JP6562216B2

JP6562216B2 - ワイヤソー装置

Info

Publication number: JP6562216B2
Application number: JP2016048909A
Authority: JP
Inventors: 信平阿部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2036-03-11
Also published as: JP2017159435A

Description

本発明は、ワーク、例えば、半導体インゴット等の円柱状の脆性材料をワイヤにより切断して多数の円板を形成するワイヤソー装置に関するものである。

従来のワイヤソー装置では、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンと、ワイヤが巻回される複数の加工用ローラ及びワークを支持するワーク支持機構とが、同一の支持部材上に支持されているものがある。

しかしながら、従来のワイヤソー装置において、ボビンには、ワイヤが数１０ｋｍレベルで巻回されているために慣性が非常に大きく、各ボビンが回転駆動している際に振動が生じ、各ボビンがワイヤソー装置の振動源になる。このために、各ボビンの回転駆動時、各ボビンからの振動が、支持部材を介して各加工用ローラ及びワーク支持機構に直接伝達される。その結果、各加工用ローラ及びワーク支持機構の振動により、ワークを切断して設けた多数の円板の切断面の面精度が悪化、すなわちワイヤによる加工精度が悪化するようになり、改善する必要があった。

そこで、これを対策するために提案された従来技術として特許文献１には、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のリールを支持する装置基台と、ワイヤが巻回される複数の加工用ローラを支持すると共に、ワークを支持するワーク支持機構を各加工用ローラに向かって進退自在に支持するコラムと、を備えたワイヤソーが開示されている。

特開平１１−７７５３７号公報

しかしながら、特許文献１に係るワイヤソーでは、単に、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のリール（ボビン）を支持する装置基台と、ワイヤが巻回される複数の加工用ローラを支持すると共に、ワークを支持するワーク支持機構を各加工用ローラに向かって進退自在に支持するコラムとを備えているだけであって、各リールからの振動が、装置基台及びコラムを介して各加工用ローラ及びワーク支持機構に間接的に伝達されるために、ワイヤによる加工精度が悪化する、という問題を解消することはできない。

そして、本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、各ボビンから各加工用ローラ及びワーク支持機構へ伝達される振動を抑制して、ワイヤによる加工精度を向上させるワイヤソー装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、複数の加工用ローラに巻回されるワイヤによってワークを切削加工するワイヤソー装置であって、ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンを支持する支持台と、前記各加工用ローラを回転自在に支持すると共に、ワークを支持するワーク支持機構を前記各加工用ローラに向かって進退自在に支持する支持壁部と、を備え、前記支持壁部により、前記支持台上を、前記ボビンが配置される非加工エリアと、前記各加工用ローラ及び前記ワーク支持機構が配置される加工エリアと、に区画して、前記支持壁部の加工エリア側の面に前記ワーク支持機構が上下動自在に支持される共に、前記支持壁部の加工エリア側の面から前記各加工用ローラが前記加工エリアに向かって突出するように支持されており、前記支持壁部の共振周波数が前記支持台の共振周波数よりも大きくなるように、且つ前記支持台の共振周波数が前記各ボビンの回転駆動時の振動数よりも大きくなるように、前記支持壁部及び前記支持台を構成することを特徴とするものである。

請求項１の発明は、支持壁部の共振周波数が支持台の共振周波数よりも大きくなるように、且つ支持台の共振周波数が各ボビンの回転駆動時の振動数よりも大きくなるように、支持壁部及び支持台を構成する。その結果、各ボビンから支持壁部へ伝達される振動を抑制することができ、ひいては各加工用ローラ及びワーク支持機構の振動を抑制することができる。
これにより、ワイヤによりワークを切断して設けた円板の加工精度を向上させることができ、詳しくは円板の切断面の面精度を向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置の概略斜視図である。図２は、本ワイヤソー装置で、各加工用ローラにワイヤが巻回された状態を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係るワイヤソー装置１は、ワークＷ、例えば円柱状の半導体インゴットをワイヤ列により切断して多数のウエハを形成するものである。図１に示すように、本ワイヤソー装置１は、支持壁部１０により、ワークＷをワイヤ列によって切削加工を行う加工エリアＡ１と、一対のボビン３ａ、３ｂ及び一対の張力調整機構４ａ、４ｂが配置される非加工エリアＡ２とに区画されている。なお、図１では、ワイヤ５の図示は省略されている。

図１及び図２に示すように、加工エリアＡ１には、３個の加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃが配置されている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃは、支持壁部１０の加工エリアＡ１側の面１３ａから加工エリアＡ１に向かって突設され、支持壁部１０により回転自在に支持される。支持壁部１０は、略矩形状（加工エリアＡ１から見て）に形成される。該支持壁部１０には、その下端から非加工エリアＡ２側に延びる取付フランジ１０ａが形成される。該取付フランジ１０ａが支持台２に固定される。支持台２は、板状で平面視略矩形状に形成され、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃから下方の位置に大きな開口部２ａが形成されている。この開口部２ａからワークＷを切断して設けた多数の円板（図示略）を回収するようにしている。この支持台２は図示しない装置本体に固定される。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃは、それぞれの径方向中心を結んだ形状が三角形状を呈するように配置されている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃは、所定間隔を置いて互いに平行に配置されている。３個の加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃのうち２個の加工用ローラ７ａ、７ｂが水平方向に沿って互いに平行に配置されており、１個の加工用ローラ７ｃが２個の加工用ローラ７ａ、７ｂよりも下方で、各加工用ローラ７ａ、７ｂ間に配置されている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの先端は、支持部材９により回転自在に支持される。

各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの表面には、環状溝１２、１２が軸方向に沿って間隔を置いて複数形成されている。加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの各環状溝１２、１２に、１本の線材によりなるワイヤ５が連続的に螺旋状に巻き付けられている。各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの下方には、ワイヤ５の走行方向を案内する案内ローラ１１ａ、１１ｂがそれぞれ配置されている（図１では、他方のボビン３ｂ側に位置する案内ローラ１１ｂは示されていない）。案内ローラ１１ａ、１１ｂは、非加工エリアＡ２からのワイヤ５を各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃに、また各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃからのワイヤ５を非加工エリアＡ２に案内するものである。

加工エリアＡ１で、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの上方には、ワークＷを支持するワーク支持機構１５が、支持壁部１０の加工エリアＡ１側の面１３ａに沿って上下動自在に支持される。非加工エリアＡ２にワーク昇降用モータ（図示略）が配置されており、該ワーク昇降用モータが、支持壁部１０に沿って備えられたボールネジ機構等の回転直動機構１９に連結されている。ワーク支持機構１５は、ワークＷを支持する支持部１６と、該支持部１６と回転直動機構１９の直動部材２０とを連結するＬ字状の連結部材１７とを備えている。ワークＷは、ワーク支持機構１５により、その軸方向が加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃの軸方向と一致するように支持され、各加工用ローラ７ａ、７ｂ間の略中央に位置するように支持される。

そして、ワーク昇降用モータの駆動により、回転直動機構１９を介してワーク支持機構１５が支持壁部１０に沿って上下動して、その結果、ワークＷを、２個の加工用ローラ７ａ、７ｂの間に送ることが可能となる。また、２個の加工用ローラ７ａ、７ｂの近傍には、加工液供給ノズル（図示略）が複数配置されている。そして、切削加工時には、各加工液供給ノズルから、砥粒を含む加工液が噴射されて、その加工液が各加工用ローラ７ａ、７ｂ間のワイヤ列に絡むようになる。

一方、図１に示すように、非加工エリアＡ２には、一対のボビン３ａ、３ｂが配置される。一対のボビン３ａ、３ｂは支持台２に固定される。一対のボビン３ａ、３ｂは、ワイヤ５を繰り出すための一方のボビン３ａと、ワイヤ５を巻き取る他方のボビン３ｂとから構成される。両方のボビン３ａ、３ｂには、その回転方向及び回転速度を変更可能なサーボモータ２２ａ、２２ｂがそれぞれ一体的に連結されている。他方のボビン３ｂへのワイヤ５の巻き取り完了後は、その他方のボビン３ｂがワイヤ５の繰り出し側に換わり、一方のボビン３ｂがワイヤ５の巻き取り側に換わるように構成される。なお、ワイヤ５は走行しながら摩耗するために、一方のボビン３ａまたは他方のボビン３ｂから適宜新線が供給される。

また、非加工エリアＡ２には、一対のボビン３ａ、３ｂに対応するように一対の張力調整機構４ａ、４ｂが配置されている。該各張力調整機構４ａ、４ｂは、各ボビン３ａ、３ｂにそれぞれ近接して支持台２上に固定されている。該張力調整機構４ａ、４ｂは、例えば、ワイヤ５が巻回される複数のアイドラローラ２４、２４、２４を備え、ワイヤ５の張力を測定した後、アイドラローラ２４、２４、２４のいずれかが揺動することでワイヤ５の張力を適宜調整している。これにより、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃ間のワイヤ５に所定の張力が付与されるようになっており、所定の張力が付与されたワイヤ５が、一方または他方のボビン３ａ、３ｂに巻き付けられるようになっている。

また、支持壁部１０は、その共振周波数が支持台２の共振周波数より大きくなるように、その材質、板厚及び補強リブ１０ｂ等の構造が適宜決定される。また、支持台２は、その共振周波数が各ボビン３ａ、３ｂの回転駆動時の振動数よりも大きくなるように、その材質及び板厚等の構造が適宜決定される。
そこで、例えば、各ボビン３ａ、３ｂの使用回転数が１２００〜６０００ｒｐｍであると、その振動数が２０Ｈｚ〜１００Ｈｚとなる。そして、本実施形態では、支持台２は、主に、その材質をアルミ合金にて構成し、その板厚を適宜設定するなどして、その共振周波数が１５０Ｈｚ程度になるように構成される。一方、支持壁部１０は、主に、その材質をステンレスまたは炭素鋼にて構成し、その板厚を適宜設定して、さらに、非加工エリアＡ２側の面１３ｂに板状の補強リブ１０ｂを設けるなどして、その共振周波数が２００Ｈｚ程度になるように構成される。なお、支持壁部１０の補強リブ１０ｂは、非加工エリアＡ２側の面１３ｂの幅方向略中央部を上下方向に沿って延びている。また、補強リブ１０ｂには、複数の開口部１０ｃが形成されている。

以上説明した、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置１の作用を説明する。
各サーボモータ２２ａ、２２ｂを駆動させることで、一対のボビン３ａ、３ｂを回転させる。すると、一方のボビン３ａからワイヤ５が繰り出され、ワイヤ５は、概略、一方の張力調整機構４ａ、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃ及び他方の張力調整機構４ｂを高速走行して、他方のボビン３ｂに巻き取られる。なお、ワイヤ５は一方向に連続走行させてもよいし、往復走行しながら一方向に走行させるようにしてもよい。

そして、ワーク支持機構１５によりワークＷを把持して、ワーク昇降用モータを駆動させることにより、ワーク支持機構１５を各加工用ローラ７ａ、７ｂ間のワイヤ列に向かって移動させて、ワークＷをワイヤ列に押し当てることで、ワークＷを切断して薄い円板（ウエハ）を多数形成する。この時、各加工液供給ノズルから砥粒を含む加工液が噴射されて、その砥粒を含む加工液が各加工用ローラ７ａ、７ｂ間のワイヤ列に絡み、ワイヤ５によるワークＷの切断を促進する。

この切削加工時、各ボビン３ａ、３ｂからの振動は、支持台２を介して間接的に支持壁部１０に伝達される。しかしながら、支持壁部１０は、その共振周波数が支持台２の共振周波数より大きくなるように構成され、一方、支持台２は、その共振周波数が各ボビン３ａ、３ｂの回転駆動時の振動数よりも大きくなるように構成されるので、各ボビン３ａ、３ｂから支持壁部１０に伝達される振動を抑制することができ、ひいては、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃ及びワーク支持機構１５の振動を抑制することができる。

以上説明したように、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置１は、支持壁部１０の共振周波数が支持台２の共振周波数よりも大きくなるように、且つ支持台２の共振周波数が各ボビン３ａ、３ｂの回転駆動時の振動数よりも大きくなるように、支持壁部１０及び支持台２が構成される。その結果、切削加工時、各ボビン３ａ、３ｂから支持壁部１０に伝達される振動を抑制でき、ひいては、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃ及びワーク支持機構１５の振動を抑制することができる。
これにより、ワイヤ５によりワークＷを切断して設けた円板の加工精度を向上させることができ、詳しくはワイヤ５による円板の切断面の面精度を向上させることができる。

また、本発明の実施形態に係るワイヤソー装置１では、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃと、ワイヤ支持機構１５とは、支持壁部１０の加工エリアＡ１側の面１３ａに支持されるので、各加工用ローラ７ａ、７ｂ、７ｃ、及びワイヤ支持機構１５の相対的な位置精度を向上でき、その位置精度を維持し易い状態とすることができる。

１ワイヤソー装置，２支持台，３ａ、３ｂボビン，７ａ、７ｂ、７ｃ加工用ローラ，５ワイヤ，１０支持壁部，１０ｂ補強リブ，１５ワーク支持機構，１６支持部，１７連結部材，１９回転直動機構，Ｗワーク

Claims

複数の加工用ローラに巻回されるワイヤによってワークを切削加工するワイヤソー装置であって、
ワイヤを繰り出して、巻き取る一対のボビンを支持する支持台と、
前記各加工用ローラを回転自在に支持すると共に、ワークを支持するワーク支持機構を前記各加工用ローラに向かって進退自在に支持する支持壁部と、を備え、
前記支持壁部により、前記支持台上を、前記ボビンが配置される非加工エリアと、前記各加工用ローラ及び前記ワーク支持機構が配置される加工エリアと、に区画して、
前記支持壁部の加工エリア側の面に前記ワーク支持機構が上下動自在に支持される共に、前記支持壁部の加工エリア側の面から前記各加工用ローラが前記加工エリアに向かって突出するように支持されており、
前記支持壁部の共振周波数が前記支持台の共振周波数よりも大きくなるように、且つ前記支持台の共振周波数が前記各ボビンの回転駆動時の振動数よりも大きくなるように、前記支持壁部及び前記支持台を構成することを特徴とするワイヤソー装置。