La présente invention concerne un procédé de découpe filaire d'un matériau, notamment d'un matériau semi-conducteur tel que le silicium, le germanium ou le nitrure de gallium (GaN), ou d'un matériau en céramique tel le saphir ou le carbure de silicium (SiC).

La découpe filaire est utilisée dans de nombreux domaines, notamment dans les domaines faisant usage de matériaux semi-conducteurs tels que la microélectronique, l'optoélectronique ou le photovoltaïque, lors de la fabrication des « wafers » ou plaquettes de matériau semi-conducteur, par exemple de silicium. Dans l'industrie photovoltaïque, les wafers de silicium ont une épaisseur de l'ordre de 180 m et généralement, de façon standard, une forme carrée de 156mm de côté. Ils sont fabriqués à partir d'un lingot de silicium, monocristallin ou poly-cristallin, pesant plusieurs centaines de kilogrammes, généralement de l'ordre de 500 à 600kg. Le lingot est d'abord découpé en briques, généralement 25 ou 36 briques, puis ces briques sont découpées en wafers.

Pour la découpe des wafers, il est connu d'utiliser un fil qui est enroulé de multiples fois (des centaines, voire des milliers de fois) autour de N guide-fils, N étant généralement compris entre 2 et 4 et forme ainsi une nappe filaire. L'écart entre deux portions de fil voisines détermine l'épaisseur du wafer à découper. Les guide-fils sont rotatifs et permettent d'entraîner en rotation le fil lors de la découpe.

La découpe filaire requiert un élément abrasif destiné à créer des copeaux de matière par abrasion lors de la découpe.

Un premier type de découpe « à abrasif libre » utilise des grains d'abrasif, par exemple en carbure de silicium (SiC), qui sont intégrés dans une solution telle que du polyéthylène glycol (PEG) formant un liquide de coupe. Ce liquide de coupe est déversé sur un fil, par exemple un fil d'acier, et enveloppe le fil d'un film liquide contenant des grains d'abrasif. Le passage du fil entouré par ce film dans un matériau à découper entraîne la découpe de ce matériau.

Un deuxième type de découpe « à abrasif lié » utilise un fil sur la surface duquel des grains d'abrasifs, généralement des diamants, sont fixés. Ce type de découpe est couramment appelé « découpe par fil diamanté ». La découpe au fil diamanté constitue une technique particulièrement intéressante pour la découpe du silicium monocristallin. Le fil doit être le plus fin possible. Actuellement, son épaisseur peut atteindre environ 120 m, sachant que l'épaisseur des wafers est de l'ordre de 180 m. Il en résulte une perte de silicium d'environ 40 à 45% lors de la découpe d'une brique en wafers. La découpe par fil diamanté présente plusieurs avantages par rapport à la première technique de découpe à abrasif libre : elle offre une vitesse de coupe plus élevée (deux à trois fois plus importante que celle du premier type) et permet d'envisager de moindres pertes de matière, grâce à l'utilisation d'un fil plus fin.

Lors de la découpe d'une brique de silicium, le fil en coopération avec l'élément abrasif crée de fins sillons dans la brique. A l'intérieur de ces sillons, des copeaux se forment et doivent être évacués pour éviter un bourrage qui aurait pour effet de réduire la vitesse de coupe et de dégrader la qualité de la surface découpée. L'utilisation d'un fil de coupe très fin permet de réduire les pertes de matière mais a pour effet néfaste de rendre l'extraction des copeaux plus difficile. Il existe diverses solutions présentées ci-après pour faciliter l'extraction des copeaux.

Une première solution, utilisée pour la découpe à abrasif libre, consiste à utiliser un fil structuré ou pré-formé qui est conformé pour augmenter non seulement la quantité de grains abrasifs amenés dans la zone d'usinage mais aussi la quantité de copeaux évacués. Mais l'amplitude du préformage ne peut être augmentée à souhait, au risque de réduire la tenue mécanique du fil, et, en outre, présente l'inconvénient d'accroître la largeur du sillon de coupe et ipso facto d'augmenter les pertes de matière. Une deuxième solution, utilisée pour la découpe à abrasif lié, consiste à utiliser un fil segmenté comportant des portions de fil dotées de grains abrasifs et des portions de fil nues qui forment des réservoirs à copeaux de manière à faciliter l'extraction des copeaux de la zone d'usinage. Cette solution présente toutefois certains inconvénients. Du fait de la structure du fil, l'abrasion est moins performante : seules les portions pourvues de grains abrasifs contribuent à l'enlèvement de matière, réduisant d'autant le débit d'enlèvement matière. En outre, elle nécessite une épaisseur de fil plus importante, les portions de fil nues devant supporter la tension mécanique appliquée. Cette solution s'avère donc peu adaptée pour la découpe de wafers.

Une troisième solution consiste à ajouter dans un liquide de coupe un ou plusieurs additif(s) chimique(s) destiné(s) à limiter l'agglomération des copeaux et à faciliter ainsi leur extraction de la zone d'usinage. Cette solution présente toutefois des limites lorsque la quantité de copeaux devient importante. En outre, son efficacité est limitée dans le cas où les sillons usinés ont une faible largeur.

Une quatrième solution dite de « rocking » (balancement) consiste à appliquer un mouvement de rotation alternatif relatif de la nappe filaire par rapport à la brique afin de faciliter l'évacuation de copeaux hors des sillons. L'efficacité de cette solution est toutefois limitée, notamment lorsque les sillons sont profonds. En définitive, les multiples solutions de l'art antérieur ont toutes une efficacité très limitée pour extraire les copeaux et autres contaminants des sillons de découpe. De surcroît, cette efficacité tend encore à diminuer lorsque l'on réduit la largeur des sillons afin de limiter les pertes de matière. Le document DE 102 20 638 décrit un procédé de découpe selon le préambule de la revendication 1 . La présente invention vient améliorer la situation.

A cet effet, l'invention concerne un procédé de découpe d'une pièce à l'aide d'un fil à abrasif, comprenant :

a. une étape d'entraînement en déplacement du fil ;

b. concomitamment, une étape de mise en contact du fil et de la pièce à découper de sorte à usiner au moins un sillon dans la pièce à découper ; c. une étape de mise en vibration lors de laquelle le fil traverse au moins un réservoir contenant un fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées, ledit réservoir étant situé au voisinage direct de la pièce à découper de sorte à appliquer au fil des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon ;

caractérisé en ce que le réservoir de fluide de transmission est formé par une cavité ménagée dans une sonotrode.

Selon l'invention, le fil est mis en vibration par ultrasons, lors de son passage dans la cavité ménagée directement dans la sonotrode et qui fait fonction de réservoir de liquide de transmission, de telle sorte que la portion de fil située à l'intérieur du sillon de découpe soit soumise à des vibrations. Grâce à cela, de l'énergie vibratoire générée par la sonotrode est transmise au fil et amenée dans le sillon par le fil. Elle a pour effet de faciliter l'extraction des copeaux et autres contaminants du sillon, ce qui permet d'augmenter la vitesse de découpe. Lors de la découpe, les vibrations sont appliquées au fil par l'intermédiaire d'un fluide de transmission, au voisinage direct de la pièce à découper. Par « voisinage direct », on entend signifier qu'il n'y a aucun élément mécanique interposé entre la pièce et la zone contenant le fluide de transmission. Grâce à cela, on limite grandement l'atténuation des vibrations appliquées au fil avant pénétration dans le sillon de découpe. Avantageusement, les vibrations sont adaptées de sorte à faire vibrer ladite portion de fil de manière tridimensionnelle (et non seulement de bas en haut et inversement). En définitive, le fil vibre dans toutes les directions à l'intérieur d'un tube virtuel. Le diamètre de ce tube virtuel de vibration varie en fonction de l'amplitude des vibrations.

La distance entre la zone de fluide de transmission et la pièce à découper est avantageusement inférieure ou égale à 50 cm, par exemple inférieure ou égale à 10 cm.

Dans un mode de réalisation particulier, le fil traverse deux zones de fluide de transmission respectivement situées en amont et en aval de la pièce à découper et au voisinage direct de ladite pièce. Grâce à cela, en arrivant de part et d'autre de la pièce sciée, l'énergie vibratoire pénètre au mieux sur toute la longueur du sillon.

Avantageusement, le fluide de transmission est un liquide, par exemple un liquide visqueux. En variante, il pourrait s'agir d'un gaz sous pression. Dans un mode de réalisation particulier, la zone de fluide de transmission est un bain à débordement et il est prévu une étape d'alimentation en continu du bain avec le fluide de transmission.

Dans une variante de réalisation, il comprend une étape de détection d'une déformation du fil dans le sillon de découpe et une étape d'asservissement des positions relatives de la zone de fluide de transmission et de la pièce à découper en fonction de la déformation détectée de manière à assurer une immersion d'une portion du fil dans ledit fluide de transmission. Lors de la découpe, le fil doit être tendu et droit. Plus le fil est droit, meilleure est la coupe, notamment du point de vue de la qualité de surface des pièces sciées. Le fil subit toutefois une légère courbure ou déflexion pendant la coupe. Ce phénomène est couramment appelé effet de « bow » (en anglais) ou de flèche. La géométrie de la zone de fluide, notamment sa profondeur, et son positionnement entre le guide fil et la pièce à découper sont ajustés pour prendre en compte cette formation de « bow » et éviter que le fil ne sorte au moins partiellement de la zone de fluide de transmission, ce qui aurait pour effet de dégrader voire d'empêcher la transmission de l'énergie vibratoire au fil. Dans le cas d'une courbure importante du fil au niveau de la zone de fluide, notamment supérieure à la profondeur de celle-ci, on peut prévoir de détecter la déformation du fil et d'asservir la position de la pièce par rapport à la zone de fluide de transmission (ou inversement) pour maintenir le fil immergé et donc soumis à l'énergie vibratoire voulue.

Les vibrations ultrasonores peuvent avoir une fréquence qui est comprise entre 10 kHz et 200 kHz, notamment entre 1 6 kHz et 100 kHz.

Dans un exemple de réalisation particulier, la pièce à découper est une brique en matériau semi-conducteur et en ce qu'une pluralité de plaquettes en matériau semi-conducteur sont obtenues par la découpe. Dans un premier mode de réalisation, le fil est un fil à abrasif lié, notamment un fil diamanté.

Dans un deuxième mode de réalisation, le fil est un fil à abrasif libre et en ce qu'il est prévu une étape d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant un produit abrasif.

Le procédé de l'invention s'applique tout aussi bien à une découpe avec un fil à abrasif lié qu'à une découpe avec un fil à abrasif libre. L'invention concerne aussi une machine de découpe filaire d'une pièce, comprenant un fil à abrasif, un dispositif d'entraînement en déplacement du fil, un dispositif de mise en contact de la pièce à découper avec le fil de sorte à former au moins un sillon dans ladite pièce à découper, au moins un module acoustique de mise en vibration comportant un réservoir destiné à contenir un fluide de transmission, ledit réservoir étant situé au voisinage direct d'un emplacement de la pièce en cours de découpe de sorte à appliquer au fil des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon, caractérisé en ce qu'il comprend une sonotrode destinée à être soumise à des ultrasons et en ce que le réservoir de liquide de transmission est formé par une cavité ménagée dans la sonotrode, la sonotrode étant adaptée pour restituer au réservoir l'énergie vibratoire produite par les ultrasons.

La machine comprend avantageusement tout ou partie des caractéristiques additionnelles suivantes :

- le module acoustique est adapté pour faire vibrer le fil de manière tridimensionnelle ;

- la machine comprend un dispositif d'alimentation en liquide de transmission adapté pour alimenter ledit réservoir en continu de sorte à réaliser un bain à débordement ;

- la distance entre le réservoir et l'emplacement de la pièce à découper est inférieure ou égale à 50 cm, notamment inférieure ou égale à 10 cm ; - la machine comprend deux réservoirs qui sont respectivement situés en amont et en aval de l'emplacement de la pièce en cours de découpe ;

- la machine comprend un capteur de détection d'une déformation du fil dans le sillon de découpe et un module d'asservissement destiné à commander un asservissement des positions relatives du réservoir de fluide de transmission et de la pièce à découper en fonction de la déformation détectée de manière à assurer une immersion d'une portion du fil dans ledit fluide de transmission ;

- le module acoustique est adapté pour appliquer des vibrations qui ont une fréquence ultrasonore comprise entre 10 kHz et 200 kHz, notamment entre 1 6 kHz et 100 kHz ;

- la machine comprend au moins un premier et un deuxième guide-fil entre lesquels l'emplacement de la pièce à découper est positionné, et en ce que le réservoir et le module acoustique associé sont positionnés entre l'un des premier et deuxième guide-fil ;

la hauteur du réservoir est comprise entre 1 et 10 mm ;

la machine est adaptée pour découper une pièce en matériau semiconducteur en plaquettes ;

le fil est un fil à abrasif lié, notamment un fil diamanté ;

le fil est un fil à abrasif libre et la machine comprend au moins une buse d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant un produit abrasif. le réservoir du module acoustique est fermé par un élément de fermeture de sorte à former une chambre de pression autour du fil ;

l'élément de fermeture est un capuchon conformé pour s'emboîter sur la sonotrode ;

l'élément de fermeture est une deuxième sonotrode active, contribuant à la mise en vibration du fil, conformée pour être positionnée au-dessus du réservoir.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un mode de réalisation particulier du procédé de découpe filaire et d'une forme de réalisation particulière du dispositif de découpe filaire de l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- Les figures 1 et 2 représentent des schémas d'un dispositif de découpe selon une forme de réalisation particulière de l'invention ;

- La figure 3 représente un organigramme des étapes du procédé de découpe, selon un mode de réalisation particulier de l'invention.

Sur la figure 1 , on a représenté de façon schématique et partielle une machine de découpe filaire d'une pièce. La pièce à découper est ici en un matériau fragile. Par matériau « fragile », on entend désigner un matériau élastique jusqu'à rupture à l'échelle macroscopique . Il peut notamment s'agir de l'un des matériaux du groupe comportant des semi-conducteurs (par exemple Si, SiC, Si3N4 ou autre), du saphir et des céramiques. L'invention pourrait toutefois s'appliquer à tout autre type de matériau à découper. Dans l'exemple particulier de réalisation décrit ici, la machine de découpe 100 est destinée à découper une pièce telle qu'une brique de matériau semiconducteur 3 afin de réaliser une pluralité de plaquettes ou « wafers ». Le matériau semi-conducteur est par exemple du silicium monocristallin.

La machine comprend, de façon connue, N guide-fil, N étant par exemple compris entre 2 et 4, autour desquels un fil de découpe 1 est enroulé de multiples fois de sorte à former une nappe filaire. La nappe présente une largeur ou « profondeur » comprise entre 400mm et 1 m. Le fil a une tension souhaitée ici comprise entre 10 et 40 N, selon son diamètre. La tension du fil est avantageusement de l'ordre de 60% de la charge à rupture du fil.

Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, la machine comprend trois guide-fil 2A, 2B, 2C. Chaque guide-fil comprend ici un cylindre rotatif. L'un au moins des guide-fil est moteur, les autres pouvant être montés libres en rotation ou être également moteurs. Les deux guide-fil 2A et 2B dits « supérieurs » sont disposés au-dessus du guide-fil 2C dit « inférieur », les axes longitudinaux des trois guide-fil formant un prisme triangulaire. La nappe filaire comprend des portions de fil 1 voisines globalement parallèles. L'écart entre deux portions de fil voisines détermine l'épaisseur de la plaquette à découper. Celle-ci est ici de l'ordre de 180 m. La nappe de fil 1 s'étend dans différents plans qui sont perpendiculaires aux axes longitudinaux des guide-fil 2A-2C et tangents aux guide-fil 2A à 2C.

Le fil de découpe 1 est ici un fil à abrasif lié, par exemple un fil diamanté. Il présente un diamètre (ou épaisseur) ici compris entre 100 et 120 m. Cette tension est par exemple de l'ordre de 60% de la charge à rupture du fil. Le fil 1 est relié, à l'une de ses extrémités, à une première bobine de fil neuf (non représentée) et, à son autre extrémité, à une deuxième bobine de fil usagé (non représentée). Chacune de ces deux bobines est destinée à être entraînée en rotation par un moteur. Sous l'action de la rotation de l'une ou l'autre des deux bobines, le fil 1 est entraîné en déplacement linéaire longitudinal (c'est-à-dire dans la direction longitudinale du fil tendu et guidé par les guide-fil), de sorte à parcourir le trajet représenté en pointillés sur la figure 2 entourant les guide-fil 2A-2C. Le fil 1 est entraîné de façon alternative dans un sens aller Fi et dans un sens retour F- . Afin d'assurer un renouvellement régulier du fil 1 , lors de chaque séquence d'entraînement du fil (une « séquence » comportant un déplacement aller suivi d'un déplacement retour), le fil 1 est entraîné dans le sens aller F-i, qui correspond ici au sens de déroulement de la première bobine de fil neuf, sur une distance linéaire L, et dans le sens retour F- , qui correspond ici au sens d'enroulement autour de la première bobine, sur une distance linéaire L-δ (inférieure à L). La vitesse linéaire du fil 1 est par exemple comprise entre 15 et 25 m. s ^"1 . La distance L peut être avantageusement comprise entre 100m et 1000m (mais L pourrait être supérieure à 1000m ou inférieure à 100m). L'écart δ correspond à un ratio de la distance L, par exemple inférieur ou égal à 10% de cette distance L. L'écart δ pourrait être nul.

La machine 100 comprend un dispositif de mise en contact de la pièce à découper 3 et de la nappe de fil 1 (non représenté). Le dispositif comporte un système d'entraînement en déplacement de la pièce à découper 3 selon une deuxième direction F ₂ orthogonale à la première direction définie par les sens de déplacement aller Fi et retour F- et orthogonale au plan dans lequel s'étend la nappe de fil 1 entre les guide-fils supérieurs 2A et 2B, comme représenté sur la figure 2. Par exemple, la brique 3 est posée sur une table mobile en translation verticale (c'est-à-dire selon la direction définie par la flèche F ₂ ), et un moteur permet de déplacer la table verticalement de sorte à amener la pièce 3 en contact avec la nappe de fil 1 et à maintenir ce contact pendant l'usinage de sillons dans la brique 3. Sur les figures 1 et 2, la référence 12 désigne l'emplacement ou zone de passage de la pièce à découper durant la découpe. En variante, le dispositif de mise en contact pourrait être adapté pour déplacer le fil de découpe par rapport à la brique à découper. La machine 100 comprend également une ou plusieurs buses d'arrosage 4 destinées à arroser le fil 1 avec un liquide de coupe, appelé « coolant » en anglais. Le liquide de coupe contient ici de l'eau et au moins un additif constitué par un agent surfactant ou mouillant (de l'ordre de 0,01 à 1 % en poids d'additif). Le liquide de coupe est destiné à former sur le fil de coupe 1 une enveloppe liquide ayant notamment pour rôle de charrier (c'est-à-dire d'emporter, de transporter) des copeaux de matière et/ou autres contaminants en dehors de la zone d'usinage (c'est-à-dire en dehors des sillons). Les buses d'arrosage 4 sont ici disposées le long d'une ligne parallèle aux axes longitudinaux des guides fils afin d'asperger la nappe sur toute sa largeur (ou « profondeur »). Elles peuvent être disposées entre les deux guide-fils supérieurs 2A, 2B, en amont de l'emplacement 12 de la brique 3 dans le sens aller F-i , comme représenté sur les figures 1 et 2. Selon l'invention, la machine de découpe 100 comprend également un ou plusieurs modules acoustiques de mise en vibration du fil 1 . Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 , la machine 100 comprend deux modules acoustiques 6A, 6B. Ces modules acoustiques sont destinés à produire des vibrations sous l'action d'ultrasons et à transmettre ces vibrations aux portions de fil situées dans les sillons en cours d'usinage. Chaque module acoustique 6A (6B) comprend :

- une alimentation électrique de puissance 1 1 A (1 1 B) ;

- un générateur de fréquences ultrasons (non représenté) ;

- un convertisseur destiné à transformer le signal électrique fourni par le générateur de fréquences en déplacement mécanique, par effet piézoélectrique, et plus précisément ici en vibrations mécaniques. En d'autres termes, le convertisseur est adapté pour convertir de l'énergie électrique en énergie vibratoire ;

- une pièce, ici métallique, appelée sonotrode 7A (7B), apte à se contracter et à se dilater afin de restituer l'énergie vibratoire produite à un élément. De façon optionnelle, le module acoustique 6A (6B) peut comprendre un amplificateur ou « booster » destiné à amplifier la vitesse du son et, par voie de conséquence, l'amplitude des vibrations mécaniques. Un module ou ensemble acoustique est un dispositif qui a pour fonction de transformer un signal électrique en mouvement, d'amplifier si besoin ce mouvement, et de le transmettre à un outil qui est la sonotrode.

La sonotrode 7 A (7B) est réalisée en un matériau qui est adapté pour se contracter et se dilater sous l'action d'ultrasons, constitué ici d'un alliage d'aluminium. Elle constitue l'outil qui permet de récupérer l'énergie vibratoire générée pour utilisation.

La géométrie de la sonotrode 7A (7B) est adaptée à l'application souhaitée. Elle a avantageusement ici une forme de cylindre. Son axe longitudinal est disposé verticalement. Elle possède une fréquence de résonnance /. La partie comportant le générateur de fréquence et le convertisseur, d'une part, et la sonotrode 7A (7B), d'autre part, sont accordées : la partie générateur-convertisseur est adaptée à une plage de fréquence contenant la fréquence de résonnance / de la sonotrode, par exemple la plage comprise entre / - 1000Hz et / + 1000Hz. La longueur d'onde correspondante est déterminée par la vitesse v de déplacement du son dans le matériau constituant la sonotrode à l'aide de la relation : λ = - . Le diamètre de la sonotrode est avantageusement très inférieur à ¼ de cette longueur d'onde, par exemple inférieure ou égale à 1 /8 de cette longueur d'onde. En fonctionnement, la sonotrode résonne en fréquence en se contractant et en se dilatant x fois par seconde (x correspondant à la fréquence /) dans une amplitude pouvant varier de quelques micromètres à quelques centaines de micromètres. La fréquence ultrason utilisée par les modules acoustiques 6A, 6B (c'est- à-dire celle générée par le générateur de fréquence) est par exemple comprise entre 1 6 kHz et 100 kHz, de préférence supérieure à 20 kHz pour éviter les nuisances sonores. Les fréquences basses permettent une plus grande efficacité en termes d'évacuation des copeaux. En variante, les modules acoustiques pourraient générer une bande de fréquences comprises dans la plage indiquée. Le générateur de chaque module acoustique 6A (6B) est destiné à générer un courant électrique haute tension et haute fréquence. Le générateur peut être apte à générer une fréquence donnée ou à une bande de fréquences donnée (cas d'un générateur multi-fréquences).Dans l'exemple particulier de réalisation décrit ici, le générateur est adapté pour scanner de façon automatique une gamme de fréquences ultrasonores et pour se caler sur la fréquence de résonnance de la sonotrode 7A (7B), par une opération de réglage dite de « tuning ». Cette opération de réglage peut être mise en œuvre lors d'une phase initiale de configuration avant la découpe et, de façon automatique, tout au long de la découpe afin de suivre la fréquence de résonance et/ou éviter une dérive de fréquence, de sorte à conserver une amplitude de vibrations constante. En variante, le générateur peut être réglé en usine ou manuellement par un opérateur avant utilisation pour être accordé avec la fréquence de résonance de la sonotrode. La sonotrode 7A (7B) est solidaire d'un réservoir 8A (8B) destiné à être rempli par un fluide dit « fluide de transmission » et adapté pour être traversé par la nappe de fil 1 . Ce réservoir 8A (8B) permet de transmettre au fil 1 l'énergie vibratoire restituée par la sonotrode, par l'intermédiaire du fluide de transmission dans lequel le fil 1 est partiellement immergé. Dans l'exemple de réalisation décrit ici, une cavité est ménagée dans la surface supérieure de la pièce métallique de la sonotrode 7A (7B) et forme le réservoir 8A (8B) de fluide de transmission. La cavité est ici constituée par une encoche, ou rainure, ayant une forme de U en section transversale, qui traverse diamétralement la surface supérieure de la sonotrode. La cavité est ainsi ouverte à ses deux extrémités longitudinales dites « avant » et « arrière » (en référence au sens de déplacement de la nappe de fil). Elle est conformée pour recevoir la nappe de fils et être traversée par celle-ci. Le réservoir 8A (8B) est destiné à être alimenté en liquide de transmission 10A (10B) par une buse d'alimentation 9A (9B) reliée à un réservoir de liquide de transmission (non représenté). Le réservoir 8A (8B) rempli de liquide forme un bain qui est alimenté de sorte à réaliser un bain à débordement. Le liquide déborde essentiellement par les extrémités avant et arrière ouvertes du bain. Un remplissage continu du bain pendant toute la durée de l'opération de découpe peut ainsi être assuré, ce qui garantit l'immersion de la nappe filaire dans le liquide de transmission pendant toute la découpe.

La hauteur du bain doit être adaptée pour assurer une bonne transmission de l'énergie vibratoire ultrasonore au fil 1 . Elle est par exemple comprise entre 1 mm et 10mm. En particulier, le fil doit être immergé dans le bain. Notons également que l'amplitude de vibration de la sonotrode est avantageusement adaptée pour ne pas atomiser le liquide de transmission. De plus, l'écoulement du liquide en débordement ne doit pas induire de perturbations dans le bain, celles-ci étant susceptibles de nuire à la bonne transmission des vibrations. La longueur du bain (selon la direction déterminée par les sens de déplacement aller Fi et retour F- ) est ici comprise entre 1 et 40 cm, par exemple entre 1 et 20 cm. La largeur du bain (selon la direction parallèle aux axes longitudinaux des guide-fil) est légèrement supérieure à la largeur (ou profondeur) de la nappe de fil 1 . La nappe de fil 1 peut avoir une largeur (ou profondeur) comprise par exemple entre environ 0, 2 m et 1 m. Toutefois, l'invention s'applique à toute largeur de nappe, et à un seul fil de découpe.

Dans une variante de réalisation, la machine de découpe 100 comprend différents ensembles ou modules acoustiques, disposés côte à côte en parallèle le long d'une ligne parallèle aux axes longitudinaux des guide-fil 2A-2C, et respectivement destinés à recevoir différentes portions de la nappe de fil 1 . Dans ce cas, les parois latérales des bains ont une épaisseur réduite, par exemple inférieure ou égale à 100μηι, de manière à ne pas gêner le passage de la nappe de fils. En variante, seuls les deux bains d'extrémité de la pluralité de bains voisins possèdent chacun une paroi latérale d'extrémité, les bains intermédiaires étant dépourvus de parois pour faciliter le passage de la nappe de fil 1 . Le liquide de transmission est adapté pour assurer la transmission des vibrations produites par ultrason au fil 1 qui est immergé dans le bain 8A (8B). Il est en outre avantageusement adapté pour ne pas endommager le fil 1 . Il contient par exemple de l'eau, ou de l'eau dé-ionisée, pouvant incorporer un ou plusieurs additif(s), notamment un agent mouillant ou surfactant. L'agent mouillant ou surfactant permet d'améliorer le mouillage du fil par le liquide et d'éviter la formation de petites bulles d'air sur les poussières et/ou les diamants liés au fil, qui seraient susceptibles de perturber la transmission des ondes vibratoires. Le liquide de transmission peut contenir un adjuvant destiné à augmenter sa viscosité et sa tension superficielle, de manière à le rendre visqueux, et permettre ainsi de limiter la vitesse d'écoulement du liquide en débordement. Par exemple, un adjuvant au liquide de transmission peut être le produit « SURFADONE® » fabriqué par la société ASHLAND.

Le liquide de transmission 10A (10B) pourrait jouer le rôle de liquide de découpe 4. Dans ce cas, et le liquide de transmission et de découpe serait renouvelé par des buses d'alimentation, telles que les buses 9A et 9B, disposées au-dessus du bain. Les buses d'arrosage 4 pourraient donc être supprimées

Chaque module ou ensemble acoustique 6A (6B) est positionné le long de la nappe de fil 1 entre l'emplacement 12 de la pièce à découper 3 en cours d'usinage (représenté par deux traits en pointillés sur les figures 1 et 2) et le guide-fils 2A (ou 2B) le plus proche. Ainsi, le module acoustique 6A est positionné entre le guide-fils 2A et l'emplacement 12, et le module acoustique 6B est positionné entre le guide-fils 2B et la zone de passage 12. Chaque ensemble acoustique 6A (6B) est positionné directement à proximité de l'emplacement 12 de la pièce à découper 3. Cela signifie qu'il n'y a aucun élément interposé entre l'ensemble acoustique 6A (6B) et la pièce à découper 3 pendant la découpe (hormis la nappe de fils qui traverse les bains 8A, 8B et la pièce 3). En référence à la figure 2, la distance « d » séparant chaque ensemble acoustique 6A (6B), notamment chaque bain 8A (8B), et la zone 12 de passage de la brique à découper 3, le long du trajet du fil, est par exemple inférieure ou également à 50 cm, préférentiellement inférieure ou égale à 10cm. Lors de la découpe d'une brique 3, le voisinage direct (c'est-à-dire sans interposition d'élément susceptible de dégrader, voire d'empêcher, la transmission de l'énergie vibratoire) entre chaque bain 8A (respectivement 8B) de transmission d'énergie ultrasonore et la brique à découper 3 permet d'optimiser la transmission de l'énergie vibratoire via le fil dans les sillons en cours d'usinage. De surcroît, la distance réduite d entre chaque bain 8A (respectivement 8B) et la brique 3, autrement dit la proximité entre le bain et la pièce à découper, améliore encore cette transmission de l'énergie vibratoire au sein des sillons de découpe.

Les vibrations produites par chaque module acoustique et appliquées au fil 1 sont adaptées de sorte à faire vibrer le fil 1 de manière tridimensionnelle. En définitive, le fil vibre dans toutes les directions dans un tube virtuel.

Le fil mis en vibration par ultrasons amène de l'énergie vibratoire à l'intérieur du sillon de découpe, ce qui a pour effet d'améliorer l'extraction des copeaux et autres contaminants hors des sillons. Grâce à cela, la vitesse de découpe de la brique ainsi qu'éventuellement la vitesse d'entraînement du fil peuvent être augmentées. Il en résulte une meilleure productivité de la machine de découpe 100.

L'invention présente d'autres avantages : elle permet un nettoyage du fil ainsi que de la surface des plaquettes découpées, grâce à un détachement des débris de la surface du fil et des surfaces des plaquettes sous l'action de l'énergie vibratoire véhiculée par le fil. En outre, les plaquettes fabriquées présentent un état de surface amélioré. En sortie des sillons, les copeaux et autres contaminants extraits tombent vers le fond de la machine et sont récupérés par un dispositif d'évacuation des déchets (non représenté). On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, le procédé de découpe d'une pièce, en l'espèce un brique de silicium monocristallin 3, selon un mode de réalisation particulier de l'invention. Le procédé est mis en œuvre par la machine de découpe 100 des figures 1 et 2 et correspond au procédé de fonctionnement de cette machine.

Le procédé comprend une étape E1 d'entraînement en déplacement de la nappe filaire 1 . La nappe 1 est ici entraînée de façon alternée (ou séquentielle) dans le sens aller Fi puis dans le sens retour F- . Le déplacement aller s'effectue sur une distance linéaire L, tandis que le déplacement retour s'effectue sur une distance linéaire L-δ. Par exemple L est de l'ordre de 100m et δ de l'ordre de 5m. L'écart δ entre le déplacement en sens aller et le déplacement en sens retour permet d'assurer un renouvellement du fil 1 .

Concomitamment à l'étape E1 , le procédé comprend une étape E2 de mise en contact de la pièce à découper, ici la brique de silicium 3, et de la nappe de fil 1 . Lors de cette étape E2, la brique 3 et la nappe de fil 1 sont entraînées en déplacement relatif selon une direction orthogonale au plan de la nappe. Dans le mode de réalisation décrit ici, c'est la brique 3 qui est entraînée en déplacement dans le sens F ₂ (vers le bas sur la figure 2) orthogonal au plan de la nappe entre les deux guides supérieurs 2A, 2B, de sorte à entrer en contact avec la nappe de fil 1 . La direction de déplacement relatif de la pièce et du fil pour les mettre en contact est orthogonale à la direction d'entraînement en déplacement du fil pour la découpe.

La mise en contact de la brique 3 et de la nappe de fil 1 et l'entraînement en déplacement concomitant de la nappe de fil 1 dans le sens Fi ou F- ont pour effet de former ou creuser des sillons dans la brique 3. Le procédé comprend une étape E3 d'arrosage de la nappe de fil 1 avec un liquide de coupe ou « coolant » par les buses 4. Cette étape est mise en œuvre de façon continue pendant toute l'opération de découpe. Le procédé comprend également, selon l'invention, une étape de mise en vibration E4 lors de laquelle on soumet à des vibrations les portions de fil 1 situées dans les sillons en cours d'usinage, ces vibrations étant produites par ultrason. A cet effet, la nappe de fil 1 traverse au moins une zone (ici deux zones constituées par les bains 8A, 8B) contenant le fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées. Les zones de fluide de transmission étant situées au voisinage direct de la pièce à découper 3, on applique ainsi au fil 1 des vibrations qui sont transmises à l'intérieur du sillon. Les vibrations appliquées sont adaptées de sorte à faire vibrer les portions de fil situées à l'intérieur des sillons de manière tridimensionnelle. Cette étape E4 est concomitante aux étapes E1 à E3. Lors de l'étape E4, on soumet chacune des sonotrodes 7A, 7B à des ultrasons. La fréquence ultrason appliquée est adaptée pour faire résonner chaque sonotrode 7A (7B) de sorte à ce qu'elle se contracte et se dilate avec une fréquence de résonnance donnée. Cette fréquence est par exemple comprise entre 1 6kHz et 100kHz. L'énergie vibratoire est restituée au bain correspondant 8A (8B) par la sonotrode 7A (7B). La nappe de fil 1 traverse les bains 8A, 8B contenant le fluide de transmission auquel des vibrations produites par ultrason sont restituées. Ces bains 8A, 8B étant situés au voisinage direct de la pièce à découper 3, c'est-à-dire sans élément interposé entre les bains et la pièce, les vibrations sont transmises à l'intérieur du sillon par le fil 1 . L'énergie vibratoire est ainsi amenée à l'intérieur des sillons par le fil 1 qui véhicule cette énergie.

Concomitamment à l'étape de mise en vibration E4, le procédé comprend une étape E5 d'alimentation en liquide 10A, 10B des réservoirs 8A, 8B. Les buses d'aspersion ou d'alimentation 9A, 9B alimentent les réservoirs 8A, 8B de façon continue (ou permanente) pendant toute la durée de l'opération de découpe de sorte à réaliser des bains à débordement qui demeurent remplis pendant toute la découpe. Les bains ainsi réalisés dans les réservoirs 8A, 8B forment chacun un film de liquide dans lequel une portion de la nappe de fil 1 en mouvement est immergée. L'alimentation des bains doit être adaptée pour limiter, voire éviter, les remous.

Le fait d'immerger une portion de la nappe de fil 1 dans un bain de liquide afin de transmettre au fil 1 de l'énergie vibratoire permet de s'affranchir d'une contrainte de positionnement extrêmement précis du fil 1 par rapport à la sonotrode 7A (ou 7B). En effet, dans l'hypothèse où l'énergie vibratoire serait transmise au fil 1 directement (sans liquide intermédiaire de transmission) par la sonotrode 7 A (ou 7B), il faudrait positionner la nappe de fil 1 de sorte à ce que la distance entre le fil et la sonotrode soit de l'ordre de quelques microns. Une telle précision est cependant limitée par les variations de diamètre du fil 1 dues à la présence ou non de grains abrasifs et par des vibrations « parasites » du fil 1 résultant notamment du fait que le fil est entraîné en déplacement à une vitesse très rapide.

Dans le mode de réalisation particulier décrit ici, les deux bains 8A, 8B fonctionnent simultanément durant l'opération de découpe. Le fonctionnement simultané des deux bains 8A et 8B (aval et amont, ou inversement, selon le sens de déplacement du fil) permet s'assurer que l'énergie vibratoire pénètre profondément dans les sillons et ainsi couvre toute la longueur des sillons.

Dans une première variante de réalisation, on pourrait envisager de faire fonctionner l'un seul des deux bains 8A (ou 8B) , lorsque la nappe de fil 1 circule dans le sens F-i , et l'autre bain 8B (ou 8A) , lorsque la nappe de fil 1 circule dans l'autre sens F-i '. Par exemple, selon le sens de déplacement de la nappe de fil 1 , seul le bain situé en amont de la pièce à découper pourrait fonctionner, à savoir le bain 8A pour le sens de déplacement Fi du fil 1 et le bain 8B pour le sens de déplacement F- du fil 1 . Dans une deuxième variante de réalisation, on pourrait faire fonctionner l'un seul des bains 8A (ou 8B) quel que soit le sens de déplacement du fil 1 . LA machine de découpe pourrait être équipée d'un seul module acoustique 6A (ou 6B).

L'énergie vibratoire amenée dans les sillons en cours d'usinage par la mise en vibration du fil a pour effet d'améliorer l'évacuation des copeaux et autres contaminants. Les portions de fil 1 , enveloppées du liquide de coupe, jouent le rôle de fils porteurs. Elles charrient, transportent et emmènent vers l'extérieur des sillons les copeaux et autres contaminants. Après la sortie des sillons, les copeaux et autres contaminants sont déversés au fond de la machine et sont évacués par un dispositif d'évacuation des déchets (non représentés).

Grâce à l'invention, sous l'effet de l'énergie vibratoire amenée dans les sillons de découpe par la nappe de fil 1 mise en vibration, l'extraction des copeaux et autres contaminants de la zone usinage est améliorée. Il en résulte un gain en vitesse de découpe. De surcroît, l'effet de « bow » ou d'arc, correspondant à une courbure ou déflexion ou déformation du fil 1 dans la zone de découpe induite par la découpe au fil (analogue à celui observé lors de la découpe au fil d'une motte de beurre) est fortement diminué.

Dans un deuxième mode de réalisation du procédé, il est prévu une étape E6 de détection d'une déformation des portions de fil situées dans les sillons de découpe ou au voisinage de ceux-ci. A cet effet, on peut utiliser des capteurs optiques ou capacitifs ou inductifs. Durant la découpe, les portions de fil 1 situées dans les sillons sont susceptibles de se courber en formant un arc ou « bow » (en anglais). Lors de cette étape de détection E6, on mesure une déformation du fil au niveau des sillons et on détecte si elle est supérieure à un seuil S prédéfini. Une étape d'asservissement E7 permet ensuite d'asservir les positions verticales relatives des bains 8A, 8B et de la pièce à découper 3 en fonction de la déformation mesurée de manière à assurer une immersion continue d'une portion de la nappe de fil dans le bain 8A, 8B pendant toute la durée de l'opération de découpe. Lors de l'étape d'asservissement E6, sur détection d'une déformation du fil 1 , une commande d'asservissement est transmise à un module de commande qui contrôle le déplacement de la pièce à découper 3. La commande d'asservissement commande un déplacement vertical de la pièce à découper 3, fonction de la déformation détectée, les modules acoustiques 6A et 6B étant fixes. En variante, on pourrait envisager de déplacer les modules acoustiques 6A, 6B par rapport à la pièce à découper 3.

Dans la description qui précède, le fil 1 est un fil diamanté. L'invention peut s'appliquer à tout type de fil à abrasif lié. L'invention pourrait également s'appliquer à un fil à abrasif libre, c'est-à-dire à un fil coopérant avec une solution intégrant un produit abrasif, par exemple sous forme de grains d'abrasif libres. Dans ce cas, le procédé comprend une étape d'arrosage du fil avec un liquide de coupe intégrant des grains abrasifs. Cette étape peut correspondre à l'étape d'arrosage 3 précédemment décrite. Les buses d'arrosage 4 sont dans ce cas destinées à arroser le fil 1 avec le liquide de coupe intégrant le produit abrasif.

Dans la description qui précède, les réservoirs de liquide de transmission sont ouverts sur le dessus. Afin d'améliorer l'efficacité de la transmission des vibrations, le réservoir d'un module acoustique peut être fermé et former une chambre de pression autour des fils. Dans ce cas, le réservoir est fermé par un élément de fermeture. L'élément de fermeture peut être un capuchon conformé pour s'emboîter sur la partie supérieure de la sonotrode. Il est éventuellement doté d'un joint torique assurant un centrage et un maintien du capuchon sur la sonotrode. En variante, l'élément de fermeture peut être une enclume conformée pour être positionnée au-dessus de la sonotrode, notamment au-dessus du réservoir. En variante, l'enclume peut être une deuxième sonotrode active, contribuant à la mise en vibration du fil. Une distance par exemple comprise entre 0,2 et 0,5 mm est avantageusement prévue entre le haut du réservoir de la sonotrode et la surface en vis-à-vis de l'élément de fermeture. Le liquide de transmission peut être introduit dans le réservoir par un conduit traversant ménagé dans l'élément de fermeture.