KR20110001121U - 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리 - Google Patents

Abstract

본 고안은 태양전지나 반도체 분야에서 이용되는 웨이퍼를 실리콘 잉곳으로부터 잘라내는 와이어 쏘우 장치의 구성요소 중 와이어를 안내하는 가이드 풀리에 관한 것으로서, 반영구적으로 사용할 수 있고, 산업폐기물의 발생이 적극적으로 억제되며, 비용도 현저히 절감시킬 수 있는, 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리에 관한 것이다. 본 고안에 따른 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리는, 재생처리홈(110)이 원주방향을 따라 외주면에 오목하게 형성된 림(100)과; 림(100) 및 와이어 쏘우 장치에서 사용되는 와이어보다도 강도가 낮은 소재로 이루어지며, 림(100)의 재생처리홈(110)의 내부에 채워져 있는 형태로 결합된 가이드 링(200); 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리 {A guide pulley of a wire saw machine}

본 고안은, 태양전지(solar cell)나 반도체 분야에서 이용되는 웨이퍼를 실리콘 잉곳(silicon ingot)으로부터 잘라내는 와이어 쏘우 장치(wire-saw machine)의 가이드 풀리(guide pulley)에 관한 것이다.

더 구체적으로는, 우레탄(urethan) 소재의 종래 1회용 가이드 풀리와 달리, 가이드 풀리의 외주면(外周面)에 형성된 대략 단면(斷面) Ｖ자 형상의 안내홈이 와이어와의 마찰로 인해 마모되거나 무뎌져 제 기능을 수행할 수 없게 되었을 때, 안내홈 부분만 간단히 수리하여 재사용하거나, 안내홈 부분을 수리할 수 없을 때에는 안내홈이 형성된 가이드 링(guide ring)을 림(rim)으로부터 벗겨낸 다음 새 가이드 링이 그 자리를 채우도록 림에 대해 재생처리작업을 실시함으로써, 이러한 수리작업(repairing) 또는 재생처리작업(recycling)을 통해 반영구적으로 사용할 수 있고, 산업폐기물의 발생이 적극적으로 억제되며, 비용도 현저히 절감시킬 수 있도록 한, 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리에 관한 것이다.

태양전지 및 반도체용 실리콘 웨이퍼를 만들기 위해 실리콘 잉곳을 극히 얇은 두께로 슬라이스하는 와이어 쏘우 장치는 예전의 다이아몬드 절단기보다 절단손실이 적은 이점이 있다.

와이어 쏘우 장치의 종래예로서, 예컨대, 알이씨 스캔웨이퍼 에이에스의 공개특허 제10-2007-0020296호에는, 지름이 100-200㎛이고 길이가 최대 450㎞에 이르는 고장력 와이어가 감겨 있는 공급 릴과; 공급 릴에서 풀려나오는 고장력 와이어를 팽팽한 상태로 안내하는 다수의 가이드 풀리와; 고장력 와이어가 고속으로 통과할 수 있는 다수의 홈이 형성된 상태로, 2개가 쌍을 이루어 병렬로 설치되는 다수의 롤러 가이드와; 고장력 와이어를 되감는 수집 릴; 로 구성된 와이어 절단기가 개시되어 있다.

이중, 고장력 와이어보다 강도(强度)가 떨어지는 우레탄을 사출성형하여 이루어지는 종래의 가이드 풀리는, 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 고장력 와이어가 팽팽한 상태로 통과하는 안내홈(310)이 가이드 풀리(300)의 외주면(外周面)에 형성되어 있다.

안내홈(310)은 수직 단면(斷面)의 형상이 대략 "Ｖ"자 모양을 이루며, 고장력 와이어와의 마찰에 의해 홈으로서의 기능을 수행할 수 없을 정도로 마모·마멸된 때, 가이드 풀리(300)는 폐기처리된다. 즉, 우레탄을 소재로 한 종래의 가이드 풀리(300)는 1회용이었던 것이다.

또, 종래의 가이드 풀리(300)는, 고장력 와이어가 안내홈(310)을 통과할 때 가이드 풀리(300)에 가하는 진동, 힘, 마찰열로 인해, 일시적으로 뒤틀리거나 미세한 영구변형이 남게 됨으로써, 안내홈(310)이 별로 마모되지 않았음에도 기능을 상실하는 경우가 있었다.

상기 문제점은 종래의 1회용 가이드 풀리(300)가 우레탄만으로 구성됨에 따른 것으로서, 단일 소재로만 가이드 풀리를 제작한다는 가정 하에, 예컨대, 가이드 풀리의 소재로 금속을 사용하는 경우에는 지름이 100-200㎛밖에 되지 않는 고장력 와이어가 금속제 가이드 풀리의 표면을 스칠 때 끊어지기 쉬워 와이어의 수명이 단축되는 문제가 있고, 우레탄에 비해 강도가 떨어지는 수지(resin)를 사용하는 경우에는 고장력 와이어를 팽팽한 상태로 유지할 수 없어, 잉곳으로부터 웨이퍼를 슬라이스할 때, 느슨한 상태로 주행하는 와이어가 웨이퍼를 균일한 두께로 슬라이스할 수 없는 문제가 발생한다.

이러한 이유로, 사용수명도 짧고 폐기물도 많이 생기는 우레탄 소재의 가이드 풀리(300)가 지금도 사용되고 있다.

본 고안은 종래 구성에 따른 우레탄 소재의 1회용 가이드 풀리가 안고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고장력 와이어와의 마찰로 인해 마모·마멸되는 안내홈 부분만 수리하거나 재생해서 반영구적으로 사용할 수 있고, 그에 따른 결과로서, 산업폐기물의 발생이 적극적으로 억제됨과 아울러, 비용을 현저히 절감시킬 수 있는, 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리를 제공하는데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 고안에 의한 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리는, 재생처리홈이 원주방향을 따라 외주면(外周面)에 오목하게 형성된 림( rim ) 과; 림 및 와이어 쏘우 장치에서 사용되는 와이어보다 강도(强度)가 낮은 소재로 이루어지며, 림의 재생처리홈 내에 채워져 있는 형태로 결합된 가이드 링( guide ring ) ; 으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일 실시예에 따르면, 가이드 링의 외주면에는, 와이어 쏘우 장치에서 사용되는 와이어를 안내하기 위한 안내홈이 더 형성된다. 와이어로서, 최근에는, 고장력 와이어뿐 아니라, 케블라 와이어도 사용되고 있다.

또한, 림의 소재로는 알루미늄과 같은 금속을 이용하고, 가이드 링의 소재로는 우레탄과 같은 수지(resin)를 이용한다.

림에 대한 재생처리작업은, 예를 들면, 림을 수용할 수 있는 공간이 있는 형틀 내에 림을 장입하고, 그 뒤, 림의 외주면과 형틀의 내면 사이에 액상의 수지(특히, 우레탄)를 주입한 후, 이 형틀을 오븐(oven)에 넣어 가열함으로써, 림의 외주면과 형틀의 내면 사이에 주입된 액상의 수지가 재생처리홈 내에 채워진 상태로 경화되도록 하는 방식으로 실시될 수 있다. 한편, 형틀 내에 림을 장입하기 전, 재생처리홈의 내면에 접착제를 도포하면, 재생처리홈 내에서 경화되는 수지가 림과 더 단단히 결합되므로 더 바람직하다.

본 고안에 따른 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리는, 단일 소재로 이루어진 종래의 1회용 가이드 풀리와 달리, 금속제 림의 재생처리홈 내에 수지(resin)로 이루어진 가이드 링이 결합된 구성인바, 가이드 링의 안내홈이 수리 가능한 경우에는 그라인더와 같은 수리용구를 사용하여, 안내홈 주변을 적당히 트리밍(trimming) 함으로써 가이드 풀리를 재사용할 수 있다.

또한, 남아 있는 두께가 얇아 안내홈 주변을 트리밍 할 수 없는 경우, 금속제 림의 재생처리홈에 채워져 있는 가이드 링을 벗겨낸 다음, 이 금속제 림의 재생처리홈에 새 가이드 링이 채워지도록, 예를 들면, 앞서 언급한 형틀을 이용하는 방식이나, 사출성형기에 금속제 림을 장착한 후 재생처리홈 내에 우레탄을 사출해서 일체화하는 방식이나, 또는, 재생처리홈과 동일한 단면(斷面) 형상을 갖도록 압출한 띠 모양의 성형부재를 일정 길이로 잘라 재생처리홈 안에 접착제로 감아 붙이는 방식으로, 노후한 가이드 풀리를 새 가이드 풀리로 재생해서 재사용할 수 있다.

그 결과, 본 고안에 따른 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리는 트리밍이나 재생처리를 통해, 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 단일 소재로 구성된 종래의 1회용 가이드 풀리와 달리, 본 고안의 가이드 풀리는, 수지제 가이드 링만 폐기처리하고, 금속제 림은 반복해서 재사용하므로, 종래의 1회용 가이드 풀리에 비해, 산업폐기물의 발생량이 극히 적다는 장점이 있다.

또한, 가이드 풀리를 새로 구입하는 것보다는 노후한 가이드 풀리를 재생해서 사용하는 편이 저렴하므로, 종래에 비해 비용도 훨씬 절감된다는 장점이 있다.

또한, 와이어가 접촉하는 가이드 링은 수지(樹脂)로 구성되는 반면, 가이드 링을 지지하는 림은 수지에 비해 강도·강성이 둘 다 높은 금속으로 구성되어 있는바, 와이어가 가이드 링의 안내홈을 통과할 때 가이드 풀리에 진동이나 힘 또는 마찰열이 가해져도, 가이드 풀리는 전혀 변형되지 않는다는 장점이 있다.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 가이드 풀리의 일부분을 잘라낸 부분 파단 사시도로서, 가이드 링의 외주면에 안내홈이 형성되어 있지 않은 상태를 나타낸 도면.
도 2는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 가이드 풀리의 일부분을 잘라낸 부분 파단 사시도로서, 가이드 링의 외주면에 안내홈이 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 3은 종래 구성에 따른 우레탄(urethan) 소재의 1회용 가이드 풀리의 일부분을 잘라낸 부분 파단 사시도.

이하, 본 고안의 일 실시예에 따른 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리의 구성 및 작용이 첨부도면에 의거하여 구체적으로 설명된다.

실시예

먼저, 도면과 관련하여, 도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 가이드 풀리의 부분 파단 사시도로서, 가이드 링의 외주면에 안내홈이 가공되기 전 상태를 나타낸 도면이며, 도 2는 가이드 링의 외주면에 안내홈이 형성되어 있는 상태를 나타낸 도면이다.

이들 도면에 나타나 있는 바와 같이, 본 고안에 따른 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리는, 림(100)과 가이드 링(200)으로 구성되어 있다. 림(100)은 알루미늄으로 제작되었으며, 가이드 링(200)은 우레탄으로 만들어졌다.

림(100)의 외주면에는 단면 "Ｖ"자 형상의 재생처리홈(110)이 림(100)의 원주방향을 따라 형성되어 있고, 이 림(100)의 측면에는 일정 지름의 축구멍(120)이 형성되어 있다. 이 축구멍(120)에는 도면에 나타나 있지 않은 아이들축이 베어링을 개재하여 삽입된다.

와이어 쏘우 장치에서 사용되는 와이어보다 강도가 낮고 또 림(100)의 소재인 알루미늄보다도 강도가 낮은 우레탄으로 된 가이드 링(200)은 재생처리홈(110) 내부를 채우고 있는 형태로 림(100)의 외주면 측에 결합되어 있다.

이 가이드 링(200)은, 예를 들면, 도 2에 도시된 것처럼, 가이드 링(200)의 외주면에 안내홈(210)이 형성되어 있는 형태로 제공될 수도 있지만, 사용자가 그라인더와 같은 간단한 도구를 사용하여 적당한 깊이로 안내홈(210)을 새겨서 사용할 수 있도록 안내홈(210)이 없는 형태로 제공될 수도 있다.

앞에서 설명했듯이, 실리콘 잉곳을 슬라이스하는 와이어는, 가이드 링(200)의 안내홈(210)을 통해, 도면에 나타내지 않은 롤러 가이드 측으로 공급된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리는, 와이어와의 접촉 부위인 가이드 링(200)은 와이어에 비해 강도가 낮은 우레탄으로 제작하고 림(100)은 알루미늄으로 제작함으로써, 금속제 림의 표면에 와이어가 직접 맞닿을 경우에 발생할 수 있는 와이어의 수명단축 문제는 전혀 발생하지 않으면서도, 와이어에 의해 가해지는 진동, 힘, 마찰열로 인한 가이드 풀리의 일시적인 변형이나 영구적인 미세 변형은 완전히 방지 가능하다.

또한, 본 실시예의 가이드 풀리는, 가이드 링(200)에 형성된 안내홈(210)이 마모된 때, 간단한 도구를 사용하여, 안내홈(210) 주변을 수선·수리하여 재사용할 수 있다. 안내홈(210)의 수리가 불가능한 경우는, 림(100)으로부터 가이드 링(200)을 벗겨낸 후 림(100)에 대해 재생처리를 행함으로써, 노후한 가이드 풀리를 새 가이드 풀리로 재생해서 쓸 수 있다.

그 결과, 림(100)은 반복해서 재사용하고, 가이드 링(200)만 폐기하면 되므로, 종래보다 폐기물의 발생량이 적다. 아울러, 사용자는 비용을 절감할 수 있다.

100...림(rim)
110...재생처리홈(recycling groove)
120...축구멍(shaft hole)
200...가이드 링(guide ring)
210...안내홈(groove)
300...가이드 풀리
310...안내홈

Claims (3)

1. 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리로서,
   재생처리홈(110)이 원주방향을 따라 외주면에 오목하게 형성된 림(100)과;
   림(100) 및 와이어 쏘우 장치에서 사용되는 와이어보다 강도(强度)가 낮은 소재로 이루어지며, 림(100)의 재생처리홈(110)의 내부에 채워져 있는 형태로 결합된 가이드 링(200);
   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리.
2. 제1항에 있어서,
   가이드 링(200)의 외주면에, 와이어 쏘우 장치에서 사용되는 와이어를 안내하기 위한 안내홈(210)이 더 형성되어 있는 것을 특징을 하는 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   림(100)은 소재가 금속이고,
   가이드 링(200)은 소재가 수지(resin)인 것을 특징으로 하는 실리콘 잉곳 슬라이스용 와이어 쏘우 장치의 가이드 풀리.

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