電圧(Vgn)の変動を検出することができる。
尚、本発明のマルチワイヤ放電加工システムでスライスされた半導体インゴットは、半導体用の基板または太陽電池用の基板として製造され、半導体デバイスや太陽電池として使用することができる。
2 電源装置
103 ワイヤ電極
104 給電子
105 ワーク(シリコンインゴット)
Claims (18)
- 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスするマルチワイヤ放電加工システムであって、
前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、
一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、
前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、
を有するマルチワイヤ放電加工装置を備え、
前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部を有する電源装置を備え、
前記電源装置の前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体を含めた抵抗値を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った抵抗値の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる抵抗値よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とするマルチワイヤ放電加工システム。 - 前記電源配線の抵抗値が0.1Ωよりも小さい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システム。
- 前記ワイヤの長さによる抵抗値が1Ωよりも大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 前記電源配線の抵抗値を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った抵抗値と、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる抵抗値との比が10倍以上になる箇所に前記給電子が設けられることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスするマルチワイヤ放電加工システムであって、
前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、
一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、
前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、
を有するマルチワイヤ放電加工装置を備え、
前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部を有する電源装置を備え、
前記電源装置の前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体による電圧降下を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った電圧降下の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる電圧降下よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とするマルチワイヤ放電加工システム。 - 前記電源配線の電圧降下が1Vよりも小さいことを特徴とする請求項5に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 前記ワイヤの長さによる電圧降下が10Vよりも大きいことを特徴とする請求項5または請求項6に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 前記電源配線の電圧降下を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った電圧降下と、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる電圧降下との比が10倍以上になる箇所に前記給電子が設けられることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 前記電源装置から前記給電子までの電源配線には、前記電源配線に流れる加工電流を制限するための抵抗体を備えないことで、前記電源配線の電圧降下を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った電圧降下と、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる電圧降下との比を10倍以上にすることを特徴とする請求項8に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さを0.5m以上にすることで、前記電源配線の電圧降下を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った電圧降下と、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる電圧降下との比を10倍以上にすること特徴とする請求項8に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 前記電源装置が、前記電源装置から前記給電子まで1本の電源配線により前記加工電源を供給することを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載のマルチワイヤ放電加工システム。
- 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスするマルチワイヤ放電装置であって、
前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、
一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、
前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、
前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部と、
を備え、
前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体を含めた抵抗値を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った抵抗値の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる抵抗値よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。 - 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスするマルチワイヤ放電装置であって、
前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、
一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、
前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、
前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部と、
を備え、
前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体による電圧降下を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った電圧降下の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる電圧降下よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とするマルチワイヤ放電加工装置。 - 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスし、前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、を備えるマルチワイヤ放電加工システムにおいて用いられ、
前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部を有する電源装置であって、
前記電源装置の前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体を含めた抵抗値を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った抵抗値の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる抵抗値よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とする電源装置。 - 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスし、前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、を備えるマルチワイヤ放電加工システムにおいて用いられ、
前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部を有する電源装置であって、
前記電源装置の前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体による電圧降下を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った電圧降下の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる電圧降下よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とする電源装置。 - 前記マルチ放電加工システムによりスライスされたことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の半導体基板または太陽電池基板。
- 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスし、前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部を有する電源装置と、を備えるマルチワイヤ放電加工システムにおける半導体基板または太陽電池基板の製造方法であって、
前記電源装置の前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体を含めた抵抗値を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った抵抗値の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる抵抗値よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とする半導体基板または太陽電池基板の製造方法。 - 並設された複数のワイヤの間隔でワークを薄片にスライスし、前記並設された複数のワイヤを同一方向に走行させる走行手段と、一個が、前記同一方向に走行する複数のワイヤの複数本のワイヤに一括して接触する給電子と、前記同一方向に走行する複数のワイヤにおいて、前記給電子と接触している複数本のワイヤに給電された加工電源が、前記給電子と接触している複数本のワイヤを通って前記ワークとの間で放電する放電部と、前記給電子まで前記加工電源を供給する加工電源部を有する電源装置と、を備えるマルチワイヤ放電加工システムにおける放電加工方法であって、
前記電源装置の前記加工電源部から前記給電子までの電源配線上の抵抗体を含めた抵抗値を前記給電子が一括して接触するワイヤの本数で割った抵抗値の方が、前記給電子に接触している複数本のワイヤが前記給電子から前記放電部までを走行する、ワイヤの長さによる抵抗値よりも小さくなる箇所に前記給電子が設けられていることを特徴とする放電加工方法。
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