JP5784999B2 - Wire saw device and cutting method - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、シリコンインゴット等から薄板状の基板を切り出すのに用いられるワイヤソー装置及び切断加工方法に関する。 The present invention relates to a wire saw device and a cutting method used for cutting out a thin plate-like substrate from, for example, a silicon ingot or the like.
一般に、この種のワイヤソー装置では、離れて配置された複数のワイヤガイドの周囲に切断用ワイヤ(単にワイヤともいう)が螺旋状に巻き付けられている。このワイヤを走行制御することで、ワイヤガイド間には略平行に並んで同方向に走行するワイヤ群が形成される。これらワイヤ群にシリコンインゴット等(ワークともいう)を押し当てることにより、ワークから複数の基板を同時に切り出すことができる。 In general, in this type of wire saw device, a cutting wire (also simply referred to as a wire) is spirally wound around a plurality of spaced apart wire guides. By controlling the travel of this wire, a group of wires traveling in the same direction are formed in parallel between the wire guides. By pressing a silicon ingot or the like (also referred to as a workpiece) against these wire groups, a plurality of substrates can be simultaneously cut out from the workpiece.
ところが、切削が進むと、ワークとワイヤとの間に隙間が無くなり、接触量が増えて切削除去量も増加する。そうなると、切削負荷は大きくなるし、切り粉も排出され難くなるため、切断効率が低下する。 However, as the cutting progresses, there is no gap between the workpiece and the wire, the contact amount increases, and the cut removal amount also increases. If it becomes so, since cutting load will become large and it will become difficult to discharge | emit swarf, cutting efficiency will fall.
そこで、ワイヤを揺動させながら切断する方法(揺動切断)が提案されている(特許文献1)。ワイヤを揺動させた場合、ワークとワイヤとの接触量が全体的に小さくなるため、切断速度が増大し、切り粉も排出され易くなる。 Therefore, a method of cutting while swinging the wire (rocking cutting) has been proposed (Patent Document 1). When the wire is swung, the amount of contact between the workpiece and the wire is reduced as a whole, so that the cutting speed is increased and chips are easily discharged.
しかし、揺動切断を行った場合、揺動角度が大きくなるとワイヤが撓み易くなるという問題がある。 However, when swing cutting is performed, there is a problem that the wire is easily bent when the swing angle is increased.
図1や図2に、揺動切断途中におけるワークWとワイヤ101を示す。これら図では、矢印線で示す範囲を揺動しながら走行しているワイヤ101に対し、ワークWが上方から押し付けられている状態を示している。図1は揺動角度が最も小さい時を表しており、図2は揺動角度が最も大きい時を表している。なお、ワークWはワイヤ101に向かって一定速度で変位していてワイヤ101に常に押し付けられている。
1 and 2 show the workpiece W and the
ワイヤ101の揺動角度が小さい時には、図1に示すように、ワイヤ101が撓んでも、ワークWとワイヤ101との接触量は小さく、ワークWの切削除去量(網目線で示す部分)も少ない。従って、同図の(b)に示すように、ワイヤ101がワークWに押し付けられて撓んでも、直ぐに仮想線で示すように撓みが無くなるため、ワイヤ101はほとんど撓みの無い状態でワークWを切削することができる。
When the swing angle of the
ところが、揺動角度が大きくなると、図2に示すように、ワークWとワイヤ101との接触量が大きく、ワークWの切削除去量も多くなる。その結果、切削による切り込み速度がワークWの変位速度に追随できなくなり、ワイヤ101の撓みも戻り難くなる。ワイヤ101が撓むと、ワイヤ101に過度な張力が加わる虞があるうえ、更に接触量が増えて切削負荷も増加するし、切り粉も排出され難くなる。
However, as the swing angle increases, as shown in FIG. 2, the amount of contact between the workpiece W and the
そこで、本発明の目的は、揺動角度が大きくなっても、ワイヤの撓みを抑制することができ、バランスよく切断できるワイヤソー装置及び切断加工方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wire saw device and a cutting method that can suppress the bending of the wire even when the swing angle becomes large and can cut with good balance.
本発明のワイヤソー装置は、走行しながら揺動する切断用ワイヤに被加工物を押し付けて当該被加工物を切断する。ワイヤソー装置は、前記被加物が押し付けられる方向に対して略垂直な基準位置から所定の角度の範囲で揺動軸を中心に揺動するワイヤガイド支持部と、前記ワイヤガイド支持部に配置され、各々が互いに離れて前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回転する一対のワイヤガイドと、一対の前記ワイヤガイドの周囲に中間部分が螺旋状に巻き付けられる1本の前記切断用ワイヤと、前記切断用ワイヤの一方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置と、前記切断用ワイヤの他方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ巻取装置と、前記被加工物を支持し、変位して当該被加工物を前記切断用ワイヤに押し付けるワーク保持部と、制御装置と、を備えている。 The wire saw device of the present invention presses a workpiece against a cutting wire that swings while traveling and cuts the workpiece. The wire saw device is disposed on a wire guide support portion that swings around a swing shaft within a predetermined angle range from a reference position substantially perpendicular to a direction in which the workpiece is pressed, and the wire guide support portion. A pair of wire guides that rotate about a rotation axis that is separated from each other and parallel to the swing axis, and one cutting wire in which an intermediate portion is spirally wound around the pair of wire guides, A wire supply device capable of unwinding and winding on one end side of the cutting wire; and a wire winding device capable of unwinding and winding on the other end side of the cutting wire; A workpiece holding unit that supports the workpiece, displaces and presses the workpiece against the cutting wire, and a control device.
そして、前記制御装置が、前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して前記ワーク保持部の変位速度を制御する変位制御手段、前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して当該ワイヤガイド支持部の揺動速度を制御する揺動制御手段、の少なくともいずれか一方を有している。 And the control device is inversely proportional to the change of the swing angle of the wire guide support part, the displacement control means for controlling the displacement speed of the work holding part inversely proportional to the change of the swing angle of the wire guide support part. And at least one of swing control means for controlling the swing speed of the wire guide support portion.
このワイヤソー装置によれば、ワーク保持部の変位速度やワイヤガイド支持部の揺動速度は、ワイヤガイド支持部の揺動角度の変化に反比例して制御される。すなわち、揺動角度が小さくなれば、それに対応して被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度は大きくなり、揺動角度が大きくなれば、それに対応して被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度は小さくなる。 According to this wire saw device, the displacement speed of the workpiece holding part and the swing speed of the wire guide support part are controlled in inverse proportion to the change in the swing angle of the wire guide support part. That is, if the swing angle is reduced, the workpiece displacement speed and the cutting wire swing speed are correspondingly increased, and if the swing angle is increased, the workpiece displacement speed is correspondingly increased. And the swing speed of the cutting wire is reduced.
揺動角度が大きくなっても、被加工物の変位速度や切断用ワイヤの揺動速度が小さくなれば、切断用ワイヤへの被加工物の押し付け量が小さくなるため、切断用ワイヤと被加工物との接触量や切削除去量が増加しても切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度を被加工物の変位速度に追随させることができ、切断用ワイヤの撓みを抑制することできる。 Even if the swing angle is increased, if the displacement speed of the workpiece or the swing speed of the cutting wire decreases, the amount of pressing the workpiece against the cutting wire decreases, so the cutting wire and the workpiece Even if the amount of contact with an object or the amount of cutting removal increases, cutting becomes easy. As a result, the cutting speed by cutting can be made to follow the displacement speed of the workpiece, and the bending of the cutting wire can be suppressed.
前記変位制御手段は、前記揺動角度が最大になる時に前記変位速度が0になるように制御するのが好ましい。そうすれば、切断用ワイヤの撓みを効果的に抑制できる。 Preferably, the displacement control means controls the displacement speed to be zero when the swing angle is maximized. Then, the bending of the cutting wire can be effectively suppressed.
例えば、前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記変位速度は一定に保持され、前記変位制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるようにしてもよい。また、前記揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、前記変位速度は一定に保持されるようにすることもできる。更に、前記揺動角度が所定の閾値に至るまでは前記揺動速度は一定に保持され、前記揺動制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるようにすることもできる。 For example, the displacement speed may be kept constant until the swing angle reaches a predetermined threshold value, and the control of the displacement control means may be executed within a range equal to or greater than the threshold value. Further, the displacement speed may be kept constant within a range of a maximum angle of the swing angle and a predetermined angle in the vicinity thereof. Furthermore, the rocking speed can be kept constant until the rocking angle reaches a predetermined threshold value, and the control of the rocking control means can be executed within a range equal to or greater than the threshold value.
好適な切断加工方法としては、例えば、前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記被加工物の変位速度を自動制御する変位制御工程や、前記切断用ワイヤの揺動角度の変化に反比例して、前記切断用ワイヤの揺動速度を自動制御する揺動制御工程を含むようにすればよい。 Suitable cutting methods include, for example, a displacement control step of automatically controlling the displacement speed of the workpiece in inverse proportion to the change in the swing angle of the cutting wire, and the swing angle of the cutting wire. A swing control step of automatically controlling the swing speed of the cutting wire may be included in inverse proportion to the change.
本発明のワイヤソー装置等によれば、揺動角度が大きくなれば、それに応じて切削負荷が小さくなるように制御されるので、揺動角度の大小にかかわらずワイヤの撓みを安定して抑制することができる。 According to the wire saw device and the like of the present invention, when the swing angle is increased, the cutting load is controlled to be decreased accordingly, so that the bending of the wire is stably suppressed regardless of the swing angle. be able to.
(ワイヤソー装置)
図3に、本実施形態のワイヤソー装置1を示す。このワイヤソー装置1は、例えば、半導体装置や太陽電池等の製造に用いられるシリコンインゴット等の柱状の被加工物(ワークWと称する)を、複数の薄板状の基板に切断するために使用される。ワイヤソー装置1には、ワイヤガイド2や切断用ワイヤ3、ワイヤガイド支持部4、ワイヤ供給装置6、ワイヤ巻取装置7、制御装置8、側壁プレート10、張力保持機構11、ワーク保持部50などが備えられている。
(Wire saw device)
In FIG. 3, the wire saw apparatus 1 of this embodiment is shown. The wire saw device 1 is used, for example, for cutting a column-shaped workpiece (referred to as a workpiece W) such as a silicon ingot used for manufacturing a semiconductor device or a solar cell into a plurality of thin plate-like substrates. . The wire saw device 1 includes a wire guide 2, a
側壁プレート10は、ワイヤソー装置1の加工領域を区画する壁体の一部であり、加工領域に面するその側面に円形に開口する貫通孔12を有している。貫通孔12の内側には、揺動円板91が配置されている。揺動円板91は、貫通孔12の中心を通る揺動軸A1回りに揺動変位する。
The
揺動円板91の一方の側面(加工領域側)には、ワイヤガイド支持部4が固定されている。ワイヤガイド支持部4も揺動軸A1を中心に揺動変位する。ワイヤガイド支持部4は、揺動軸A1の方向に離れて対向する一対の支持壁4a,4aや、これら支持壁4aの一端に連なる連結壁4bなどで構成されている。ワイヤガイド支持部4における連結壁4bの反対側(ワーク側)に、一対のワイヤガイド2、2が配置されている。
The wire
ワイヤガイド2は、円柱形状をしている。ワイヤガイド2の端部は両支持壁部4aに支持されていて、各ワイヤガイド2は互いに離れて並列している。ワイヤガイド2は、互いに同期して、揺動軸A1と平行な回転軸A2を中心に回転する。これら2つの回転軸A2を結ぶ線分の中点に揺動軸A1が位置している(図4参照)。
The wire guide 2 has a cylindrical shape. The end portions of the wire guides 2 are supported by both supporting
揺動円板91の他方の側面(裏面側)には、ワイヤガイド駆動モータ20や揺動駆動モータ92が取り付けられている。揺動駆動モータ92の駆動によって揺動円板91は揺動し、ワイヤガイド駆動モータ20の駆動によってワイヤガイド2は回転する。揺動駆動モータ92及びワイヤガイド駆動モータ20は、制御装置8によって駆動制御されている。
A wire
本実施形態では、切断用ワイヤ3(ワイヤ3ともいう)に、ワイヤ3の表面にダイヤモンド等の微細な砥粒が固着されている固定砥粒ワイヤが用いられている。1つのワイヤソー装置1に対し、例えば100m以上の長さの1本のワイヤ3が用いられる。一対のワイヤガイド2、2の間に略平行な複数のワイヤ3の列(ワイヤ群3aともいう)が形成されるように、ワイヤ3は一対のワイヤガイド2、2に螺旋状に巻き付けられている。
In the present embodiment, a fixed abrasive wire in which fine abrasive grains such as diamond are fixed to the surface of the
具体的には、図4にも示すように、ワイヤ3の中間部分が、一対のワイヤガイド2の全体の周囲に繰り返し巻き掛けられ、両ワイヤガイド2の間に張り渡されている。ワイヤ3は、一方のワイヤガイド2(供給側ワイヤガイド2)のワークW側を通って他方のワイヤガイド2(巻取側ワイヤガイド2)まで張り渡され、巻取側ワイヤガイド2に巻き掛けられている。巻取側ワイヤガイド2に巻き掛けられたワイヤ3は、連結壁4b側を通って供給側ワイヤガイド2まで張り渡され、供給側ワイヤガイド2に巻き掛けられている。この状態が回転軸A2の方向に所定のピッチで繰り返し行われ、最後に巻取側ワイヤガイド2のワークW側からワイヤ3が引き出されている。
Specifically, as shown in FIG. 4, the intermediate portion of the
供給ワイヤガイド2から外方に引き出されたワイヤ3は、複数のプーリPに案内されてワイヤ供給装置6まで延びている。ワイヤ供給装置6には、供給側ボビン61や供給側アシストモータ62などが備えられている。ワイヤ供給装置6には、最初に、ワイヤ3の新線が巻装された供給側ボビン61が装着される。供給側アシストモータ62は、制御装置8と協働して供給側ボビン61を回転駆動し、所定の速度で所定量のワイヤ3を巻き出したり巻き取ったりする。
The
巻取側ワイヤガイド2から外方に引き出されたワイヤ3は、複数のプーリPに案内されてワイヤ巻取装置7まで延びている。ワイヤ巻取装置7には、巻取側ボビン71や巻取側アシストモータ72などが備えられている。ワイヤ巻取装置7には、最初に、ワイヤ3が巻装されていない空の状態の巻取側ボビン71が装着される。巻取側アシストモータ72は、制御装置8と協働して巻取側ボビン61を回転駆動し、供給側アシストモータ62と同期してワイヤ3を巻き取ったり巻き出したりする。
The
ワイヤ3の張力を一定に保持制御するために、供給側ボビン61と供給側ワイヤガイド2との間、及び巻取側ボビン71と巻取側ワイヤガイド2との間に、張力保持機構11が配設されている。張力保持機構11には、テンションアーム11aやテンションモータ11bなどが備えられている。テンションモータ11bは、例えば、フィードバック制御されたサーボモータで構成され、ワイヤ3の張力の実測値に基づいて回動変位するように設定されている。テンションモータ11bの作動によってテンションアーム11aに軸支されたプーリPが変位し、ワイヤ3の張力は一定に保持される。
In order to hold and control the tension of the
本実施形態のワイヤソー装置1では、回転方向を交互に変えてワイヤガイド駆動モータ20及び両アシストモータ62,72を駆動させることにより、ワイヤ供給装置6及びワイヤ巻取装置7のそれぞれにおいてワイヤ3の巻き出しとワイヤ3の巻き取りとが交互に繰り返し行われる。具体的には、供給側ボビン61から所定長さのワイヤ3が巻き出されて巻取側ボビン71に巻き取られる。続いて、所定長さよりも短い長さ分だけ、巻取側ボビン71からワイヤ3が巻き出されて供給側ボビン61に再度巻き取られる。この処理を交互に繰り返し行うことにより、ワイヤ3の新線部分は供給側ボビン61から順次繰り出され、ワイヤ3は、供給側ボビン61から巻取側ボビン71へと順次巻き取られていく。
In the wire saw device 1 of the present embodiment, the wire
ワーク保持部50は、ワーク保持部材51やワーク昇降モータ52などで構成さていて、ワイヤガイド支持部4のワークW側に離れて配設されている。詳しくは、図4に示したように、軸方向から見て、揺動軸A1を通り、揺動角度が0の時の2つの回転軸A2を結ぶ線分に対して略垂直な延長線L上にワーク保持部材51が位置している。ワーク保持部材51の一端(テーブル51aともいう)はワイヤ群3aと対向していて、そのテーブル51aにワークWが着脱可能に支持されている。
The
ワーク保持部材51の他端側に、ワーク昇降モータ52が配置されている。ワーク昇降モータ52は、制御装置8と協働し、ボールネジ機構(不図示)によってワーク保持部材51を延長線Lに沿って変位させる。
A workpiece lifting / lowering
制御装置8は、CPUやメモリ等のハードウエアと、メモリに実装された制御プログラム等のソフトウエアとで構成されている。制御装置8には、ワイヤガイド駆動モータ20やワーク昇降モータ52、供給側アシストモータ62,巻取側アシストモータ72、揺動駆動モータ92等が接続されていて、制御装置8はこれらを駆動制御している。
The
具体的には、制御装置8は、ワイヤガイド駆動モータ20や供給側アシストモータ62,巻取側アシストモータ72を駆動制御している。それにより、ワイヤ3の巻き出し及び巻き取りの処理が交互に繰り返し行われ、ワイヤ3は次第に供給側ボビン61から巻取側ボビン71に巻き取られる。
Specifically, the
制御装置8は、揺動駆動モータ92も駆動制御している。それにより、揺動円盤91やワイヤガイド支持部4、ワイヤガイド2、ワイヤ群3aは揺動する。具体的には、延長線Lに垂直な揺動角度0の基準位置から、時計回り及び反時計回りに所定の角度(θ)の範囲で、ワイヤガイド支持部4等は揺動軸A1を中心に揺動変位する。制御装置8が、ワイヤガイド駆動モータ20等とワイヤガイド支持部4等とを同時に駆動制御することにより、ワイヤ群3aは走行した状態で揺動変位する。
The
また、制御装置8はワーク昇降モータ52も駆動制御している。それにより、ワーク保持部材51やワークWはワイヤ群3aに向かって変位し、ワークWは切断されるまで常時ワイヤ3に押し付けられる。
The
そして、本実施形態の制御装置8には、揺動によって生じるワイヤ3の撓みを抑制するために、ワークWの変位速度を制御する変位制御プログラム8a(変位制御手段)や、ワイヤ3の揺動速度を制御する揺動制御プログラム8b(揺動制御手段)が組み込まれている。変位制御プログラム8aや揺動制御プログラム8bについては、次の切断加工方法の説明において詳細に説明する。
The
(切断加工方法)
このワイヤソー装置1では、ワークWをセットし、例えば、操作スイッチを操作してワイヤソー装置1を作動させることで、ワイヤガイド駆動モータ20等と制御装置8との協働により、ワークWの切断が完了するまでの一連の処理が自動的に実行される。
(Cutting method)
In this wire saw device 1, the workpiece W is set, and for example, by operating the operation switch to operate the wire saw device 1, the workpiece W can be cut by the cooperation of the wire
まず最初には、テーブル51aにワークWがセットされる(ワーク支持工程)。具体的には、ワークWはその切断方向がワイヤ群3aと平行になるようにテーブル51aに取り付けられる。そうしてワイヤソー装置1を作動させると、ワイヤガイド2の回転に連動して、ワイヤ供給装置6及びワイヤ巻取装置7においてワイヤ3の引き出し処理や巻き取り処理が行われ、ワイヤ3は、所定の速度で前進と後退を繰り返す(ワイヤ走行工程)。
First, the work W is set on the table 51a (work support process). Specifically, the workpiece W is attached to the table 51a so that the cutting direction thereof is parallel to the
ワイヤ3の走行に連動して、ワイヤガイド支持部4等も制御装置8によって自動的に揺動制御される(揺動制御工程)。本実施形態の揺動制御工程では、上述した揺動制御プログラム8bが実行される。具体的には、ワイヤガイド支持部4等の揺動角度の変化に反比例するように、ワイヤガイド支持部4等の揺動速度が制御される。
In conjunction with the travel of the
図5に、その制御における揺動角度に対する揺動速度のタイムチャートを示す。同図の(a)はワイヤガイド2等の時間経過に対する揺動角度の変化を表している。同図の(b)は(a)に対応したワイヤガイド支持部4等の揺動速度の変化を表している。
FIG. 5 shows a time chart of the rocking speed with respect to the rocking angle in the control. (A) of the figure represents the change of the swing angle of the wire guide 2 and the like with time. (B) of the same figure represents the change of the rocking speed of the wire
本実施形態では、揺動角度が増加するに従って揺動速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って揺動速度が次第に増加するように制御されている。そして、揺動角度が0になる時には、揺動速度が予め設定された設定値(Vy)になり、揺動角度が最大になる時には、揺動速度が設定値Vyよりも小さい値(予め設定される減速値:Vy1)になるように制御されている。 In the present embodiment, control is performed such that the swing speed gradually decreases as the swing angle increases, and the swing speed gradually increases as the swing angle decreases. When the swing angle becomes 0, the swing speed becomes a preset value (Vy), and when the swing angle becomes maximum, the swing speed becomes a value smaller than the set value Vy (preset). The controlled deceleration value is Vy1).
揺動角度が大きくなれば、それに応じて揺動速度が小さくなってワイヤ群3aへのワークWの押し付け量も小さくなるので、ワイヤ群3aとワークWとの接触量や切削除去量が増加してもワイヤ3は切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度をワークWの変位速度に追随させることができ、ワイヤ3の撓みを抑制することできる。また、ワークWが切削され易い時(揺動角度が0になる時)には揺動速度は最大になるので、効率よく切削できる。
If the swing angle is increased, the swing speed is decreased accordingly, and the amount of pressing of the workpiece W against the
そして、ワークWをワイヤ群3aに押し付けるために、揺動制御されながら走行しているワイヤ群3aに向かってワーク保持部材51が変位する(変位制御工程)。走行するワイヤ群3aにワークWが接すると、その摩擦抵抗によってワークWは切削される。切削時には、オイル供給装置(不図示)よりワークWの切削部位にオイルが供給される。ワークWが分断されるまで、ワイヤ3の走行制御及び揺動制御が自動的に実行される。
Then, in order to press the workpiece W against the
本実施形態の変位制御工程では、上述した変位制御プログラム8aが実行される。具体的には、ワイヤガイド2等の揺動角度の変化に反比例するように、ワークWの変位速度が制御される。
In the displacement control process of the present embodiment, the above-described
図6に、その制御における揺動角度に対する変位速度のタイムチャートを示す。同図の(a)はワイヤガイド2等の時間経過に対する揺動角度の変化を表している。同図の(b)は(a)に対応したワーク保持部50の変位速度の変化を表している。
FIG. 6 shows a time chart of the displacement speed with respect to the swing angle in the control. (A) of the figure represents the change of the swing angle of the wire guide 2 and the like with time. (B) of the same figure represents the change of the displacement speed of the workpiece | work holding |
本実施形態では、揺動角度が増加するに従って変位速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って変位速度が次第に増加するように制御されている。そして、揺動角度が0になる時には変位速度が最大(Vh:設定変位速度)になり、揺動角度が最大になる時には変位速度が0になるように制御されている。 In this embodiment, the displacement speed is controlled to gradually decrease as the swing angle increases, and the displacement speed is controlled to increase gradually as the swing angle decreases. The displacement speed is controlled to be maximum (Vh: set displacement speed) when the swing angle is 0, and is set to 0 when the swing angle is maximum.
揺動角度が大きくなれば、それに応じてワークWの変位速度が低くなってワイヤ群3aへのワークWの押し付け量も小さくなるので、ワイヤ群3aとワークWとの接触量や切削除去量が増加してもワイヤ3は切削し易くなる。その結果、切削による切り込み速度をワークWの変位速度に追随させることができ、ワイヤ3の撓みを抑制することできる。
If the swing angle is increased, the displacement speed of the workpiece W is reduced accordingly, and the amount of pressing the workpiece W against the
揺動角度が0の時には変位速度は最大になるので、効率よく切削できる。また、揺動角度が最大の時には変位速度は0になるので、ワイヤ3の撓みを効果的に抑制できる。揺動角度の大小に対応してワイヤ3の撓みをバランス良く制御することができるので、安定した切削を実現することができる。
When the swing angle is 0, the displacement speed becomes maximum, so that cutting can be performed efficiently. In addition, since the displacement speed is 0 when the swing angle is maximum, the bending of the
特に、本実施形態のワイヤソー装置1では、ワークWの変位速度の制御とワイヤ群3aの揺動速度の制御とが同時に行われるので、よりいっそうワイヤ3の撓みが抑制でき、安定した切削を実現することができる。
In particular, in the wire saw device 1 of the present embodiment, since the control of the displacement speed of the workpiece W and the control of the swing speed of the
(変形例)
変位制御プログラム8aや揺動制御プログラム8bの構成は、上述した実施形態に限られず、仕様等に合わせて適宜変更することができる。
(Modification)
The configuration of the
図7に、その変形例の一例を示す(第1変形例)。同図の(a)はワイヤガイド2等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の(b)は(a)に対応したワーク保持部50の変位速度の変化を表している。本変形例では、揺動角度(絶対値)が所定の閾値(θs)に至るまではワーク保持部50の変位速度は一定に保持され、その閾値以上の範囲で変位制御プログラム8aの制御が実行されるように設定されている。
FIG. 7 shows an example of the modified example (first modified example). (A) of the figure shows the change of the swing angle of the wire guide 2 and the like with time, and (b) of the figure shows the change of the displacement speed of the
具体的には、ワイヤガイド2等の揺動角度(絶対値)が0〜θsの範囲では、ワーク保持部50の変位速度は設定変位速度(Vh)に保持される。そして、ワイヤガイド支持部4等の揺動角度(絶対値)がθs以上の範囲において、上述した実施形態の場合と同様に、揺動角度が増加するに従って変位速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って変位速度が次第に増加するように制御されている。
Specifically, when the swing angle (absolute value) of the wire guide 2 or the like is in the range of 0 to θs, the displacement speed of the
このように制御すれば、揺動角度が大きくなるところではワイヤ3の撓みを抑制しながら、揺動角度が小さいところでは変位速度を高く保持できるので、安定した切削を実現しながら切削時間の短縮も図ることができる。
By controlling in this way, the bending speed of the
更に、図8に、別の変形例を示す(第2変形例)。同図の(a)はワイヤガイド2等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の(b)は(a)に対応したワーク保持部50の変位速度の変化を表している。
Further, FIG. 8 shows another modification (second modification). (A) of the figure shows the change of the swing angle of the wire guide 2 and the like with time, and (b) of the figure shows the change of the displacement speed of the
本変形例では、揺動角度が最大になる時に、変位速度が0にならずに設定変位速度よりも小さい値(Vh1)になるように制御されている点で、第1変形例と異なっている。 This modification differs from the first modification in that the displacement speed is controlled to be a value (Vh1) smaller than the set displacement speed when the swing angle is maximized, instead of being zero. Yes.
また更に、図9に、別の変形例を示す(第3変形例)。同図の(a)はワイヤガイド2等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の(b)は(a)に対応したワーク保持部50の変位速度の変化を表している。
FIG. 9 shows another modification (third modification). (A) of the figure shows the change of the swing angle of the wire guide 2 and the like with time, and (b) of the figure shows the change of the displacement speed of the
本変形例では、揺動角度における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、変位速度が一定に保持されるように制御されている点で、上述した実施形態等と異なっている。このように、揺動角度が大きくなっている時に、ワーク保持部50等の変位を一定期間停止させることで、ワイヤ3は更に切削し易くなるため、ワイヤ3の撓みをよりいっそう効果的に抑制することができる。
This modification is different from the above-described embodiment and the like in that the displacement speed is controlled to be kept constant within the range of the maximum angle in the swing angle and a predetermined angle in the vicinity thereof. As described above, when the swing angle is large, the displacement of the
また更に、図10に、別の変形例を示す(第4変形例)。同図の(a)はワイヤガイド2等の時間経過に対する揺動角度の変化を、同図の(b)は(a)に対応したワイヤガイド支持部4等の揺動速度の変化を表している。
FIG. 10 shows another modification (fourth modification). (A) of the figure shows the change of the swing angle of the wire guide 2 and the like with time, and (b) of the figure shows the change of the swing speed of the wire
本変形例では、揺動角度が所定の閾値(θs)に至るまではワイヤガイド支持部4等の揺動速度は一定に保持され、その閾値以上の範囲で揺動制御プログラム8bの制御が実行されるように設定されている。
In this modification, the swing speed of the wire
具体的には、ワイヤガイド2等の揺動角度(絶対値)が0〜θsの範囲では、ワイヤガイド支持部4等の揺動速度は設定変位速度(Vy)に保持される。そして、ワイヤガイド支持部4等の揺動角度(絶対値)がθs以上の範囲において、上述した実施形態の場合と同様に、揺動角度が増加するに従って揺動速度が次第に減少し、揺動角度が減少するに従って揺動速度が次第に増加するように制御されている。
Specifically, when the swing angle (absolute value) of the wire guide 2 or the like is in the range of 0 to θs, the swing speed of the wire
なお、本発明にかかるワイヤソー装置1等は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。本発明が適用可能なワイヤソー装置1は、図1に示すワイヤソー装置1に限られない。揺動しながら走行するワイヤにワークを押し当てて切断加工を行うタイプのワイヤソー装置1に本発明は広く適用可能である。 In addition, the wire saw apparatus 1 etc. concerning this invention are not limited to embodiment mentioned above, The other various structures are included. The wire saw device 1 to which the present invention is applicable is not limited to the wire saw device 1 shown in FIG. The present invention can be widely applied to a wire saw device 1 of a type that performs a cutting process by pressing a workpiece against a wire that runs while swinging.
例えば、張力保持機構11は、テンションアーム11a等に限らない。例えば、ワイヤ供給装置6やワイヤ巻取装置7に張力保持機構を組み込んであってもよい。ワイヤガイド2は3つ以上であってもよい。
For example, the
ワークWの形状(加工前の形状)も特に限定されるものではない。例えば、円柱状や直方体状等の様々な形状を持つワークWに本発明は広く適用可能である。ワークWの材質もシリコン等に限定されるものではない。切断用ワイヤは固定砥粒ワイヤに限らないが、ワークWがサファイアや炭化ケイ素(SiC)等の難削材の場合には固定砥粒ワイヤを用いるのが好ましい。 The shape of the workpiece W (the shape before processing) is not particularly limited. For example, the present invention can be widely applied to a workpiece W having various shapes such as a columnar shape and a rectangular parallelepiped shape. The material of the workpiece W is not limited to silicon or the like. The cutting wire is not limited to a fixed abrasive wire, but when the workpiece W is a difficult-to-cut material such as sapphire or silicon carbide (SiC), it is preferable to use a fixed abrasive wire.
変位制御手段8a及び揺動制御手段8bは、同時に行う必要はない。それぞれ単独で行ってもよい。実施形態のように、ワイヤソー装置1は、変位制御手段8a、揺動制御手段8bの双方を有していてもよいし、変位制御手段8aのみ、あるいは揺動制御手段8bのみを有していてもよい。 The displacement control means 8a and the swing control means 8b need not be performed simultaneously. Each may be performed alone. As in the embodiment, the wire saw device 1 may have both the displacement control means 8a and the swing control means 8b, or only the displacement control means 8a or only the swing control means 8b. Also good.
本発明のワイヤソー装置及び切断加工方法は、シリコンインゴット等の切断に好適である。 The wire saw device and the cutting method of the present invention are suitable for cutting a silicon ingot or the like.
1 ワイヤソー装置
2 ワイヤガイド
3 切断用ワイヤ
4 ワイヤガイド支持部
6 ワイヤ供給装置
7 ワイヤ巻取装置
8 制御装置
8a 変位制御プログラム
8b 揺動制御プログラム
10 側壁プレート
11 張力保持機構
50 ワーク保持部
61 供給側ボビン
71 巻取側ボビン
P プーリ
W ワーク
A1 揺動軸
A2 回転軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wire saw apparatus 2
Claims (7)
前記被加工物が押し付けられる方向に対して略垂直な基準位置から所定の角度の範囲で揺動軸を中心に揺動するワイヤガイド支持部と、
前記ワイヤガイド支持部に配置され、各々が互いに離れて前記揺動軸と平行な回転軸を中心に回転する一対のワイヤガイドと、
一対の前記ワイヤガイドの周囲に中間部分が螺旋状に巻き付けられる1本の前記切断用ワイヤと、
前記切断用ワイヤの一方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ供給装置と、
前記切断用ワイヤの他方の端部側の巻き出し及び巻き取りが可能なワイヤ巻取装置と、
前記被加工物を支持し、変位して当該被加工物を前記切断用ワイヤに押し付けるワーク保持部と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置が、
前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の絶対値が増加するに従って次第に減少し、当該揺動角度の絶対値が減少するに従って次第に増加するように、前記ワーク保持部の変位速度を制御する変位制御手段、
前記ワイヤガイド支持部の揺動角度の絶対値が増加するに従って次第に減少し、当該揺動角度の絶対値が減少するに従って次第に増加するように、当該ワイヤガイド支持部の揺動速度を制御する揺動制御手段、
の少なくともいずれか一方を有しているワイヤソー装置。 A wire saw device for cutting a workpiece by pressing the workpiece against a cutting wire that swings while traveling,
And the wire guide supporting part swings about the swing axis in a range of a predetermined angle substantially perpendicular reference position with respect to the direction in which the object to be pressurized Engineering object is pressed,
A pair of wire guides disposed on the wire guide support portion, each of which is separated from each other and rotates about a rotation axis parallel to the swing axis;
One cutting wire in which an intermediate portion is spirally wound around a pair of the wire guides;
A wire supply device capable of unwinding and winding on one end side of the cutting wire;
A wire winding device capable of unwinding and winding on the other end side of the cutting wire;
A workpiece holding unit that supports the workpiece, displaces and presses the workpiece against the cutting wire;
A control device;
With
The control device is
Displacement control means for controlling the displacement speed of the workpiece holder so that the absolute value of the swing angle of the wire guide support portion gradually decreases as the absolute value of the swing angle increases and gradually increases as the absolute value of the swing angle decreases. ,
The swing for controlling the swing speed of the wire guide support portion is gradually decreased as the absolute value of the swing angle of the wire guide support portion is increased, and is gradually increased as the absolute value of the swing angle is decreased. Dynamic control means,
A wire saw device having at least one of the above.
前記変位制御手段は、前記揺動角度の絶対値が最大になる時に前記変位速度が0になるように制御するワイヤソー装置。 The wire saw device according to claim 1,
The displacement control means is a wire saw device that controls the displacement speed to be zero when the absolute value of the swing angle becomes maximum.
前記揺動角度の絶対値が所定の閾値に至るまでは前記変位速度は一定に保持され、前記変位制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるワイヤソー装置。 In the wire saw device according to claim 1 or 2,
The wire saw device in which the displacement speed is kept constant until the absolute value of the swing angle reaches a predetermined threshold, and the control of the displacement control means is executed in a range equal to or greater than the threshold.
前記揺動角度の絶対値における最大角度とその近傍の所定の角度の範囲で、前記変位速度は一定に保持されるワイヤソー装置。 In the wire saw device according to any one of claims 1 to 3,
A wire saw device in which the displacement speed is kept constant within a range of a maximum angle in the absolute value of the swing angle and a predetermined angle in the vicinity thereof.
前記揺動角度の絶対値が所定の閾値に至るまでは前記揺動速度は一定に保持され、前記揺動制御手段の制御が当該閾値以上の範囲で実行されるワイヤソー装置。 In the wire saw device according to any one of claims 1 to 4,
The wire saw device in which the rocking speed is kept constant until the absolute value of the rocking angle reaches a predetermined threshold value, and the control of the rocking control means is executed within the threshold value or more.
前記切断用ワイヤの揺動角度の絶対値が増加するに従って次第に減少し、当該揺動角度の絶対値が減少するに従って次第に増加するように、前記被加工物の変位速度を自動制御する変位制御工程を含む切断加工方法。 A cutting method for cutting a workpiece by pressing the workpiece against a cutting wire that swings while traveling,
A displacement control step of automatically controlling the displacement speed of the workpiece so that it gradually decreases as the absolute value of the swing angle of the cutting wire increases and gradually increases as the absolute value of the swing angle decreases. A cutting method including:
前記切断用ワイヤの揺動角度の絶対値が増加するに従って次第に減少し、当該揺動角度の絶対値が減少するに従って次第に増加するように、前記切断用ワイヤの揺動速度を自動制御する揺動制御工程を含む切断加工方法。 A cutting method for cutting a workpiece by pressing the workpiece against a cutting wire that swings while traveling,
Swing that automatically controls the rocking speed of the cutting wire so that it gradually decreases as the absolute value of the rocking angle of the cutting wire increases and gradually increases as the absolute value of the rocking angle decreases. A cutting method including a control process.
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