KR101428152B1 - 와이어쏘 절단 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수성 절단 유체를 절단 유체의 재순환 저장소로부터 와이어쏘에 적용하는 동안 워크피스를 와이어쏘로 절단하는 단계, 화학적 특성, 물리적 특성 또는 이들 둘 다를 모니터하는 단계, 및 워크피스를 절단하는 동안 절단 유체의 화학 조성을 조절하여 모니터된 특성을 유지하는 단계를 포함하는 와이어쏘 절단 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 방법을 수행하는 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 와이어쏘(wiresaw) 절단 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수성 절단 유체를 이용하고, 절단 공정 동안 절단 유체의 화학 조성을 조절함을 포함하는 와이어쏘 절단 공정에 관한 것이다.
와이어쏘 절단은 집적 회로 및 광전지(PV) 산업에서 사용하기 위한 잉곳(ingot)을 박형 웨이퍼로 슬라이싱하는 주요 방법이다. 또한, 이 방법은 다른 물질의 기판, 예컨대 사파이어, 탄화규소 또는 세라믹 기판을 웨이퍼화하는데 통상 사용된다. 와이어쏘는 전형적으로 미세 금속 와이어의 웹(web) 또는 와이어웹(wireweb)을 가지며, 여기서 개별 와이어는 약 0.15mm의 직경을 갖고, 일련의 스풀, 풀리 및 와이어 가이드를 통해 0.1 내지 1.0mm의 거리에서 서로 평행하게 배열된다. 슬라이싱 또는 절단은 워크피스(workpiece)(예컨대, 규소 잉곳)를 연마제 절단 유체가 적용된 이동 와이어와 접촉시킴으로써 달성된다.
통상적인 와이어쏘 연마제 슬러리는 전형적으로 1:1 중량 비율로 혼합하여 조합된 담체 및 연마제 입자를 포함한다. 담체는 윤활 및 냉각을 제공하는 액체, 예컨대 미네랄 오일, 등유, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜 또는 다른 폴리알킬렌 글리콜이다. 또한, 액체 담체는 연마제를 와이어에 보유함으로써 연마제는 워크피스와 접촉할 수 있다. 연마제는 전형적으로 경질 물질, 예컨대 탄화규소 입자이다.
상술한 바와 같이, 담체는 비수성 물질, 예컨대 미네랄 오일, 등유 또는 폴리(알킬렌 글리콜) 물질, 예컨대 폴리(에틸렌 글리콜) 또는 폴리(프로필렌 글리콜)일 수 있다. 그러나, 비수성 담체는 몇몇 단점을 가질 수 있다. 예를 들면, 비수성 담체는 콜로이드성 불안정성으로 인하여 제한된 보관-수명을 가질 수 있고, 또한 열등한 열 전달 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 수성 담체가 와이어쏘 절단 공정에 사용될 수 있지만, 이러한 담체는 마찬가지로 공지된 특정 단점을 갖는다. 예를 들면, 와이어쏘 절단 공정 동안 절단되는 물질의 일부가 제거된다. 커프(kerf)로 불리는 이러한 물질은 절단 유체 중에 점차적으로 축적된다. 규소 또는 다른 수 산화성 기판의 와이어쏘잉(wiresawing) 공정에서, 커프는 산소 또는 물에 의해 산화될 수 있다. 수성 절단 유체에서, 물에 의한 수 산화성 워크피스의 산화는 수소를 생성한다. 절단 유체 조성물 중 수소의 존재는 와이어 웹 상에서 절단 유체 분포를 붕괴시키고 와이어쏘의 절단 성능을 감소시킬 수 있다. 수소의 생성 및 가능한 축적은 또한 제조 환경에 위험할 수 있다.
수성 절단 유체는 다중 기능성 화학 성분, 예컨대 계면활성제, 소포제, 산화제, pH 완충제, 증점제 등을 함유할 수 있고, 이들은 워크피스의 절단 동안 발생할 수 있는 조건(예컨대, 전단, 마찰열 등)으로 인해 열화될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 성분은 절단 작동 동안 생성된 커프로 흡착될 수 있고, 특정 중합체성 물질이 절단 와이어와 워크피스 사이의 계면에서 생기는 전단, 워크피스(예컨대, 규소 잉곳)와 절단 유체의 성분 간의 산화환원 반응 등에 기인하여 저분자량 형태로 파괴될 수 있다. 시간에 따라 발생하는 절단 유체의 화학적 변화는 워크피스의 절단 동안 절단 유체의 비균일한 물리적 특성을 초래할 수 있다. 이는 절단 공정의 효율을 감소시키거나, 절단 와이어의 고장 등을 초래할 수 있다.
절단 유체의 화학적 조성 및 물리적 특성(예컨대, 점도, pH, 포말(foam) 수준 등)이 절단 공정 동안 비교적 일정하게 유지되는 것이 바람직할 수 있다. 이는 수성 절단 유체를 사용하는 경우 상술한 바와 같은 분해 및 불안정성 문제로 인하여 문제가 될 수 있다. 따라서, 절단 작동 동안 수성 절단 유체의 화학 조성 및/또는 특성의 보전을 유지하는 방법에 대한 요구가 계속되고 있다. 본 발명은 이러한 요구를 만족한다.
본 발명은 수성 절단 유체를 절단 유체의 재순환 저장소로부터 와이어쏘에 적용하는 동안 워크피스를 와이어쏘로 절단하는 단계, 및 워크피스를 절단하는 동안 절단 유체의 화학 조성을 조절하는 단계를 포함하는 와이어쏘 절단 방법을 제공한다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명은 수성 절단 유체를 사용하는 와이어쏘 절단 방법을 제공한다. 이 방법은 수성 절단 유체를 절단 유체의 재순환 저장소로부터 와이어쏘에 적용하는 동안 워크피스를 와이어쏘로 절단하는 단계, 워크피스를 절단하는 동안 절단 유체의 화학적 및/또는 물리적 특성을 모니터하는 단계, 및 절단 유체의 화학 조성을 조절하여 소정 한계 또는 사양 범위 내에서 모니터된 화학적 및/또는 물리적 특성을 유지하는 단계를 포함한다.
다른 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 워크피스를 보유하도록 개조된 탑재 및 지지 헤드를 갖는 와이어쏘 절단 장치를 제공한다. 와이어쏘는 워크피스가 작동시 와이어쏘와의 접촉을 유발할 수 있도록 탑재 및 지지 헤드에 대해 배치된다. 상기 장치는 와이어쏘 절단 유체를 재순환 절단 유체 분배 시스템으로부터 와이어쏘에 적용하는 적용 영역을 갖는다. 이 적용 영역은 절단 유체를 와이어쏘에 전달하도록 배치되고 개조된다. 재순환 절단 유체 분배 시스템은 절단 유체 유동 경로를 한정한다. 상기 장치는 절단 유체가 와이어쏘 및 탑재된 워크피스 밖으로 향하고 재순환 절단 유체 분배 시스템으로 다시 향하도록 개조된 와이어쏘 절단 유체 출구 영역을 갖는다. 또한, 재순환 분배 시스템은 절단 유체의 하나 이상의 화학적 및/또는 물리적 특성을 모니터하기 위해 절단 공정 동안 절단 유체의 샘플을 수득하기 위한 샘플링 라인, 또는 절단 유체의 하나 이상의 화학적 및/또는 물리적 특성을 모니터하도록 개조된 센서, 또는 샘플링 라인 또는 센서를 갖는다. 또한, 상기 장치는 모니터에 응답하여 화학 물질이 재순환 절단 유체로 도입되어 절단 유체의 화학 조성을 조절하여 소정 한계 내에서 모니터된 특성의 수준을 유지하거나 회복시키도록 개조된 화학 첨가제 공급 라인을 갖는다.
도 1은 본 발명의 방법을 수행하는데 유용한 와이어쏘 절단 장치를 개략적으로 예시한다.
본 발명은 수성 절단 유체를 절단 유체의 재순환 저장소로부터 와이어쏘에 적용하는 동안 워크피스를 와이어쏘로 절단하는 단계, 및 워크피스를 절단하는 동안 절단 유체의 화학 조성을 조절하는 단계를 포함하는 와이어쏘 절단 방법을 제공한다. 바람직하게는, 상기 방법은 또한 워크피스를 절단하는 동안 절단 유체의 화학적 및/또는 물리적 특성을 모니터하는 단계, 및 절단 유체의 화학 조성을 조절하여 소정 한계 또는 사양 범위 내에서 모니터된 화학적 및/또는 물리적 특성의 수준을 유지하거나 회복시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 방법에서, 화학 조성의 조절 단계는 재순환 절단 유체에, 워크피스의 절단 동안 열화되거나 다르게는 조성물로부터 고갈된 절단 유체의 하나 이상의 화학 성분의 보충 양을 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 다르게는, 화학 조성의 조절 단계는 소정 한계 내에서 절단 유체의 하나 이상의 화학적 및/또는 물리적 특성을 유지하거나, 유체의 하나 이상의 특성을 소정 한계 내로 다시 회복시키는 화학 물질을 절단 유체에 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 첨가되는 화학 성분의 양은, 소정 한계 내에서 모니터된 특성의 수준을 유지하기 위해, 절단 유체의 모니터를 통한 표시(예컨대, 성분의 농도 또는 다른 특성의 모니터, 및/또는 유체의 벌크 물리적 또는 화학적 특성, 예컨대 점도, 전도성, 입자 크기, 표면 장력, 포말 수준, 밀도 또는 pH의 모니터)를 기준으로 선택된다.
본 발명의 방법에서 절단 유체에 첨가되는 선택된 화학 성분 또는 물질은 그의 존재, 농도 또는 보전이 절단 공정의 효율 또는 효능에 영향을 미칠 수 있는 임의의 화학 물질일 수 있다. 이러한 화학 물질로는 계면활성제(예컨대, 소수성 계면활성제)가 포함되며, 이는 예컨대 와이어의 윤활을 개선시키거나, 와이어 또는 워크피스의 표면으로의 다른 화학 성분의 접근을 개선시키거나, 또는 워크피스에 의한 물의 환원(예컨대, 규소와 물과의 반응)으로부터 발생하는 수소 방출을 조절하기 위해 존재할 수 있다. 첨가될 수 있는 다른 화학 성분으로는 산화제(예컨대, 수소 생성 조절을 위한 것); 과도한 포말이 절단 공정을 방해하지 못하도록 하는 소포제; 경우에 따라, 절단 와이어 및/또는 워크피스의 과도한 부식을 방지하기 위한 부식 억제제; 적합한 수준에서 절단 유체의 점도를 유지하기 위한 증점제; 절단 와이어 상에서 절단 유체가 건조되는 것을 방지하는 건조 방지제; 연마제; 산; 염기 등이 포함된다.
계면활성제는 물과 워크피스의 반응에 기인한 수소 생성을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 이러한 계면활성제는 18 이하의 친수성-친유성 균형(HLB) 값을 갖는 비교적 소수성인 비이온성 계면활성제이지만, 계면활성제는 당해 분야에 공지된 임의의 다른 목적을 위해 존재할 수 있고, 이는 비이온성 계면활성제 외에도 음이온성, 양쪽성 및 양이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 계면활성제가 13 미만의 HLB를 갖는 것이 보다 바람직하다. 계면활성제 수준은 분광 또는 임의의 다른 적합한 분석 방법에 의해 직접적으로 모니터될 수 있거나, 절단 유체의 화학적 또는 물리적 특성(예컨대, 접촉 각 측정, 수소 생성 속도 등)에 기초하여 간접적으로 모니터될 수 있다.
산화제는 직접 화학 또는 분광 방법에 의해 모니터될 수 있거나, 산화 수준과 관련된 유체의 물리적 또는 화학적 특성(예컨대, 수소 생성 또는 전기화학 전위 측정)을 모니터함으로써 간접적으로 모니터될 수 있다.
불용성 오일, 폴리(다이메틸실록산) 물질, 유기규소 물질 및 다른 실리콘, 지방 알콜 알콕실레이트, 특정 알콜, 스테아레이트 및 글리콜을 비롯한 소포제가 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 와이어쏘 절단 공정 동안 생성된 포말은 연마제가 와이어 및 워크피스와 적절하게 접촉하는 것을 방지할 수 있으며, 다르게는 포말은 조성물의 자유 유동을 방해할 수 있다. 소포제는 와이어쏘 절단 공정 동안 생성된 포말의 양을 감소시키기 위해 첨가될 수 있다.
폴리카복실레이트, 폴리(에틸렌 글리콜) 물질 및 셀룰로오스 화합물, 예컨대 하이드록시프로필셀룰로오스 또는 하이드록시에틸셀룰로오스를 비롯한 증점제가 본 발명의 조성물에 사용될 수 있다. 증점제는 조성물의 점도를 증가시키고 수소 생성을 감소시키기 위해 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 증점제는 비이온성 중합체이고, 바람직하게는 20,000 달톤(Da) 초과, 보다 바람직하게는 50,000 Da 이상, 예컨대 50,000 내지 150,000 Da의 중량 평균 분자량을 갖는다. 적합한 비이온성 중합체 증점제로는 셀룰로오스 화합물, 예컨대 하이드록시에틸셀룰로오스, 폴리옥시알킬렌 화합물, 예컨대 폴리(에틸렌 글리콜) 화합물, 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 공중합체 등이 포함된다.
필요한 경우, 부식 억제제가 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다. 통상적으로 사용되는 부식 억제제의 예로는 포스페이트, 카복실레이트 중합체, 아미노 화합물 등이 포함된다. 예를 들면, 부식 억제제는 와이어 및 절단 쏘의 다른 부품의 부식을 감소시키기 위해 첨가될 수 있다.
예를 들면 글리세린, 글리콜 유도체, 예컨대 다이(에틸렌 글리콜) 및 다가 알콜, 예컨대 1,6-헥산다이올 및 펜타에리트리톨을 비롯한 건조 방지제가 본 발명의 조성물에 포함될 수 있다. 건조 방지제는 절단 공정 동안 절단 기구 상에 풀리 및 이동 부품이 적절하게 윤활된 채로 있음을 보장하기 위해 첨가될 수 있다.
연마제가 본 발명의 조성물에 포함되어 절단 공정에서 도움이 될 수 있다. 적합한 연마제의 예로는 탄화규소, 질화붕소, 탄화붕소 및 다이아몬드가 포함된다.
바람직하게는, 조성물의 다양한 기능성 성분이 수용액 또는 수성 현탁액으로서 조성물에 첨가된다.
산이 본 발명의 조성물에 첨가되어 조성물의 pH를 조절할 수 있다. 적합한 산으로는 무기 산, 예컨대 염산, 황산, 인산 및 질산이 포함된다. 또한, 카복실산, 예컨대 아세트산, 시트르산 및 석신산, 유기포스폰산 및 유기설폰산을 비롯한 유기 산이 사용될 수 있다.
염기가 본 발명의 조성물에 첨가되어 조성물의 pH를 조절할 수 있다. 적합한 염기로는 금속 수산화물 화합물, 예컨대 수산화나트륨 및 수산화칼륨, 금속 산화물, 예컨대 산화마그네슘 및 산화칼슘, 아민, 카복실산 염, 예컨대 아세트산나트륨 등이 포함된다.
점도를 모니터하여 조성물이 와이어쏘 및 워크피스 주변을 자유롭게 유동하면서 동시에 절단 와이어에 연마제를 적절하게 유지함을 보장할 수 있다. 조성물의 점도는 연장된 와이어쏘 절단 후에 변할 수 있고, 이러한 점도의 변화는 첨가제가 조성물에 첨가되어 점도를 증가, 감소 또는 유지시키지 않는 한 와이어 절단 공정의 성능을 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 절단 유체의 점도는 절단 공정 동안 실질적으로 유지된다.
또한, pH를 모니터하여 절단 유체가 워크피스가 절단되는 적절한 pH 범위 내에 있음을 보장하거나, 바람직하지 않은 부반응, 예컨대 수소 생성을 방지할 수 있다. 절단 유체가 바람직하지 않은 염기성인 것으로 밝혀진다면, 산이 재순환 절단 유체에 첨가되어 pH를 바람직한 범위로 돌릴 수 있다. 유사하게, 절단 유체의 pH가 너무 산성인 것으로 밝혀진다면, 염기가 유체에 첨가될 수 있다.
유체의 밀도 또는 비중을 모니터하여, 예컨대 유체가 적절한 농도 범위에 있는지 여부와 물이 조성물 중 첨가제 농도를 감소시키기 위해 첨가되어야 하는지 여부를 결정할 수 있다.
절단 유체의 고체 퍼센트를 모니터하여 연마제가 적절한 농도로 존재하는지 여부를 결정할 수 있다. 다르게는, 유체의 액체 상의 고체 수준을 모니터하여 수성 담체 중 용해된 물질의 수준이 적절한 사양 범위 내인지 여부를 결정할 수 있다.
절단 유체의 포말 높이를 모니터하여 와이어쏘 절단 공정 동안 발생되는 흡착의 결과로서 소포제 성분의 수준이 감소한지를 결정할 수 있다.
와이어 장력을 모니터하여 장력이 와이어 마모 및 파단을 감소시키기에 적절한 사양 범위 내에 있음을 보장할 수 있다.
절단 유체 온도를 모니터하여 와이어쏘 절단 공정으로부터 생성된 마찰열이 적절한 사양 초과로 조성물의 온도를 상승시키지 않음을 보장할 수 있다.
수소 생성을 모니터하여 과량의 수소가 절단 공정 동안 생성되는지 여부를 결정할 수 있다. 수소 억제 물질, 예컨대 산, 소수성 계면활성제 또는 산화제가 모니터에 응답하여 절단 유체에 첨가되어 과량의 수소 생성을 억제할 수 있다.
화학 조성을 조절하기 위해 절단 유체에 첨가되는 화학 물질은 모니터에 응답하여 수동으로 첨가될 수 있거나, 모니터링 장치로부터 피드백 신호를 통해 펌프 또는 다른 디스펜서(dispenser)에 의해 자동적으로 첨가될 수 있다. 몇몇 실시양태에서, 화학 물질은 절단 공정 동안 조성물 중 화학 물질을 직접 모니터하지 않고, 예정된 기준에 따라 첨가된다. 이는 전형적으로 사전 경험 또는 실험에 의해 화학 물질이 절단 공정 동안 정해진 일정으로 연속적으로 또는 배치식으로 첨가될 필요성을 입증할 경우, 및/또는 화학 농도의 모니터가 어렵거나 불편할 수 있는 경우 수행된다. 예를 들면, 화학 물질은 절단 유체의 화학적 및/또는 물리적 특성(예컨대, 점도, 수소 생성 속도 등)이 절단 공정 동안 예측가능한 방식으로 바람직하지 않게 변화되는지가 결정되었을 경우 화학 물질의 모니터없이 절단 유체에 연속적으로 또는 규칙적으로 첨가될 수 있고, 선택된 화학 물질의 규칙적 또는 연속적 첨가는 관심있는 절단 유체 특성의 바람직하지 않은 변화를 중화한다.
또한, 본 발명은 와이어쏘 절단 장치를 제공한다. 상기 장치는 워크피스를 보유하도록 개조된 탑재 및 지지 헤드, 워크피스가 작동시 와이어쏘와의 접촉을 유발할 수 있도록 탑재 및 지지 헤드에 대해 배치된 와이어쏘, 절단 유체를 재순환 절단 유체 분배 시스템으로부터 와이어쏘에 적용하도록 배치되고 개조된 적용 영역, 및 절단 유체가 와이어쏘 및 탑재된 워크피스 밖으로 향하고 절단 유체 유동 경로로 다시 향하도록 개조된 와이어쏘 절단 유체 출구 영역을 포함한다. 재순환 절단 유체 분배 시스템은 절단 유체 유동 경로를 한정하고, 절단 유체의 특성을 모니터하거나 모니터용 유체를 샘플링하기 위한 모니터링 탐침 또는 샘플러 장치를 포함한다. 또한, 상기 장치는 모니터에 응답하여 재순환 절단 유체에 화학 물질을 첨가하기 위한 화학 공급 라인을 포함한다.
와이어쏘 절단 장치가 작동하는 경우, 재순환 절단 유체 분배 시스템은 도 1에서 화살촉으로 나타낸 방향으로 절단 유체의 유동을 포함한다. 와이어쏘의 개략도 상의 화살촉은 와이어쏘의 이동을 가리킨다. 와이어쏘의 이동 방향은 와이어쏘의 작동 동안 역전될 수 있다. 절단 유체의 유동 방향은 전형적으로 와이어쏘의 작동 동안 역전되지 않는다.
재순환 절단 유체 분배 시스템에서 유속은 전형적으로 2000Kg/hr 내지 8000Kg/hr(예컨대, 3000Kg/hr 내지 6000Kg/hr)이다. 특정 실시양태에 따라, 자성 분리기를 통한 유속은 재순환 절단 유체 분배 시스템 유속의 0% 이상(예컨대, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 100% 이상, 200% 이상, 300% 이상, 400% 이상, 또는 500% 이상)일 수 있다. 특정 실시양태에 따라, 자성 분리기를 통한 유속은 전형적으로 재순환 절단 유체 분배 시스템 유속의 1000% 이하(예컨대, 900% 이하, 800% 이하, 700% 이하, 600% 이하, 500% 이하, 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하 또는 50% 이하)이다.
또한, 재순한 절단 유체 분배 시스템은 수집기를 포함할 수 있다. 수집기는 전형적으로 재순환 절단 유체 분배 시스템 내에서 절단 유체를 워크피스로부터 다시 순환으로 운반하는 표면이다. 예를 들면, 수집기는 와이어쏘로부터 유동하거나 적하되는 절단 유체를 수집하도록 배치된 개방 상단을 포함하고, 절단 유체를 밖으로 유동하도록 하는 출구 또는 배수로를 갖는 용기일 수 있다. 출구는 바닥 또는 측면에 위치할 수 있거나, 또는 수집기의 상단으로부터 수집된 절단 유체로 침지된 튜브 또는 사이펀을 포함할 수 있다. 수집기는 여러 가지 다양한 방식으로 형상화될 수 있다. 예를 들면, 수집기는 깔때기-형태, 콘-형태, 피라미드형 또는 반구형 껍질일 수 있다. 또한, 수집기는 재순환 절단 유체 분배 시스템 내에서 절단 유체가 절단 유체 탱크를 향하도록 기울여진 하나 이상의 표면일 수 있다.
재순환 절단 유체 분배 시스템은 절단 유체 탱크 및 필요한 경우 하나 이상의 펌프를 포함할 수 있다. 절단 유체 탱크는 절단 유체용 저장소를 제공하고, 전형적으로 펌프의 상류에 위치한다. 절단 유체 탱크는 전형적으로 장비의 작동 동안 또는 장비가 공회전 하는 동안 절단 유체의 고체 성분이 침전되는 것을 방지하도록 돕는 교반기를 갖는다.
재순환 절단 유체 분배 시스템은 열 교환기를 포함할 수 있다. 열 교환기는 재순환 절단 유체 분배 시스템에서 임의의 위치에 위치할 수 있다. 또한, 열 교환기는 절단 유체 탱크, 수집기, 펌프 등과 같은 성분 내에, 둘레에, 또는 성분과 함께 통합되어 있을 수 있다. 전형적인 형상은 열 교환기가 별도의 펌프를 비롯한 별도의 재순환 시스템(여기에서 별도의 재순환 시스템은 절단 유체를 절단 유체 탱크 내에서 교환한다)으로서 위치하는 것이다. 열 교환기를 사용하여 절단 유체를 냉각하거나 가열할 수 있다. 예를 들면, 절단 유체를 가열하는 것은 와이어쏘 장치를 적절히 작동하기에 점도가 너무 높은 경우 절단 유체의 점도를 저하시키는데 사용될 수 있다. 다르게는, 예를 들면 절단 유체를 냉각하는 것은 와이어쏘 장치를 적절히 작동하기에 점도가 너무 낮은 경우 절단 유체의 점도를 상승시키는데 사용될 수 있다. 또한, 절단 유체의 온도는 절단 유체 성분들의 분해 속도에 영향을 미칠 수 있다.
재순환 절단 유체 분배 시스템은 하나 이상의 수집기, 하나 이상의 절단 유체 탱크, 하나 이상의 펌프 및 하나 이상의 열 교환기, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 재순환 절단 유체 분배 시스템은 다양한 성분들 사이로 절단 유체를 운반하기 위한 배관을 추가로 포함할 수 있다. 배관으로는 전형적으로 유동을 하나의 치수로 구속하는 구조, 예컨대 튜브 또는 파이프가 포함된다. 중력이 절단 유체로 하여금 재순환 절단 유체 분배 시스템을 통해 유동하도록 허용하는 경우, 배관은 골과 같은 보다 개방된 구조를 포함할 수 있다. 배관은 심지어 재순환 절단 유체 분배 시스템의 다른 성분, 예컨대 절단 유체 탱크로 절단 유체를 쏟아내는 튜브 내의 개구를 포함할 수 있다. 다르게는, 예를 들면 배관은 유동이 수평인 경우 재순환 절단 유체 분배 시스템의 일부 내의 골로 이루어질 수 있다.
본 발명의 와이어쏘 장치가 작동되는 경우, 탑재 및 지지 헤드에 고정된 워크피스는 이동 와이어쏘에 대해 가압되면서, 절단 유체는 와이어쏘에 공급된다. 와이어쏘는 둘 이상의 와이어 가이드 롤러를 갖고, 이는 와이어가 1회 이상 가이드되는 둘레에서 및 서로 평행하게 배열되는 축을 갖는다. 전형적으로, 와이어쏘는 3개의 와이어 가이드 롤러를 갖고, 와이어는 와이어웹을 생성하는 와이어 가이드 둘레에 다중 가이드된다. 3개 초과의 와이어 가이드를 갖는 형상이 본 발명의 방법에 사용될 수 있다. 와이어쏘는 와이어의 마디가 종 방향으로 이동하게 하는 와이어 가이드 롤러의 회전에 의해 이동한다. 이동 방향은 작동 동안 변하거나 일정한 방향일 수 있다. 예를 들면, 방향은 절단 공정 동안 한 방향으로부터 다음 방향으로 변동할 수 있다.
본 발명의 와이어쏘에 사용되는 와이어는 당해 분야에 공지된 바와 같은 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 전형적으로, 와이어는 0.01mm 이상(예컨대, 0.05mm 이상, 0.1mm 이상 또는 0.15mm 이상)의 두께를 갖는다. 전형적으로, 와이어는 0.5mm 이하(예컨대, 0.4mm 이하, 0.3mm 이하, 0.25mm 이하 또는 0.2mm 이하)의 두께를 갖는다. 전형적으로, 와이어는 경강(hard drawn steel)으로 제조된다. 다르게는, 와이어는 Fe, Ni, Cr, Mo 및/또는 W를 함유하는 합금과 같은 하나 이상의 합금으로 제조될 수 있다. 절단 작동 동안 와이어는 소모되기 때문에, 마모 물질은 재순환 절단 유체 분배 시스템에서 절단 유체와 함께 재순환되어 절단 유체를 오염시킨다.
도 1은 본 발명의 방법에 유용한 장치의 실시양태를 나타낸다. 재순환 절단 유체 분배 시스템(100)은 절단 유체 유동 경로를 한정한다. 재순환 절단 유체 분배 시스템(100)은 적용 영역(105)에서 이동 와이어쏘(106)에 연마제 절단 유체를 적용하고, 그 동안 탑재 및 지지 헤드(102)에 의해 보유된 워크피스(104)는 절단된다. 절단 유체는 와이어쏘(106) 및 워크피스(104) 밖으로 유동하고, 다시 와이어쏘 절단 유체 출구 영역(107)에서 재순환 절단 유체 분배 시스템으로 유동한다. 또한, 재순환 절단 유체 분배 시스템(100)은 와이어쏘 절단 유체 출구 영역(107)으로부터 유래된 사용된 절단 유체를 수집하도록 배치된 수집기(108)를 포함한다. 수집기 출구(109)에서 절단 유체는 수집기(108)를 빠져나오고, 탱크 입구(115)에서 절단 유체 탱크(116)로 유동한다. 절단 유체는 탱크 출구(117)를 통해 탱크(116) 밖으로 유동하고, 펌프 입구(111)를 통해 절단 유체 펌프(112)로 유동한다. 그 후, 절단 유체는 펌프 출구(113)를 통해 절단 유체 펌프(112) 밖으로 유동한다.
절단 유체의 전부 또는 일부는 필요한 경우 냉각 루프(126)로 우회하여 목적하는 온도 범위 내에서 와이어쏘에 적용되는 절단 유체의 온도를 유지할 수 있다. 절단 유체는 냉각 루프 펌프(128)를 통해 냉각 루프(126)로 우회하여 열 교환기(130)로 간다. 절단 유체는 열 교환기(130) 밖으로 유동하고 분배 시스템(100) 내에서 다시 순환으로 유동한다. 필요한 경우, 샘플링/모니터링 라인(132)이 냉각 루프(126)를 가로지름으로써 절단 유체 특성의 다른 자리(ex situ) 모니터 및/또는 절단 유체 특성의 같은 자리(in situ) 모니터를 위해 절단 유체의 샘플을 수득할 수 있다. 냉각 루프(126)로 우회되지 않은 절단 유체는 와이어쏘(106) 및 워크피스(104)로 직접적으로 유동한다. 필요한 경우, 모니터링 탐침(120)이 절단 유체 유동 경로 내 어느 곳에든 배치되어 절단 작동 동안 절단 유체의 화학적 및/또는 물리적 특성이 모니터될 수 있다. 탐침(120)은 필요한 경우 절단 유체 탱크(116) 내에 편리하게 배치될 수 있다. 공급 라인(122)은 절단 유체 유동 경로 내 어느 곳에든 배치되어 모니터에 응답하여 절단 유체에 화학 물질이 첨가될 수 있다. 예를 들면, 공급 라인(122)은 필요한 경우 탱크(116) 내에 배치될 수 있다. 화학적 공급 펌프(110)는 공급 라인(122)에 부착될 수 있고, 화학적 공급 탱크(124)로부터 본 발명에 따른 조성물로 화학 물질을 첨가하는데 사용될 수 있다.
하기 비제한적인 실시예는 본 발명의 특정 양태를 더욱 잘 설명하기 위해 제공된다.
실시예 1
125mm×125mm×45mm 치수를 갖는 다결정질 규소 잉곳을 마이어-버거(Myer-Burger) 261 와이어쏘로 절단하였다. 탄화규소 50%, 물 42%, 증점제 2%, 건조 방지제 6%, 롬 앤 하스 컴파니(Rohm and Hass Company)로부터 카톤(KATHON, 등록상표명)으로서 시판되는 살생물성 방부제 20ppm, 및 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스 인코포레이티드(Air Products and Chemicals, Inc.)로부터 입수가능한 소포제 계면활성제인 서핀올(SURFYNOL, 등록상표명) 420 0.25%(이때, 모든 %는 중량 기준이다)를 함유하는 절단 유체를 사용하여 절단 공정을 수행하였다.
절단 동안, 포말 수준을 시각적으로 모니터하여 슬러리 상단의 거품의 단층 이하로 상기 수준을 유지시켰다. 잉곳의 45mm를 와이어쏘로 절단시, 절단 용액 중 포말의 양은 허용불가한 수준으로 증가한 것으로 관찰되었다. 이러한 관찰을 기준으로, 추가량의 서핀올(등록상표명) 420 소포제 계면활성제를 절단 유체에 첨가하여 공칭 농도를 0.5중량% 이하로 만들었다. 추가의 계면활성제를 첨가하자 마자, 포말은 없어졌고, 와이어쏘의 성능은 허용가능한 수준으로 복귀하였다.
Claims (15)
- 수성 절단 유체를 절단 유체의 재순환 저장소로부터 와이어쏘에 적용하는 동안 워크피스를 와이어쏘로 절단하는 단계,
워크피스를 절단하는 동안 절단 유체의 화학적 특성, 물리적 특성 또는 둘 다를 모니터하는 단계, 및
소수성 계면활성제, 산화제, 소포제, 증점제, 부식 억제제, 건조 방지제, 산, 염기 및 이들의 혼합물로 이루어진 군 중에서 선택되는 절단 유체의 화학 물질 성분 하나 이상의 보충 양을 절단 유체에 첨가함으로써 절단 유체의 화학 조성을 조절하여 모니터된 특성의 수준을 유지하거나 회복시키는 단계
를 포함하는 와이어쏘 절단 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
첨가되는 화학 물질이 소포제이고, 상기 소포제가 실리콘을 포함하는, 와이어쏘 절단 방법. - 제 1 항에 있어서,
첨가되는 화학 물질이 소포제이고, 상기 소포제가 C8-C22 알콜을 포함하는, 와이어쏘 절단 방법. - 제 1 항에 있어서,
첨가되는 화학 물질이 증점제이고, 상기 증점제가 셀룰로오스 화합물을 포함하는, 와이어쏘 절단 방법. - 제 1 항에 있어서,
첨가되는 화학 물질이 증점제이고, 상기 증점제가 아크릴레이트 중합체를 포함하는, 와이어쏘 절단 방법. - 제 1 항에 있어서,
첨가되는 화학 물질이 부식 억제제이고, 상기 부식 억제제가 알킬 포스페이트 또는 아미노 화합물을 포함하는, 와이어쏘 절단 방법. - 제 1 항에 있어서,
첨가되는 화학 물질이 건조 방지제이고, 상기 건조 방지제가 알콜을 포함하는, 와이어쏘 절단 방법. - 제 1 항에 있어서,
첨가되는 화학 물질이 건조 방지제이고, 상기 건조 방지제가 염을 포함하는, 와이어쏘 절단 방법. - 제 1 항에 있어서,
모니터되는 특성이 점도, pH, 밀도, 포말 높이, 고체 퍼센트, 수소 생성, 절단 유체의 온도, 절단 유체의 화학 물질 성분 및 수성 담체의 광학 특성으로 이루어진 군 중에서 선택되는, 와이어쏘 절단 방법. - 워크피스를 보유하도록 개조된 탑재(mount) 및 지지 헤드,
워크피스가 작동시 와이어쏘와의 접촉을 유발할 수 있도록 탑재 및 지지 헤드에 대해 배치된 와이어쏘,
절단 유체를 와이어쏘에 전달하도록 배치되고 개조되며, 절단 유체 유동 경로를 한정하는 재순환 절단 유체 분배 시스템으로부터 와이어쏘 절단 유체를 와이어쏘에 적용하는 적용 영역,
절단 유체가 와이어쏘 및 탑재된 워크피스 밖으로 향하고 재순환 절단 유체 분배 시스템으로 다시 향하도록 개조된 와이어쏘 절단 유체 출구 영역,
절단 유체의 하나 이상의 화학적 특성, 물리적 특성 또는 둘 다를 모니터하기 위해 절단 공정 동안 절단 유체의 샘플을 수득하기 위한 샘플링 라인, 또는 절단 유체의 하나 이상의 화학적 특성, 물리적 특성 또는 둘 다를 모니터하도록 개조된 센서, 또는 샘플링 라인 및 센서를 포함하는 재순환 분배 시스템, 및
모니터에 응답하여 화학 물질을 재순환 절단 유체로 도입하는 것에 의해 절단 유체의 화학 조성을 조절함으로써 모니터된 특성의 수준을 유지하거나 회복시키도록 개조된 화학 첨가제 공급 라인
을 포함하는 와이어쏘 절단 장치. - 제 13 항에 있어서,
모니터된 특성이 점도, pH, 밀도, 포말 높이, 고체 퍼센트, 수소 생성, 절단 유체의 온도, 절단 유체의 화학 물질 성분 및 수성 담체의 광학 특성으로 이루어진 군 중에서 선택되는, 와이어쏘 절단 장치. - 제 13 항에 있어서,
재순환 절단 유체로 도입되는 화학 물질이 소수성 계면활성제, 산화제, 소포제, 증점제, 부식 억제제, 건조 방지제, 산 및 염기로 이루어진 군 중에서 선택되는, 와이어쏘 절단 장치.
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