CH688648A5

CH688648A5 - Dispositif de sciage d'une pièce en matériau dur ou fragile.

Info

Publication number: CH688648A5
Application number: CH172793A
Authority: CH
Inventors: Charles Hauser
Original assignee: Charles Hauser
Priority date: 1993-06-09
Filing date: 1993-06-09
Publication date: 1997-12-31
Also published as: EP0655019A1; WO1994029057A1

Description

La présente invention concerne un dispositif de sciage d'une pièce en un matériau dur et/ou fragile par déplacement relatif de cette pièce et d'une nappe formée de fils métalliques parallèles, cette nappe étant montée déplaçable linéairement en un mouvement continu ou alternatif entre au moins deux cylindres guide-fils dont l'un est entraîné en rotation. Ces cylindres guide-fils sont gravés avec des gorges définissant ainsi l'intervalle entre les fils de la nappe, et par là l'épaisseur des tranches à scier dans ladite pièce. Un tel dispositif est utilisable par exemple pour le sciage de fines tranches de silicium pur destinées à servir de supports pour des composants électroniques.

On sait que lors de la rotation d'un élément mécanique, la température de travail dudit élément peut ne pas être constante, mais varier au cours du temps suivant le travail demandé et en raison de frottements et de chaleur générés dans les paliers ou les pièces environnantes. Si la position de cet élément est critique vis-à-vis du travail demandé, non seulement la température propre de l'élément sera importante, mais les variations de l'entourage joueront également un rôle sur sa position spatiale. Ces variations de température provoquent donc des dilatations thermiques, qui, dans certains cas, peuvent influencer le résultat des opérations à effectuer. Il s'avère alors nécessaire de compenser cette dilatation par un contrôle de la position réalisé par un système de compensation ou de minimiser l'effet de la température sur cette position.

Toutefois, en raison de la complexité du système environnant, un strict contrôle de la température de l'élément critique peut ne pas être suffisant et un contrôle de la position de l'élément s'avèrer alors nécessaire. Ce type de contrôle est d'autant plus nécessaire que la précision du positionnement souhaitée est grande ou que la dimension de l'élément est importante. Toutefois, sa mise en Öuvre est complexe et n'est pas toujours d'une utilisation pratique.

Des dispositifs de contrôle de température sont déjà connus spécialement dans l'usinage de pièces de haute précision ou de positionnement en robotique où l'on utilise soit une douche, soit une circulation interne. Toutefois, ceux-ci font appel à des systèmes de refroidissements basés sur un contrôle de la température du fluide ou de l'environnement qui ne requiert une stabilité que durant une période relativement courte. Or, le sciage de tranches fines peut durer plusieurs heures voire plusieurs jours suivant la dureté du matériau. Des dispositifs de sciage par fil du type précité sont déjà connus, spécialement dans l'industrie des composants électroniques, des ferrites, des quartz et silices, pour l'obtention en tranches fines de matériaux tels que GaAs, InP, GGG ou également quartz, saphir synthétique, voire céramique.

Le prix élevé de ces matériaux rend le sciage par fil plus attractif comparativement à d'autres techniques comme le sciage par disque diamanté.

La précision des pièces à scier, très importante pour des applications électroniques, dépend de la position des fils au cours du sciage, ainsi que des éléments de support de la pièce à scier, donc de la position des cylindres guide-fils par rapport à la pièce à scier. Cette position sera fonction de la température des cylindres guide-fils et de leur environnement, ainsi que celle des éléments de support du lingot, à savoir la table, les moyens d'entraînement, etc.

Cette technique de sciage requiert donc un contrôle parfait de la position des cylindres guide-fils par rapport à la pièce à scier et réciproquement. En effet, un mouvement même lent résultera en ondulations ou voilage de la surface des tranches sciées.

Les exigences des applications en électronique, par exemples liées aux dimensions grandissantes des lingots, nécessitent que même de petites variations doivent être évitées. Il ne suffira donc plus de contrôler seulement la température d'un éventuel liquide de refroidissement, mais en plus de minimiser l'effet de la température sur le positionnement de la pièce à scier. De plus, les roulements supportant les guide-fils fortement chargés génèrent de la chaleur qui, additionnée à l'énergie produite au cours du sciage en diffusant dans les parties avoisinantes, contribue à l'imprécision de la découpe. Il faudra donc, pour minimiser cet effet, utiliser pour la fabrication des éléments importants du processus de sciage, des matériaux aussi peu sensibles que possible aux écarts de température pratiquement inévitables.

Le but de la présente invention visant à remédier aux inconvénients précités des dispositifs connus est de fournir un tel dispositif qui soit à même d'accepter des variations de température sans que celles-ci ne puissent affecter la précision du sciage et la qualité des pièces sciées.

Dans le dispositif de sciage selon l'invention, qui vise à atteindre le but précité, au moins les cylindres guide-fils sont réalisés en un matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à 5.10<-><6> DEG K<-><1>.

Pour que le dispositif de sciage présente une insensibilité encore plus grande aux écarts de température qui ne peuvent être corrigés par un dispositif complémentaire de contrôle de la température (par exemple, un système de refroidissement des cylindres et de leurs paliers de roulements), d'autres organes du dispositif de sciage selon l'invention peuvent être réalisés partiellement ou totalement en un matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à 5.10<-><6> DEG K<-><1>. Il s'agit plus particulièrement des pièces mécaniques formant l'ensemble de la zone de sciage, et notamment les boîtes à roulement supportant les parties fixes des cylindres guide-fils, le support de glissière de la table portant la pièce à scier, etc.

Comme matériau ayant un faible coefficient de dilatation, on peut choisir par exemple un alliage métallique à haute teneur en nickel, par exemple de l'Invar< TM > (environ 36% Ni et 64% Fe), dont le coefficient de dilatation est de l'ordre de 1.10<-><6>.

L'invention sera maintenant décrite plus en détails en référence aux dessins annexés.

La fig. 1 illustre schématiquement et en perspective le principe du dispositif de sciage selon l'invention.
La fig. 2 est une vue de côté partiellement en coupe d'une forme d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 3 est une vue en coupe d'un cylindre guidefils muni d'un système de refroidissement.

En référence tout d'abord au schéma de la fig. 1, le dispositif de sciage comporte une nappe de fils métalliques 1 montée déplaçable linéairement selon la flèche A entre deux cylindres guide-fils 2,2', l'un d'eux ou un autre cylindre (non montré), étant entraîné en rotation pour faire avancer la nappe de fils 1. La pièce à scier 3 est supportée par une table mobile 4, celle-ci pouvant être déplacée perpendiculairement à la nappe 1 selon les flèches B, de telle sorte que ladite pièce 3 soit découpée par les fils de la nappe 1. Au moins les cylindres guidefils 2,2 min sont réalisés en un matériau ayant un faible coefficient de dilatation, par exemple en Invar< TM >; la table-support 4 peut être avantageusement réalisée en un tel matériau, de même que ses moyens d'avance.

La fig. 2, illustrant un tel dispositif un peu plus en détails, montre que tant la table-support 4 que les cylindres guide-fils 2,2 min , de même que le ou les cylindre(s) guide-fils 2 min min (non montré(s) sur la fig. 1), peuvent être montés sur un bâti 5. Les cylindres guide-fils 2, 2 min , 2 min min sont de préférence montés sur le bâti 5 par l'entremise de paliers fixes 6, 7. Pour obtenir une indépendance optimale par rapport aux écarts de température, les paliers fixes 6, 7, ainsi que le bâti 5 ou du moins certaines parties de celui-ci, peuvent être réalisés en un matériau ayant un faible coefficient de dilatation du type Invar.

Comme représenté sur la fig. 3, chaque cylindre guide-fils 2 peut être en outre muni d'un dispositif de contrôle interne de la température, par exemple constitué d'un circuit de refroidissement comportant une entrée de fluide 8 circulant dans un orifice axial 9 pratiqué dans le cylindre.

Le fil de sciage formant la nappe de fils entre les cylindres guide-fils est de préférence constituée d'acier à ressort d'un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mm, afin de scier des blocs de matériaux durs (tels que silicium, céramique, composés III-V, GGG, saphir, etc) en tranches de 0,1 à 5 mm d'épaisseur environ.

Le dispositif selon l'invention permet ainsi grâce à l'utilisation dans sa réalisation de matériaux à faible coefficient de dilatation pour la fabrication des pièces mécaniques qui positionnent le lingot à scier par rapport à la nappe de fils avec une très grande précision, sans qu'un contrôle sophistiqué de température ou de positionnement soit nécessaire.

Bien entendu, d'autres types de matériaux que ceux mentionnés à titre d'exemple peuvent être envisagés qui par leur coefficient de dilatation donnent des résultats similaires. Quant à la régulation de température elle-même, une circulation d'un fluide maintenu à une température constante peut suffire; suivant les cas, si la zone de sciage a une température constante ou qui varie peu au cours du temps, une régulation externe peut ne pas s'avérer nécessaire.

Claims

1. Dispositif de sciage d'une pièce en matériau dur et/ou fragile par déplacement relatif de cette pièce et d'une nappe formée de fils métalliques parallèles, cette nappe étant montée déplaçable linéairement en un mouvement continu ou alternatif entre au moins deux cylindres guide-fils dont l'un est entraîné en rotation, et dans lequel lesdits cylindres sont réalisés en un matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à 5.10<-><6> DEG K<-><1>.

2.

Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pièce à scier est portée par une table-support montée déplaçable par rapport à la nappe en mouvement, par le fait que lesdits cylindres sont montés sur des paliers solidaires d'un bâti sur lequel est également montée la table-support et des moyens d'avance de celle-ci, et par le fait qu'un ou plusieurs de ces éléments constitutifs du dispositif sont réalisés partiellement ou totalement en un matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à 5.10<-><6> DEG K<-><1>.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que le matériau ayant un coefficient de dilatation inférieur à 5.10<-><6> DEG K<-><1> est un alliage métallique à haute teneur en nickel.

4.

Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit alliage-métallique à haute teneur en Ni contient 64% de Fe et 36% de Ni et a un coefficient de dilatation d'environ 1.10<-><6>.

5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte en plus des moyens de contrôle de la température.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits moyens de contrôle de la température consistent en un circuit de circulation d'un fluide thermique à l'intérieur des cylindres guide-fils.