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Gegenstand
der Erfindung ist eine Drahtsäge
zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück beim Durchtritt des Werkstücks durch
ein Drahtgatter, mit einem Schwenktisch und einer Antriebseinheit,
die eine schaukelnde Bewegung eines mit dem Schwenktisch verbundenen
Werkstücks
bewirkt, wobei der Schwenktisch eine Trägerplatte und einen beweglichen
Werkstücktisch
umfasst, die durch eine Lagerung in Verbindung stehen. Gegenstand
der Erfindung ist auch eine Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben
von einem Werkstück
beim Durchtritt des Werkstücks
durch ein Drahtgatter, mit einem schwenkbaren Sägekopf und einer Antriebseinheit,
die eine schaukelnde Bewegung eines vom Sägekopf gebildeten Drahtgatters
bewirkt, wobei der Sägekopf über eine
Lagerung mit einem Maschinenrahmen in Verbindung steht. Gegenstand
der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben
von einem Werkstück.
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Eine
Drahtsäge
der genannten Gattung ist geeignet, um sehr dünne Scheiben von einem Werkstück abzutrennen.
Sie ist besonders geeignet, um Halbleiterscheiben von einem Kristall
abzutrennen. Die Herstellung solcher Scheiben verlangt eine besondere
Präzision
beim Abtrennen, und es hat sich im Hinblick darauf als vorteilhaft
erwiesen, dass das Werkstück
oder der Sägekopf
beim Abtrennen der Scheiben eine schaukelnde Bewegung ausführen, durch
die die Eingriffslänge
des Sägedrahtes
in das Werkstück
verkürzt
wird.
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Die
EP 953416 A2 beschreibt
eine solche Drahtsäge
und die damit erzielbaren Vorteile im Hinblick auf die Ebenheit
und Parallelität
der Seiten von damit abgetrennten Scheiben. Durch das schaukelnde
(oszillierende) Bewegen des Werkstücks oder des Sägekopfs
werden die Sägedrähte und
das Werkstück
zusätzlich
belastet, wobei die Belastung in den Endlagen der Bewegung, wenn
die Geschwindigkeit der Drehbewegung gegen Null geht und wo am meisten
Material gesägt
werden muss, am höchsten
ist. Weiterhin führen
die ständigen Änderungen
der Bewegungsrichtung mit gleichen Umkehrpunkten bei den mechanischen
Führungs-
und Lagereinheiten dazu, dass die Führungen und Lager frühzeitig
verschleißen.
Zudem ist es schwierig, die Lager gegen die die Trennung der Scheiben
bewirkende Schleifmittelsuspension ("slurry") abzudichten.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drahtsäge der genannten
Art bereitzustellen, bei deren Betrieb die geschilderten Schwierigkeiten
nicht auftreten.
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Gegenstand
der Erfindung ist eine Drahtsäge
zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück beim Durchtritt des Werkstücks durch
ein Drahtgatter, mit einem Schwenktisch und einer Antriebseinheit,
die eine schaukelnde Bewegung eines mit dem Schwenktisch verbundenen
Werkstücks
bewirkt, wobei der Schwenktisch eine Trägerplatte und einen beweglichen
Werkstücktisch
umfasst, die durch eine Lagerung in Verbindung stehen, die gekennzeichnet
ist durch ein System von Blattfedern, die das Werkstück an Endlagen
der schaukelnden Bewegung um eine Höhe h von dem Drahtgatter weg bewegen
und die Lagerung bilden.
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Die
Blattfedern sind vollkommen unempfindlich sowohl gegenüber einer
häufigen
Bewegungsumkehr, als auch gegenüber
dem Einwirken einer Schneidmittelsuspension. Darüber hinaus werden sie erfindungsgemäß dazu eingesetzt,
um den Abstand zwischen dem Drahtgatter und dem Werkstück an den
Endlagen der schaukelnden Bewegung zu vergrößern, wodurch die in diesen
Positionen auf das Werkstück
und das Drahtgatter einwirkenden Kräfte reduziert werden.
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Da
die erfindungsgemäße Wirkung
auch durch eine Bewegung des das Drahtgatter bildenden Sägekopfes
hervorgerufen werden kann, ist der Gegenstand der Erfindung auch
eine Drahtsäge
zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück beim Durchtritt des Werkstücks durch
ein Drahtgatter, mit einem schwenkbaren Sägekopf und einer Antriebseinheit,
die eine schaukelnde Bewegung eines vom Sägekopf gebildeten Drahtgatters
bewirkt, wobei der Sägekopf über eine
Lagerung mit einem Maschinenrahmen in Verbindung steht, die gekennzeichnet
ist durch ein System von Blattfedern, die die Lagerung bilden und
das Drahtgatter an den Endlagen der schaukelnden Bewegung um eine
Höhe h
von dem Werkstück
weg bewegen.
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Gegenstand
der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben
von einem Werkstück
mit einer Drahtsäge,
wobei das Werkstück,
ein Drahtgatter der Drahtsäge
oder beide gemeinsam eine schaukelnde Bewegung ausführen, während das
Werkstück
mit dem Drahtgatter in Kontakt steht, das dadurch gekennzeichnet
ist, dass der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Drahtgatter an Endlagen
der schaukelnden Bewegung um einen Abstand h vergrößert wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Figuren näher erläutert. Es sind nur solche Merkmale
dargestellt, die zur Beurteilung der vorliegenden Erfindung von
Bedeutung sind.
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1 zeigt
im Wesentlichen den Schwenktisch und den Sägekopf mit dem Drahtgatter
einer Drahtsäge,
die den Stand der Technik repräsentiert.
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Die 2a, 2b zeigen
im Wesentlichen den Schwenktisch und den Sägekopf mit dem Drahtgatter
einer erfindungsgemäßen Drahtsäge.
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In 3 ist
ein Schwenktisch gemäß 2a mit
weiteren Merkmalen dargestellt.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäß ausgebildete
Drahtsäge
in einer umfassenderen Darstellung.
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In
den 5, 6, 6a und 6b sind weitere
Ausführungsformen
eines Schwenktisches einer erfindungsgemäßen Drahtsäge dargestellt.
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7 zeigt
im Wesentlichen den schwenkbaren Sägekopf einer erfindungsgemäßen Drahtsäge.
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In 8 ist
der zeitliche Verlauf der Werkstückbewegung
abgebildet.
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Gemäß dem Stand
der Technik, den die 1 stellvertretend repräsentiert,
ermöglichen
herkömmliche
mechanische Lager 1, beispielsweise Wälzlager, die in einer Kulissenführung zwischen der Trägerplatte 2 und
dem Werkstücktisch 3 angeordnet sind,
dass der Werkstücktisch
mit Hilfe einer Antriebseinheit 4 unabhängig von der Trägerplatte
um einige Winkelgrade nach beiden Seiten geschwenkt und auf diese
Weise eine schaukelnde Bewegung des mit dem Werkstücktisch
verbundenen Werkstücks 5 bewirkt
werden kann. Die Trägerplatte
und der Werkstücktisch
bilden einen Schwenktisch 6, der von einem nicht dargestellten
Vorschub gegen ein Drahtgatter 7 bewegt wird, wobei das
am Werkstücktisch
befestigte Werkstück
mit Hilfe der Drähte
des Drahtgatters in Scheiben geteilt wird. Die Sägedrähte laufen in parallelen Rillen über Drahtführungsrollen 8 und
formen auf diese Weise das Drahtgatter. Die Sägedrähte und die Drahtführungsrollen
sind zu einem Sägekopf
angeordnet.
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Gemäß 2a,
die eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung repräsentiert,
bilden Blattfedern 9 die Lagerung zwischen der Trägerplatte 2 und
dem beweglichen Werkstücktisch 3.
In der Figur ist ein Paar von Blattfedern dargestellt, die an beiden
Seiten der Trägerplatte
und des Werkstücktisches
befestigt sind und in der Mitte zur Erhöhung der Steifigkeit verstärkt sind.
Zur weiteren Erhöhung der
Steifigkeit können
auch mehrere Blattfedern auf jeder Seite vorgesehen sein. Der Werkstücktisch weist
in der Mitte einen Arm 10 auf, der sich zur Trägerplatte
hin erstreckt und durch eine weitere Blattfeder 11 mit
einer, die schaukelnde Bewegung des Werkstücks 5 bewirkenden
Antriebseinheit 4 verbunden ist. Die Antriebseinheit bewirkt
ein periodisches Verschieben des Arms aus einer Mittellage und eine tangential
zum Werkstückumfang
gerichtete Verschiebung des Werkstücktisches 3. Infolgedessen werden
die seitlich vom Schwenktisch 6 angeordneten Blattfedern 9 abwechselnd
verkürzt,
was wiederum die schaukelnde Bewegung und ein Anheben des Werkstücks 5 vom
Drahtgatter 7 an den Endlagen der Werkstückbewegung
nach sich zieht. Die Blattfedern sind in einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
so angeordnet, dass ein Drehen des Werkstücks um dessen Mittelpunkt und
ein gleichzeitiges Anheben vom Drahtgatter 7 weg erfolgt.
Diese schaukelnde Bewegung erfolgt während des gesamten Sägeschnittes
um denselben Drehpunkt am Werkstück. 2b zeigt,
wie der Drehpunkt am Werkstück 5 durch
eine Veränderung
der Anordnung der seitlich vom Schwenktisch angeordneten Blattfedern 9 verändert werden
kann. So wandert der Drehpunkt bei einer Änderung des Winkels zwischen
den Blattfedern und dem Werkstücktisch 3 entlang
einer Mittelachse des Werkstücks 5 vom
Werkstückmittelpunkt
radial nach außen.
Die Winkeländerung
kann beispielsweise durch eingefügte
Zwischenlagen oder mit veränderbaren
Halterungen, die beispielsweise über
Spindeln verstellt werden können,
bewirkt werden.
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Die
Ausführungsform
gemäß 3 unterscheidet
sich von der Darstellung gemäß 2a insbesondere
dadurch, dass in der Mitte des Werkstücktisches, wie in der Anordnung
gemäß 2b auch, eine
weitere Blattfeder 12 vorgesehen ist, die den Werkstücktisch 3 mit
der Trägerplatte 2 verbindet
und die Steifigkeit des Schwenktisches 6 erhöht. Des Weiteren
ist ein Schwingungserzeuger 13 vorgesehen, der der schaukelnden
Bewegung des Werkstücks 5 eine
höherfrequente
Schwingungsbewegung aufprägt.
Abweichend von der Darstellung kann der Schwingungserzeuger 13 alleine
als Antriebseinheit vorgesehen sein. 8 zeigt
den zeitlichen Verlauf der schaukelnden Werkstückbewegung, der vorzugsweise
sinusförmig
ist, mit und ohne Aufprägung der
höherfrequenten
Schwingungsbewegung.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäß ausgebildete
Drahtsäge
mit weiteren Merkmalen in einer umfassenderen Darstellung. Im Werkstücktisch 3 ist
ein Kühlkanal 14 zum
Temperieren des Werkstücks 5 und
des Werkstücktisches 3 vorhanden.
Der Schwenktisch ist an der Unterseite eines Vorschubs 15 befestigt.
Der Vorschub verfügt über einen
eigenen Antrieb 16 mit Vorschubspindel zum Anheben und
Absenken des Vorschubs. Beim Absenken des Vorschubs wird das an
der Unterseite des Werkstücktisches
befestigte Werkstück 5 gegen
das von angetriebenen Drahtführungsrollen 8 aufgespannte Drahtgatter 7 geführt. Die
Antriebseinheit 4, die die schaukelnde Bewegung des Werkstücks 5 bewirkt, ist
ebenfalls am Vorschub befestigt und führt demzufolge dessen Bewegung
mit aus. Sie besteht aus dem eigentlichen Antrieb und Antriebsstangen,
an deren Ende die Blattfeder 11 sitzt, die mit dem Arm 10 des
Werkstücktisches 3 verbunden
ist. Des Weiteren ist der Schwingungserzeuger 13 dargestellt,
der der schaukelnden Bewegung des Werkstücks 5 eine höherfrequente
Schwingungsbewegung aufprägt. Dieser
und die Antriebe des Vorschubs, der Drahtführungsrollen und des Werkstücktisches
werden von einer Steuerung 17 gesteuert. In 4 ist
zusätzlich die
Höhe h
hervorgehoben, um die das Werkstück 5 an
den Endlagen der schaukelnden Bewegung vom Drahtgatter 7 weg
gehoben wird.
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Im
Unterschied zu den bisher vorgestellten Ausführungsformen sind bei der Ausführungsform gemäß 5 zwei
Antriebseinheiten, die durch Pfeile nur angedeutet sind, vorgesehen,
um die schaukelnde Bewegung des Werkstückes 5 um die Mittelachse
und die Bewegung des Werkstückes
weg vom Drahtgatter zu realisieren. Bei dieser Anordnung ist der
Mittelpunkt der schaukelnden Bewegung wählbar, weil er von den Bewegungen
der Antriebseinheiten abhängt.
Der Werkstücktisch
verfügt
auch bei dieser Ausführungsform über einen
Arm 10, der sich zur Trägerplatte 2 hin
erstreckt und der durch eine Blattfeder 11a mit der ersten
Antriebseinheit verbunden ist. In der Mitte des Werkstücktisches
sind über Kreuz
angeordnete Blattfedern 18 vorgesehen, die einen Lagerpunkt
bilden und eine von der ersten Antriebseinheit bewirkte Drehbewegung
des Werkstücktisches 3 ermöglichen.
Die zweite Antriebseinheit greift an der Seite des Werkstücktisches
ein und verschiebt diesen periodisch horizontal, wobei die Blattfedern 9,
die den Werkstücktisch 3 und
die Trägerplatte 2 verbinden,
regelmäßig verkürzt werden. Die
von den Antriebseinheiten bewirkten Bewegungen des Werkstücktisches
zusammen haben die gewünschte
Bewegung des Werkstücks
zur Folge. Zur Erhöhung
der Steifigkeit des Schwenktisches 6 sind auf jeder Seite
des Werkstücktisches
und der Trägerplatte
zwei Paare von Blattfedern 9 vorhanden.
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Mit
der in 6 dargestellten Ausführungsform wird das Werkstück 5 durch
das Eingreifen der Antriebseinheit am Werkstücktisch 3 ebenfalls
um eine Höhe
h vom Drahtgatter weg bewegt, wobei diese Höhe durch eine entsprechende
Wahl der Blattfederlängen
wählbar
ist. Der Werkstücktisch
ist an zwei Halteplatten 19 befestigt, wobei die Halteplatten
mit jeweils zwei Blatt federn 20 mit der Trägerplatte
verbunden sind. Bei gleicher Länge
der vier Blattfedern 20 bewegt sich das Werkstück 5 zwar
um eine Höhe h
vom Drahtgatter weg, jedoch ist diese Höhe vergleichsweise gering,
weil sie ausschließlich
mit einer Bewegung gekoppelt ist, die ein Punkt in der Mitte der
Halteplatten 19 ausführt
und die tangential zum Umfang des Werkstücks gerichtet ist. Zusätzliche
Bewegungskomponenten, die das Werkstück 5 vom Drahtgatter 7 wegbewegen,
sind bei dieser Anordnung nicht vorhanden. Die Bewegungssituation
mit vier Blattfedern 20 gleicher Länge ist in 6a hervorgehoben,
die mit Blattfedern 20 unterschiedlicher Länge in 6b.
Durch Verkürzung
jeweils einer der beiden die Halteplatten 19 tragenden
Blattfedern 20 ergibt sich die Möglichkeit die Höhe h zu
verändern.
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7 repräsentiert
eine Ausführungsform der
Erfindung, bei der Blattfedern 21 die Lagerung zwischen
einem schwenkbaren Sägekopf 22 und
einem Maschinenrahmen 23 bilden und das Drahtgatter an
Endlagen einer schaukelnden Bewegung um eine Höhe h vom Werkstück 5 weg
bewegen. Die Blattfedern 21 sind an beiden Seiten des Sägekopfes 22 und
am Maschinenrahmen 23 befestigt und in einem Mittelbereich
zur Erhöhung
der Steifigkeit verstärkt.
Zum Bewegen des Sägekopfes
ist eine Antriebseinheit, die mit Pfeilen nur angedeutet ist, vorhanden,
die über
eine weitere Blattfeder 24 mit dem Sägekopf 22 verbunden
ist. Die Antriebseinheit verschiebt den Sägekopf 22 periodisch
um die Mitte des Drahtgatters 7. Infolgedessen werden die
seitlich vom Sägekopf
angeordneten Blattfedern 21 abwechselnd verkürzt, was
wiederum die schaukelnde Bewegung des Drahtgatters 7 und
ein Abheben des Drahtgatters in den Endlagen der Bewegung vom Werkstück 5 weg
nach sich zieht. Die Blattfedern 21 sind in einer besonders
bevorzugten Ausführungsform
so angeordnet, dass ein Drehen des Drahtgatters um dessen Mittelpunkt
und ein gleichzeitiges Abheben vom Werkstück weg erfolgt. Der Mittelpunkt der
schaukelnden Bewegung ändert
sich relativ zum Werkstück
während
des gesamten Sägeschnittes.
Es entsteht dadurch eine über
die Schneidtiefe gleiche Abtragsform. Kombiniert man einen schwenkbaren Werkstücktisch
und ein schwenkbares Drahtgatter, können das Werk stück und das
Drahtgatter der Drahtsäge
auch gemeinsam eine schaukelnde Bewegung ausführen.