DE102004011991A1 - Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück und Verfahren zum Abtrennen von Scheiben - Google Patents

Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück und Verfahren zum Abtrennen von Scheiben Download PDF

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Abstract

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 Drahtsäge verfügt über 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. DOLLAR A Gegenstand der Erfindung ist auch eine entsprechende Drahtsäge mit einem schwenkbaren Sägekopf und ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück, bei dem der Abstand zwischen dem Werkstück und dem Drahtgatter an Endlagen der schaukelnden Bewegung um einen Abstand h vergrößert wird.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drahtsäge der genannten Art bereitzustellen, bei deren Betrieb die geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Figuren näher erläutert. Es sind nur solche Merkmale dargestellt, die zur Beurteilung der vorliegenden Erfindung von Bedeutung sind.
  • 1 zeigt im Wesentlichen den Schwenktisch und den Sägekopf mit dem Drahtgatter einer Drahtsäge, die den Stand der Technik repräsentiert.
  • Die 2a, 2b zeigen im Wesentlichen den Schwenktisch und den Sägekopf mit dem Drahtgatter einer erfindungsgemäßen Drahtsäge.
  • In 3 ist ein Schwenktisch gemäß 2a mit weiteren Merkmalen dargestellt.
  • 4 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Drahtsäge in einer umfassenderen Darstellung.
  • In den 5, 6, 6a und 6b sind weitere Ausführungsformen eines Schwenktisches einer erfindungsgemäßen Drahtsäge dargestellt.
  • 7 zeigt im Wesentlichen den schwenkbaren Sägekopf einer erfindungsgemäßen Drahtsäge.
  • In 8 ist der zeitliche Verlauf der Werkstückbewegung abgebildet.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (13)

  1. Drahtsäge zum Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück beim Durchtritt des Werkstücks durch ein Drahtgatter, mit einem Schwenktisch und mit mindestens 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, gekennzeichnet 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.
  2. Drahtsäge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Arm, der sich vom Werkstücktisch zur Trägerplatte hin erstreckt und über eine der Blattfedern des Systems mit der die schaukelnde Bewegung des Werkstücks bewirkenden Antriebseinheit verbunden ist.
  3. Drahtsäge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Arm, der sich vom Werkstücktisch zur Trägerplatte hin erstreckt und der durch eine der Blattfedern des Systems mit einer, eine drehende Bewegung des Werkstücktisches bewirkenden Antriebseinheit verbunden ist, durch weitere zwei der Blattfedern des Systems, die in der Mitte des Werkstücktisches über Kreuz angeordnet sind und einen Lagerpunkt definieren, um den die drehende Bewegung des Werkstücktisches bewirkt wird, und durch eine weitere Antriebseinheit, die über eine weitere der Blattfedern des Systems mit dem Werkstücktisch verbunden ist und eine horizontale Bewegung des Werkstücktisches bewirkt.
  4. Drahtsäge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Halteplatten, an denen der Werkstücktisch befestigt ist und die durch jeweils zwei Blattfedern des Systems mit der Trägerplatte verbunden sind.
  5. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Kühlkanal im Werkstücktisch.
  6. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch weitere Blattfedern des Systems, die den Werkstücktisch und die Trägerplatte verbinden und die Steifigkeit des Schwenktisches erhöhen.
  7. Drahtsäge nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Schwingungserzeuger, der der schaukelnden Bewegung des Werkstücks eine höherfrequente Schwingungsbewegung aufprägt.
  8. 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 Endlagen der schaukelnden Bewegung um eine Höhe h von dem Werkstück weg bewegen.
  9. 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.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der schaukelnden Bewegung des Werkstückes eine höherfrequente Schwingungsbewegung aufgeprägt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schaukelnde Bewegung des Werkstücks während des gesamten Sägeschrittes um denselben Drehpunkt am Werkstück erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die schaukelnde Bewegung des Werkstücks während des Sägeschrittes um einen Drehpunkt erfolgt, der entlang einer Mittelachse des Werkstücks vom Werkstückmittelpunkt radial nach außen wandert.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt der schaukelnden Bewegung des Drahtgatters sich relativ zum Werkstück während des gesamten Sägeschnittes ändert.
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