DE10103592B4

DE10103592B4 - Säge zum Zerteilen von Materialien in dünne Scheiben, insbesondere zum Zerteilen von Wafern aus Silizium

Info

Publication number: DE10103592B4
Application number: DE2001103592
Authority: DE
Inventors: Ernst Spielvogel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: DE10103592A1

Abstract

Säge zum Zerteilen von Materialien in dünne Scheiben, insbesondere zum Zerteilen von Wafern aus Silizium, mit zumindest einem drehbaren Sägewerkzeug als Trennteil, wobei das Sägewerkzeug für das Zerteilen des Materials in einzelne Scheiben um das zu zerteilende Material herum bewegbar ausgebildet und das als Sägeblatt ausgebildete Sägewerkzeug auf einer zum Sägeblatt gleichgerichteten Trägerform angeordnet ist, welche um eine rechtwinklig zum Trennbauteil vorgesehene Achse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennbauteil als Gatter mit wenigstens einem Sägewerkzeug (1; 2) ausgebildet ist, dass das Gatter (Trägerform 3) um eine rechtwinklig zum Verlauf des Trennbauteiles vorgesehene Drehachse drehbar ist und an beiden äußeren Enden Auskragungen (4) mit Spanneinrichtungen (5) für das Einspannen des mindestens einen Sägewerkzeuges (1; 2) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Säge zum spanenden Trennen von Materialien in dünne Scheiben. Unter dünnen Scheiben können zum Beispiel Wafer aus Silizium oder andere Hartstoffe verstanden werden. Solche Scheiben können dünner als 1 mm sein. Auch dickere Scheiben wie Natursteinfliesen mit 5 bis 10 mm Dicke werden als dünn angesehen. Bei solchen Abmessungen entstehen Schnittverluste, welche häufig in einem schlechteren Verhältnis Material : Werkstück als 1:1 zueinander stehen. Der Materialverlust durch die Schnittfuge der Werkzeuge ist also größer als das Werkstück. Mit dem zunehmenden Bedarf dünner Scheiben werden nicht nur größere Produktionsraten gewünscht, sondern findet die Materialausbeute immer größere Beachtung.

Die konventionellen Sägeverfahren mit Kreissägen verschiedenster Art sind häufig mit schlechter Materialausbeute verbunden oder erreichen nicht die größeren Werkstückabmessungen.

Das konventionelle Gattersägen mit linearen Sägeblättern, mit losem oder gebundenem Schneidkorn, bietet allenthalben eine günstigere Materialausbeute. Die kinematischen Bedingungen an der Schneidkante der Sägeblätter sind jedoch mit Problemen belastet, so dass zum Beispiel das an sich gute Schneidpotential der Sägediamanten kaum ausgenutzt werden kann. Hinzu kommt, dass beim Gattern wegen des dauernden periodischen Richtungswechsels keine größere Schnittgeschwindigkeit erzielbar ist. Mittlere Sägeblattgeschwindigkeiten von 1,5 bis 2,5 m/sec sind bereits groß. Wegen des dauernden Richtungswechsels neigt auch das Schneidkorn zum vorzeitigen Ausbruch. Mit der Reduzierung der Belastung schließlich wird die Mindesteingriffskraft am Schneidkorn nicht erreicht.

Die Sägeblätter rutschen mehr oder weniger ohne Eingriff über das zu trennende Material. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde ein Verfahren vorgeschlagen wie es zum Beispiel in der Deutschen Patentschrift DE 3931837 beschrieben wird.

Dünne Schnittfugen zur Erzielung kleinerer Materialverluste bedeuten andererseits auch recht labile und schwache Werkzeuge, welche durch die Prozesskräfte abgedrängt werden können. Die Produktionsrate, Oberflächenqualität, Materialausbeute usw. leiden darunter sehr. Die Fertigung wird durch größere Schnittzugabe für die Endbearbeitung zusätzlich verteuert. Das hat Gültigkeit im wesentlichen für das Trennen mit Kreissägen, Seilsägen oder linearen Gattersägen. Zum Teil auch ursächlich in der Werkzeugspannung begründet.

Die Erfindung hat zum Ziel eine Säge zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet und die große Schnittgeschwindigkeit der Kreissäge-Technik mit der besseren Spannmöglichkeit der linearen Sägewerkzeuge verbindet.

Die rotierende Werkzeugbewegung hat den unbestrittenen Vorteil der großen Schnittgeschwindigkeit und der gleichbleibenden Kraftrichtung am Schneidkorn. Nachteil ist die relativ geringe Formstabilität gegen Seitenkräfte. Größere Formstabilität wäre jedoch mit größerer Werkzeugdicke, größerem Materialverlust und schließlich teueren Werkzeugen verbunden. Die Anzahl der Trennscheiben wäre zudem begrenzt.

Beim herkömmlichen Gattern kann zwar die Anzahl der Sägewerkzeuge sehr groß sein, wegen der kleinen Schnittgeschwindigkeit jedoch bleiben die Produktionsraten klein.

Eine Alternative für teuere Materialien, wie zum Beispiel Silizium-Wafer, war die Innenlochsäge mit Diamanttrennscheiben. Die Innenlochsäge als Einschnittsäge, kann die Anforderungen hinsichtlich der Kapazität als auch der Werkstückabmessungen meist nicht mehr erfüllen. Eine solche Säge wird zum Beispiel in der DE 2819420 A1 beschrieben.

Die Erfindung schafft in vorteilhafter Weise eine Säge bei welcher die Sägewerkzeuge im wesentlichen in der Art der Gattersägeblätter ausgebildet sind. Die Sägeblätter werden nicht linear oder pendelnd hin und her bewegt. Die Sägeblätter rotieren um einen Drehpunkt.

Mit dieser Anordnung des Trennbauteiles wird ein Flugkreis mit dem Radius des Abstandes zum Drehmittelpunkt der Trägerform gebildet. Die äußere Form des Sägewerkzeuges zum Werkstück hin wird in vorteilhafter Weise kreisbogenförmig mit Diamantschneidsegmenten besetzt.

Zum besseren Massenausgleich wird das Trennbauteil mit zwei Gattern gebildet. Die Schneidsegmente sind bei versetzter Anordnung und gegenüberliegend im Takt im Eingriff. Die Anordnung der Schneidsegmente im Flugkreis bewirken einen ziehenden Schnitt. Die Sägewerkzeuge brauchen deshalb nur in der Längsrichtung gespannt werden. Die Dicke der Sägewerkzeuge wird nur von den Einsatzbedingungen bestimmt.

Die Schnittgeschwindigkeit dieser Säge kann um ein Vielfaches größer sein als dies bei pendelnder Gatterbewegung vorstellbar ist. Die Schnittgeschwindigkeit des Trennbauteiles liegt bei 20 bis 45 m/sec und darüber.

Die Befestigung des Materials und der Schneidvorschub-Antrieb kann in vielfältiger Art und bekannter Weise ausgeführt werden.

Beschreibung zur 1 und 2
1 zeigt die Vorderansicht der Säge in der Anordnung von gegenüberliegenden Sägewerkzeugen (1) und (2) als 2 Gatter, die Trägerform (3) mit den Auskragungen (4) und den Spanneinrichtungen (5) für die Sägewerkzeuge (1) und (2) mit kreisbogenförmig angeordneten Schneidkörpern (6) sowie hilfsweise das Material (7) und mit der in Pfeilrichtung (8) angedeuteten Drehung um die Achse (9) der Trägerform (3) mit den Sägewerkzeugen (1) und (2).
2 zeigt in der Seitenansicht der Säge die seitliche Versetzung der Sägewerkzeuge (1) und (2) sowie die Trägerform (3) mit der Achse (9) zum Drehen der Trägerform.

Claims

Säge zum Zerteilen von Materialien in dünne Scheiben, insbesondere zum Zerteilen von Wafern aus Silizium, mit zumindest einem drehbaren Sägewerkzeug als Trennteil, wobei das Sägewerkzeug für das Zerteilen des Materials in einzelne Scheiben um das zu zerteilende Material herum bewegbar ausgebildet und das als Sägeblatt ausgebildete Sägewerkzeug auf einer zum Sägeblatt gleichgerichteten Trägerform angeordnet ist, welche um eine rechtwinklig zum Trennbauteil vorgesehene Achse drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennbauteil als Gatter mit wenigstens einem Sägewerkzeug (1; 2) ausgebildet ist, dass das Gatter (Trägerform 3) um eine rechtwinklig zum Verlauf des Trennbauteiles vorgesehene Drehachse drehbar ist und an beiden äußeren Enden Auskragungen (4) mit Spanneinrichtungen (5) für das Einspannen des mindestens einen Sägewerkzeuges (1; 2) aufweist.
Säge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennbauteil zwei Gatter sind aus gegenüberliegenden, gleichgerichteten und in der gleichen Trennfuge arbeitende Sägewerkzeuge.
Säge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennbauteil zwei Gatter sind aus gegenüberliegenden, gleichgerichteten und in seitlich versetzten Trennfugen arbeitende Sägewerkzeuge sind.
Säge nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des Trennbauteils zum Drehpunkt der Trägerform einen radialen Versatz aufweist.
Säge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennbauteil für lose und/oder gebundene Schneidkörner als Trennmaterial ausgebildet ist.
Säge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennbauteil und Trägerform mit variabler Drehfrequenz bewegbar ist.
Säge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung der Trennbauteile mit an sieh bekannten Mitteln, mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder thermisch erzeugbar ist.
Säge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien zum Trennbauteil hin, dem Vorschub überlagernd, linear und/oder rotierend bewegbar ist.
Säge nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubrichtung des Trennbauteiles gegen das Material gerichtet ist.
Säge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschubrichtung des Materials gegen das Trennbauteil gerichtet ist.