Brevet FR2983099A1 — publié le 20130531

FIL METALLIQUE POUR SCIE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention vise le domaine de la découpe des matériaux à dureté élevée, et plus particulièrement la découpe de blocs de silicium, mais également de germanium, de saphir, et de manière générale de tous matériaux durs. Elle vise plus particulièrement un fil métallique pour scie destiné à assurer une telle découpe, à la fois en ménageant la vitesse de découpe, la qualité de la découpe (le silicium étant un matériau cher, il convient de pouvoir optimiser les découpes, tout en limitant les pertes de matériau noble), et présentant également une durée de vie relativement élevée. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE La mise en oeuvre de fils métalliques de découpe est aujourd'hui d'un usage largement répandu dans le cadre de la découpe de lingots de silicium, et de manière générale de matériaux semi-conducteurs, de cristaux, de matériaux céramiques, etc. De tels fils pour scie sont traditionnellement constitués d'un monofilament métallique placé en contact du bloc ou du lingot de silicium ou du matériau à découper, et étant déplacé au contact de ce bloc ou de ce lingot de manière continue ou de manière alternative, tout en exerçant une traction contre ledit bloc, afin d'assurer l'efficacité de l'action du fil métallique et corollairement sa découpe. Un tel fil de découpe est généralement associé, pendant la phase de découpe proprement dite, avec une poudre de matériau abrasif et de l'huile et/ou du glycol, lesdites particules abrasives étant entraînées par le fil métallique et appliquées contre le lingot ou le bloc à découper, afin d'optimiser la découpe proprement dite. Un tel matériau abrasif est généralement appliqué à la surface externe du fil métallique, juste avant que ce dernier n'entre en contact avec la zone de découpe. L'efficacité de la découpe dépend d'un certain nombre de paramètres, parmi lesquels, bien évidemment, les caractéristiques du matériau à découper, mais également la vitesse de translation du fil métallique qui agit de manière continue ou de manière alternative, outre et de manière importante, la capacité du fil métallique à entraîner les particules du matériau abrasif, et à les amener en contact dudit bloc à découper. A cet effet, on a proposé de faire adhérer lesdites particules abrasives sur la surface externe du fil métallique par différentes techniques. La première d'entre elles consiste à mettre en oeuvre des fils métalliques relativement tendres, lesdites particules métalliques étant enfoncées, et en quelque sorte serties à la surface du fil, pour assurer cette pré-adhérence. L'expérience cependant démontre que les fils ainsi obtenus sont d'efficacité réduite dans la mesure où, lors de l'étape de sciage, les particules abrasives sont facilement desserties du fil métallique, de sorte que l'efficacité et la qualité du sciage sont significativement altérées. On a également proposé, par exemple dans le document WO 90/12670, la mise en oeuvre d'un monofilament métallique pourvu à sa surface de microcavités, lesdites microcavités étant destinées à recevoir et entraîner les particules de matériau abrasif lors de l'étape de 20 sciage effectif On a également proposé, dans une autre forme de réalisation, de faire varier le diamètre du fil métallique pour ainsi définir des rainures ou gorges circonférentielles, là encore destinées à recevoir et corollairement entraîner lesdites particules abrasives. 25 Il s'avère que si par ce biais, on améliore la qualité de l'entraînement des particules abrasives en revanche, cette modification de la surface externe du fil métallique est lente à obtenir et génère un surcoût incompatible avec les produits résultant de telles découpes. 30 On a également proposé, par exemple dans le document EP 1 827 745, de conférer au fil métallique des ondulations orientées dans deux plans différents, intégrant la direction principale du fil, de telle sorte à définir un volume supérieur à celui défini par le simple monofilament, volume dont l'enveloppe contient les crêtes desdites ondulations, et propre ainsi à engendrer l'entraînement effectif des particules abrasives. Pour autant, l'expérience démontre que ce mode de réalisation s'avère d'une efficacité limitée quant à l'entraînement des particules abrasives, et qu'au demeurant, en raison de la tension effective à laquelle est soumis le fil métallique, lesdites ondulations ne sont pas pérennes dans le temps, affectant dès lors la capacité du fil à assurer son rôle d'entrainement desdites particules en matériau abrasif L'objet de l'invention est de proposer un fil métallique du type en question, s'affranchissant de ces différents inconvénients, de fabrication aisée, et d'un coût de revient faible. EXPOSE DE L'INVENTION A cet effet, l'invention propose un fil métallique pour scie présentant une section transversale, c'est-à-dire une section sensiblement perpendiculaire à la dimension 15 principale du fil, non circulaire, ledit fil étant en outre torsadé sur lui-même. En d'autres termes, l'invention consiste à mettre en oeuvre non pas un fil métallique traditionnel de section transversale circulaire, comme c'est le cas dans tous les fils pour scie connus de l'art antérieur, mais d'une section par exemple ellipsoïdale, ou en forme 20 d'hippodrome, ou autre, et en conférant au fil en question une torsion sur lui-même, de telle sorte à générer une enveloppe effective du fil métallique sur sa toute longueur, résultant de la combinaison de la section non circulaire et de la torsion du fil sur lui-même, propre à favoriser l'entraînement des particules abrasives. 25 Cette enveloppe est constante et inscrite dans un cercle dont le diamètre D est égal à la dimension maximale de la section transversale du fil, et en l'espèce au diamètre originel dudit fil. Il se génère ainsi un volume né de l'enveloppe sensiblement cylindrique définie par la 30 rotation sur lui-même du fil résultant de la torsion qui lui est imprimée, outre de l'aplatissement dudit fil sur lui-même, permettant de capturer davantage de particules abrasives, et corollairement d'augmenter la quantité de particules abrasives ainsi transportées par le fil. Cette configuration permet de conserver constante la section transversale de l'enveloppe, quelle que soit la tension appliquée au fil de sciage, de sorte que l'on optimise la qualité de découpe, puisqu'aussi bien, l'emprise du fil de sciage associé aux particules de matériau abrasif s'en trouve également constante. Ainsi la perte en matériau résultant de la découpe, et plus particulièrement en silicium, mieux connue sous l'expression anglo-saxonne « kerf loss », est elle-même constante et mieux maitrisée, ce qui constitue un avantage non négligeable en raison du coût même de cette matière « noble ». L'invention vise également le procédé de réalisation du fil métallique en question. Ainsi 10 donc, le fil métallique, issu de l'opération de tréfilage, et donc rectiligne, est soumis à l'action de laminage, notamment à froid, puis en sortie de laminage, il est soumis à une torsion sur lui-même selon un pas déterminé. De manière connue, le laminage induit un aplatissement du fil sur lui-même, le degré 15 d'aplatissement étant bien entendu réglable, fonction de l'importance souhaitée, en combinaison avec la torsion du fil sur lui-même, du volume ainsi généré pour recevoir les particules de matériau abrasif. De la même manière, les machines assurant une torsion du fil sur lui-même sont 20 également largement connues, cette torsion du fil sur lui-même intervenant également à froid. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES 25 La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique en section transversale du fil conforme à 30 l'invention. La figure 2 est une représentation schématique en perspective du fil conforme à l'invention. La figure 3 est une représentation schématique d'un dispositif apte à réaliser le fil de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On a donc représenté en relation avec les figures 1 et 2, une représentation schématique du fil pour scie conforme à l'invention. Ce fil (1) est réalisé en acier, et par exemple en acier à haut carbone. Selon une première caractéristique de l'invention, et ainsi qu'on peut bien l'observer sur les figures 1 et 2, ce fil ne présente pas une section transversale circulaire, mais aplatie. En l'espèce, le fil représenté est de section transversale en forme d'hippodrome, c'est-à-dire qu'il présente un aplatissement au niveau des deux extrémités de l'un de ses diamètres, définissant ainsi deux dimensions préférentielles perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, l'une présentant une longueur légèrement supérieure au diamètre originaire d du fil issu de tréfilage, l'autre présentant une longueur inférieure audit diamètre d. Comme indiqué ci-après, cette section particulière est obtenue par laminage. En outre, ce fil subit une torsion sur lui-même. Ce faisant, en raison de la dissymétrie résultant de l'aplatissement du fil sur lui-même, il se génère une sorte d'hélice, dont là encore, le pas p peut être réglé. Ainsi, et selon l'invention, la combinaison du pas p de l'hélice d'une part, et du degré d'aplatissement du fil d'autre part, permet de définir un volume résultant de l'enveloppe, elle-même définie par la rotation des deux extrémités du fil au niveau de sa dimension la plus importante de la section dudit fil. Cette enveloppe (2) a été matérialisée par des traits discontinus au sein de la figure 1. Elle présente une section transversale de diamètre D. Ce volume est apte à entraîner les particules abrasives lors de l'étape de sciage. Ces particules abrasives sont par exemple constituées de carbure de silicium (SiC) associées à du glycol. Comme déjà indiqué, l'aplatissement du fil métallique peut être obtenu par laminage. Ce faisant, et d'ores et déjà, on n'affecte pas de manière importante les caractéristiques physiques et mécaniques du fil métallique, qui conserve de fait ses propriétés d'élongation. Typiquement, le diamètre initial d du fil métallique peut être compris entre 0,08 et 0,5 mm, avantageusement entre 0,10 et 0,30 mm. En suite du laminage, le rapport de la plus petite dimension Ep sur le diamètre d du fil peut être compris entre 0,8 et 0,9. En d'autres termes, on cherche à obtenir un aplatissement suffisant pour garantir que les particules de matériau abrasif soient contenues dans le volume de l'enveloppe matérialisée au sein de la figure 1, tout en conservant les propriétés mécaniques du fil. Si l'on choisit un pas p de l'hélice compris entre 3 et 10 millimètres, et avantageusement compris entre 4 et 6 millimètres, combiné avec la valeur précitée de l'aplatissement du fil, 15 on définit un volume adapté pour la collecte, puis l'entrainement efficace des particules de matériau abrasif. En raison en outre de la quasi-conservation des propriétés intrinsèques du fil, les phénomènes d'élongation susceptibles d'être rencontrés avec les fils de l'art antérieur 20 sont évités, optimisant de fait l'efficacité du sciage puisqu'aussi bien la tension nominale exercée sur le fil lors du sciage peut être conservée. On maintient donc constante la section transversale de l'enveloppe, et donc corollairement de la surcouche de matériau abrasif présente à sa périphérie, de sorte que la qualité de découpe en résultant est optimisée. 25 En outre, en raison de la capacité améliorée d'entraînement du matériau abrasif, et notamment de la plus grande quantité de particules susceptibles d'être véhiculées, la vitesse de découpe peut être augmentée. 30 En outre, toujours en raison de la capacité améliorée d'entraînement du matériau abrasif, on diminue l'usure du fil métallique, lesdites particules de matériau abrasif demeurant plus longtemps dans l'enveloppe définie précédemment. Ce faisant, la durée de vie du fil métallique conforme à l'invention est optimisée par rapport aux fils métalliques mis en oeuvre dans l'art antérieur, contribuant à réduire les coûts du sciage. Le fil de l'invention permet d'assurer la découpe de blocs ou lingots, notamment de silicium, constituant une découpe relativement grossière. Il peut être également mis en oeuvre, en choisissant un diamètre d plus réduit, et typiquement voisin de 120 nm, pour réaliser la découpe de tranches ou wafers de silicium. Il résulte donc de l'invention un certain nombre d'avantages parmi lesquels on peut citer : une absence de toute élongation du fil de sciage lors de l'étape de découpe, et en tout cas comparable avec les fils traditionnels de section transversale circulaire, contribuant à améliorer l'efficacité de la découpe ; une qualité de découpe optimisée en raison d'une part, de la conservation de l'emprise de la zone de découpe, et d'autre part, de la plus grande quantité de matériau abrasif transportée ; une diminution de la perte de matériau découpé résultant directement de l'optimisation de la qualité de découpe. REVENDICATIONS1/ Fil métallique pour scie caractérisé en ce qu'il présente une section transversale non-circulaire, et en ce qu'il est torsadé sur lui-même, définissant ainsi une hélice. 2/ Fil métallique pour scie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du fil est en forme d'ellipse. 3/ Fil métallique pour scie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section transversale du fil est en forme d'hippodrome. 4/ Fil métallique pour scie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport de la plus petite dimension sur la plus grande dimension de la section transversale du fil est compris entre 0,80 et 0, 90. 5/ Fil métallique pour scie selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la torsion du fil sur lui-même est réalisée selon une hélice, dont le pas est compris entre 3 et 10 millimètres. 6/ Fil métallique pour scie selon la revendication 5, caractérisé en ce que le pas de l'hélice est compris entre 4 et 6 millimètres. 7/ Procédé pour la réalisation d'un fil métallique pour scie, caractérisé en ce qu'il consiste : à soumettre un fil métallique rectiligne de section circulaire à une action de laminage ; puis, en sortie de laminage, à soumettre le fil à une torsion sur lui-même selon un pas déterminé. 8/ Procédé pour la réalisation d'un fil métallique pour scie selon la revendication 7, caractérisé en ce que les étapes de laminage et de torsion sont effectuées à froid.