DE102009016565A1 - Wire saw for cutting and/or separating e.g. sapphire, has wire covered with abrasive layer in longitudinal direction or transverse to direction, and comprising regions, which are not covered by layer, where layer comprises grinding material - Google Patents

Wire saw for cutting and/or separating e.g. sapphire, has wire covered with abrasive layer in longitudinal direction or transverse to direction, and comprising regions, which are not covered by layer, where layer comprises grinding material Download PDF

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Michael Hoffmann
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D61/00—Tools for sawing machines or sawing devices; Clamping devices for these tools
    • B23D61/18—Sawing tools of special type, e.g. wire saw strands, saw blades or saw wire equipped with diamonds or other abrasive particles in selected individual positions
    • B23D61/185—Saw wires; Saw cables; Twisted saw strips

Abstract

The saw has a wire covered with an abrasive layer in a longitudinal direction or transverse towards the direction. The layer comprises grinding material e.g. diamond, silicon carbide, aluminum oxide, boron nitride, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, boron carbide, titanium nitride, zirconium nitride, hafnium nitride or gallium nitride. The wire comprises regions, which are not covered by the layer. The wire is made of steel, where distance (L2) between rings of the layer is larger than breadth (L1) of the abrasive layer. An independent claim is also included for a method for manufacturing a wire saw.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drahtsäge, umfassend einen Draht, der in Längsrichtung oder quer zur Längsrichtung mit einer Schleifschicht ummantelt ist, die Schleifpartikel enthält, Verfahren zu deren Herstellung, sowie die Verwendung dieser Drahtsägen zum Schneiden bzw. Teilen von hartspröden Werkstoffen.The The present invention relates to a wire saw, comprising a wire extending longitudinally or transversely of Longitudinally coated with an abrasive layer, the Contains abrasive particles, process for their preparation, and the use of these wire saws for cutting or splitting of hard-wearing materials.

Dünne Scheiben aus hartspröden Werkstoffen finden in zahlreichen technischen Bereichen Anwendung. Als prominentes Beispiel sei nur die Verwendung sogenannter Siliziumwafer in der Halbleitertechnologie erwähnt. Derartige Scheiben werden in der Regel aus Blöcken oder Einkristallen der entsprechenden Materialien durch Schneide- oder Trennvorgänge gewonnen. Herkömmlich werden diese Schneide- oder Trennvorgänge unter Verwendung eines Sägedrahtes aus Stahl in Gegenwart eines Schleifmittels bzw. Abrasiv und/oder Läppmittels durchgeführt. In der Regel wird Abrasiv in Form einer losen Aufschlämmung während des Schneidevorgangs auf den Sägedraht gebracht, um das Schneiden des Werkstoffs zu ermöglichen. Dieses herkömmliche Verfahren leidet jedoch unter dem Nachteil, dass sich der Sägedraht während des Arbeitsvorgangs stark abnutzt und in der Regel nur einmal verwendet werden kann. Zudem fallen bei der Verwendung von losen Aufschlämmungen von Schleifmaterial in nicht unerheblichem Maße nicht recycelbare Abfälle an.thin Disks of hard-brittle materials can be found in numerous technical areas application. As a prominent example is only the use of so-called silicon wafers in semiconductor technology mentioned. Such discs are usually made of blocks or single crystals of the corresponding materials by cutting or separation processes won. Become conventional these cutting or separating operations using a Saw wire made of steel in the presence of an abrasive or abrasive and / or lapping carried out. As a rule, abrasive is in the form of a loose slurry during the cutting process on the saw wire brought to allow the cutting of the material. However, this conventional method suffers from the disadvantage that the saw wire during the work process heavily worn and usually only used once. In addition, when using loose slurries fall of abrasive material to a not inconsiderable extent non-recyclable waste at.

Es hat daher stets Bemühungen gegeben, den Sägedraht durch direktes Aufbringen des Schleifmittels auf dessen Oberfläche widerstandsfähiger zu machen. So sind mittlerweile Sägedrähte beschrieben, bei denen Stahl über eine haftvermittelnde Zwischenschicht mit einer metallischen Bindephase verbunden ist, in der das Schleifmittel, beispielsweise Diamantkörner, eingelagert sind. Derartige Sägedrähte sind aber im Herstellungsprozess kostspielig.It has therefore always made efforts, the saw wire by direct application of the abrasive to its surface to make it more resistant. So are now saw wires described in which steel via an adhesion-promoting Intermediate layer is connected to a metallic binder phase, in which the abrasive, for example diamond grains, are stored. But such saw wires are costly in the manufacturing process.

Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass derartige ummantelte Drähte einer besonderen Stressbeanspruchung ausgesetzt sind, wenn diese – so wie bei Schneideprozessen für Siliziumwafer notwendig – über Umlenkrollen geführt werden. Insbesondere sind diese Drähte auf derjenigen Drahtseite, die mit der Umlenkrolle in Kontakt ist, einer Druckspannung auf den Draht ausgesetzt, und auf der äußeren der Umlenkrolle abgewandten Oberfläche einer Zugspannung ausgesetzt, die zu einer Dehnung der Schicht, die das Schleifmaterial enthält, und damit häufig zu Rissen in dieser Schicht führt. Diese Risse führen wiederum zu einem raschen Verschleiß der Drahtsägen und damit aufgrund der Notwendigkeit des steten Austausches der Drahtsägen zu erhöhten Kosten für den Schneideprozess.About that In addition, it has been found that such sheathed wires are exposed to a special stress load, if they - so as necessary for cutting silicon wafers - about Deflection rollers are guided. In particular, these wires on the wire side in contact with the pulley, subjected to a compressive stress on the wire, and on the outer the deflecting roller facing away surface of a tensile stress exposed, causing an elongation of the layer containing the abrasive material contains, and thus often cracks in this Layer leads. These cracks in turn lead to a rapid wear of the wire saws and thus due to the need for constant replacement of wire saws at increased costs for the cutting process.

Darüber hinaus haben Verfahren zum Schneiden von hartspröden Materialien, die sich Drahtsägen bedienen, den Nachteil, dass diese zu einem hohen Sägeverlust an hartsprödem Material führen. Die Schnittbreite ist durch die Dicke der Drahtsägen nach unten hin begrenzt und liegt typischerweise bei ca. 200 μm. Diese Schnittbreite führt bei der Herstellung von Siliziumscheiben mit einer Dicke von ebenfalls 200 μm zu einem Sägeverlust von ca. 50 Gew.-%.About that In addition, methods for cutting hard-brittle materials, the use of wire saws, the disadvantage that this lead to a high loss of sawing on hartsprödem material. The cutting width is determined by the thickness of the wire saws limited below and is typically at about 200 microns. This cutting width results in the production of silicon wafers with a thickness of also 200 microns to a sawing loss of about 50 wt .-%.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Drahtsäge, die mit einer Schleifschicht ummantelt ist, zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Verschleißfestigkeit beim Sägen bzw. Trennen von hartspröden Materialien, insbesondere von Siliziumwafern, aufweist.A The object of the present invention was therefore to provide a wire saw, which is coated with an abrasive layer available to put that an increased wear resistance when sawing or cutting hard-brittle materials, in particular of silicon wafers.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Drahtsäge mit einer Schleifschicht zur Verfügung zu stellen, die zu einem möglichst geringen Verlust an dem zu schneidenden hartspröden Material führt.A Another object of the present invention was a wire saw with an abrasive layer to provide the to the least possible loss on the part to be cut hartspröden material leads.

Die vorstehend genannten Aufgaben werden mit den in den Ansprüchen definierten Merkmalen gelöst. Erfindungsgemäß wird eine Drahtsäge bzw. ein Sägedraht bereitgestellt, der einen Draht umfasst, der in Längsrichtung oder quer zur Längsrichtung mit einer Schleifschicht ummantelt ist, die gebundene Schleifpartikel bzw. Schleifkorn enthält. Dabei weist die Schleifschicht Bereiche auf, die den Draht nicht ummanteln. In zweckmäßiger Ausgestaltung kann diejenige Drahtoberfläche, die nicht mit der Schleifschicht bedeckt bzw. ummantelt ist, mit einer insbesonders nicht elektrisch leitfähigen Deckschicht beschichtet sein. In der einfachsten Ausführung ist die nicht mit der Schleifschicht bedeckte Drahtoberfläche frei von Beschichtungen.The The above objects are with the in the claims solved defined characteristics. According to the invention provided a wire saw or a saw wire, comprising a wire which is longitudinal or transverse is sheathed to the longitudinal direction with an abrasive layer, containing bonded abrasive particles or abrasive grain. In this case, the abrasive layer on areas that do not wire wrap. In an expedient embodiment can the wire surface that does not match the abrasive layer covered or sheathed, with a particular non-electric be coated conductive topcoat. In the simplest Execution is not covered with the abrasive layer Wire surface free of coatings.

Vorzugsweise ist der Draht in Längsrichtung ring- bzw. bandförmig oder quer zur Längsrichtung spiralförmig ummantelt.Preferably the wire is ring-shaped or band-shaped in the longitudinal direction or spirally encased transverse to the longitudinal direction.

Sofern der Draht ummantelt ist, bedeutet dies, dass die Schleifschicht konzentrisch um den Draht angeordnet ist. Der Draht erstreckt sich dabei jeweils in Längsrichtung.Provided The wire is sheathed, it means that the abrasive layer is arranged concentrically around the wire. The wire extends each in the longitudinal direction.

Sofern die Schleifschicht quer zur Längsrichtung angeordnet ist, entspricht das einer Anordnung radial um den Umfang des Drahtes. Sofern die Schleifschicht spiralförmig um den Draht angeordnet ist, bedeutet dies, dass die Schleifschicht vorzugsweise in einem Winkel von 30° bis 80°, besonders bevorzugt in einem Winkel von 45° bis 60°, quer zur Längsrichtung des Drahtes verläuft.Provided the abrasive layer is arranged transversely to the longitudinal direction, this corresponds to an arrangement radially around the circumference of the wire. If the abrasive layer is arranged spirally around the wire, this means that the abrasive layer is preferably at an angle from 30 ° to 80 °, more preferably in one Angle from 45 ° to 60 °, transverse to the longitudinal direction of the wire runs.

Vorzugsweise hat der Draht eine zylinderförmige Geometrie, die durch eine Längsachse und einen dazu senkrechten, kreisförmigen Querschnitt charakterisiert ist. Geeignete Drahtsägen, die für spezielle Anwendungen angepasst sind, können durch die Anwendung von Drähten mit Querschnitten, die nicht kreisförmig sind, erhalten werden. Beispielsweise kann der Querschnitt oval, flach, nicht flach, rechteckig, wie beispielsweise quadratisch, trapezförmig oder in der Form eines Polygons niedriger Ordnung, d. h. eines drei- bis sechsseitigen Polygons, sein. Mit „flach” ist gemeint, dass der Draht einen rechteckigen Querschnitt mit hohem Aspektverhältnis hat, wie ein Band, d. h. mit einer charakteristischen Längenabmessung und einer charakteristischen Breitenabmessung, wobei die Breitenabmessung weniger als etwa 10% der Längenabmessung beträgt.Preferably, the wire has a cylindrical geometry passing through a longitudinal axis and ei NEN to vertical, circular cross-section is characterized. Suitable wire saws adapted for specific applications can be obtained by the use of wires having cross-sections which are non-circular. For example, the cross section may be oval, flat, not flat, rectangular, such as square, trapezoidal, or in the form of a low order polygon, ie, a three- to six-sided polygon. By "flat" it is meant that the wire has a high aspect ratio rectangular cross section, such as a band, ie having a characteristic length dimension and a characteristic width dimension, the width dimension being less than about 10% of the length dimension.

Die Breite der Schleifschicht beträgt vorzugsweise im Bereich zwischen 100 und 5000 μm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 1000 und 3000 μm. Die Breite von Banden bei einer bandenförmigen Anordnung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 2000 und 8000 μm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 3000 und 5000 μm. Diese Werte sind insbesonders bei einer spiralförmigen Anordnung bevorzugt.The Width of the abrasive layer is preferably in the range between 100 and 5000 microns, more preferably in the range between 1000 and 3000 μm. The width of bands at a Band-shaped arrangement is preferably in the range between 2000 and 8000 microns, more preferably in the range between 3000 and 5000 μm. These values are especially in a spiral arrangement preferred.

In Längsrichtung des Drahtes ist die Schleifschicht vorzugsweise um einen Abstand versetzt, der größer ist als die Breite der Schleifschicht. Durch diese Anordnung lässt sich eine hohe Verschleißfestigkeit der Drahtsäge erreichen bei der gleichzeitigen Verwendung einer geringen Menge an Schleifpartikeln.In Longitudinal direction of the wire, the abrasive layer is preferably offset by a distance greater than the width of the abrasive layer. By this arrangement leaves a high wear resistance of the wire saw achieve with the simultaneous use of a small amount on abrasive particles.

Im Einklang mit dem Hauptziel der Erfindung, nämlich dünne Siliziumwafer aus Siliziumblöcken zu schneiden, sollte der Durchmesser des Drahtes so klein wie möglich sein, um den Verlust an Sägeschnitt zu minimieren. Dabei schränken Spannungen am Draht während des Sägevorgangs den verwendeten Durchmesser nach unten ein. Der Draht hat vorzugsweise einen Durchmesser von 150 bis 280 μm, besonders bevorzugt von 200 bis 250 μm.in the Consistent with the main object of the invention, namely thin Silicon wafers should be cut out of silicon ingots the diameter of the wire should be as small as possible to minimize the loss of saw cut. Restrict Tensions on the wire during the sawing process used diameter down. The wire is preferably a diameter of 150 to 280 microns, more preferably from 200 to 250 μm.

Die erfindungsgemäße Drahtsäge hat daher vorzugsweise einen Durchmesser von 220 bis 360 μm, besonders bevorzugt von 320 bis 350 μm.The Wire saw according to the invention therefore preferably a diameter of 220 to 360 microns, more preferably from 320 to 350 μm.

Die erfindungsgemäße Drahtsäge kann in herkömmlichen bekannten Verfahren zum Schneiden von hartspröden Materialien eingesetzt werden. Dementsprechend kann der Draht Spannungen, Hitze und Biegungen widerstehen, denen Drahtsägen üblicherweise ausgesetzt sind. Daher besitzt das Drahtmaterial eine ausreichende Festigkeit, Flexibilität und ebenfalls eine hohe Schmelztemperatur.The Wire saw according to the invention can in conventional known methods for cutting hard-brittle materials be used. Accordingly, the wire can be tensions, heat and bends that wire saws typically withstand are exposed. Therefore, the wire material has sufficient Strength, flexibility and also a high melting temperature.

Vorzugsweise ist der verwendete Draht aus Stahl. Besonders bevorzugt wird als Draht ein Federstahldraht aus Chrom-Nickel-Stahl verwendet. Dazu sind insbesondere die Werkstofftypen 1.4310, 1.4401, 1.4539, 1.4568 und 1.4571 (Bezeichnungen nach DIN 17224 ) geeignet.Preferably, the wire used is steel. Particularly preferred as a wire spring steel wire made of chrome-nickel steel is used. In particular, the material types 1.4310, 1.4401, 1.4539, 1.4568 and 1.4571 (designations according to FIG DIN 17224 ) suitable.

Vorzugsweise weist die Schleifschicht wenigstens eine metallische Bindephase auf, in der die Schleifpartikel angeordnet sind. Vorzugsweise werden die Schleifpartikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliziumcarbid, Al2O3, Bornitrid, Borcarbid, Titancarbid, Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Titannitrid, Zirkoniumnitrid. Besonders bevorzugt bestehen, die Schleifpartikel aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Borcarbid und Siliziumcarbid. Diamant kann dabei sowohl synthetischen als auch natürlichen Ursprungs sein. Vorzugsweise weisen die Schleifpartikel einen mittleren Durchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10 und 20 μm auf.Preferably, the abrasive layer has at least one metallic binder phase in which the abrasive particles are arranged. Preferably, the abrasive particles are selected from the group consisting of diamond, silicon carbide, Al 2 O 3 , boron nitride, boron carbide, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, titanium nitride, zirconium nitride. Particularly preferably, the abrasive particles are made of a material selected from the group consisting of diamond, boron carbide and silicon carbide. Diamond can be both synthetic and natural origin. Preferably, the abrasive particles have a mean diameter in the range of 5 to 30 microns, more preferably in the range between 10 and 20 microns.

Vorzugsweise weisen die Schleifpartikel eine Mohssche Härte von mindestens 8, besonders bevorzugt von mindestens 9 auf.Preferably The abrasive particles have a Mohs hardness of at least 8, more preferably at least 9 on.

Die Schleifschicht weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 5 bis 50 μm, besonders bevorzugt im Bereich zwischen 10 und 40 μm auf. Vorzugsweise weist die Schleifschicht wenigstens eine metallische Bindephase auf, wobei die metallische Bindephase vorzugsweise aus Nickel bzw. Nickellegierungen besteht. Besonders bevorzugt besteht die metallische Bindephase aus außenstromlos abgeschiedenem Nickel. Die metallische Bindephase hat vorzugsweise eine Härte HV von 800 bis 1100, besonders bevorzugt von 1000 bis 1100.The Abrasive layer preferably has a thickness in the range between 5 to 50 microns, more preferably in the range between 10 and 40 microns on. Preferably, the abrasive layer has at least one metallic binder phase, wherein the metallic binder phase is preferably consists of nickel or nickel alloys. Particularly preferred is the metallic binding phase of externally stromlos deposited Nickel. The metallic binder phase preferably has a hardness HV from 800 to 1100, more preferably from 1000 to 1100.

Die Schneidpartikel sind vorzugsweise bis zu ihrem Äquator in der metallischen Bindephase verankert. Die Schneideartikel befinden sich vorzugsweise in einer derartigen Menge auf dem Draht, dass ihr mittlerer Abstand nicht mehr als das 10- fache, besonders bevorzugt das 1 bis 5-fache ihres mittleren Durchmessers beträgt.The Cutting particles are preferably up to their equator anchored in the metallic binder phase. The cutting articles are located preferably in such an amount on the wire that their mean distance is not more than 10 times, especially preferred which is 1 to 5 times their average diameter.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Schleifschicht vorzugsweise mehrere Schichten aufweisen, d. h. aus mehrere übereinander angeordnete metallischen Bindephasen aufweisen.In In another embodiment, the abrasive layer preferably have multiple layers, d. H. from several on top of each other having arranged metallic binding phases.

Vorzugsweise ist zwischen dem Draht und der Schleifschicht wenigstens eine Zwischenschicht angeordnet.Preferably At least one intermediate layer is arranged between the wire and the abrasive layer.

Die Zwischenschicht besteht bevorzugt aus einem Metall, einer Metalllegierung oder einer Kombination zweier Metalle bzw. eines Metalls und eines Metalllegierung.The Intermediate layer is preferably made of a metal, a metal alloy or a combination of two metals or a metal and a metal alloy.

Bevorzugt handelt es sich um ein Metall, eine Metalllegierung oder eine Kombination zweier Metalle bzw. eines Metalls und einer Metalllegierung, die mit guter Haftfestigkeit galvanotechnisch beschichtbar ist und gleichzeitig als Wasserstoffbarriere wirkt. Geeignete Metalle sind beispielsweise Kupfer und Nickel und als Metalllegierung beispielsweise Messing. Die Zwischenschicht hat bevorzugt eine Breit im Bereich von 2 bis 20 μm.It is preferably a metal, a Metal alloy or a combination of two metals or of a metal and a metal alloy, which can be electroplated with good adhesion and at the same time acts as a hydrogen barrier. Suitable metals are, for example, copper and nickel and, for example, brass as a metal alloy. The intermediate layer preferably has a width in the range of 2 to 20 μm.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die nicht von der Schleifschicht ummantelte bzw. beschichtete Drahtoberfläche mit einer insbesonders nicht elektrisch leitfähigen Deckschicht versehen. Eine solche Deckschicht ist üblicherweise ein Lack. Mit dem Begriff Lack ist dabei jedes haftende und in aufgetragenem Zustand geringfügig elastische Material umfasst, das nicht elektrisch leitfähig ist. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung werden Wasserlacke, besonders bevorzugt Lacke auf Acrylharzbasis, eingesetzt.In an expedient embodiment of the invention is the non-coated or coated by the abrasive layer Wire surface with a particular non-electric provided conductive cover layer. Such a cover layer is usually a paint. The term paint is included every adhesive and when applied slightly includes elastic material that is not electrically conductive. Particularly preferred for the purposes of the present invention are water-based paints, especially preferred lacquers based on acrylic resin.

Vorzugsweise weist die Deckschicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 bis 50 μm.Preferably the cover layer has a thickness in the range between 5 and 50 μm.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Drahtsäge, wobei auf der Drahtoberfläche in Schritt a) eine nicht elektrisch leitfähige Deckschicht derart aufgetragen wird, dass Bereiche der Drahtoberfläche frei bleiben, in Schritt b) eine Schleifschicht, die Schleifpartikel enthält, insbesonders auf die deckschichtfreie Oberfläche aufgetragen wird, und gegebenenfalls in Schritt c) die Deckschicht wieder entfernt wird.One Another object of the present invention is a method for making a wire saw, wherein on the wire surface in step a) a non-electrically conductive cover layer is applied so that areas of the wire surface free remain, in step b) an abrasive layer, the abrasive particles contains, in particular on the cover layer-free surface is applied, and optionally in step c), the cover layer is removed again.

Verfahren zum Aufbringen von Deckschichten auf Draht sind in der Technik gut bekannt und umfassen beispielsweise Tiefdruckverfahren und Hochdruckverfahren.method for applying cover layers to wire are good in the art and include, for example, gravure printing and letterpress printing.

Beim Tiefdruckverfahren lässt sich der Auftrag vorzugsweise dadurch erreichen, dass der Draht durch zwei Walzen gezogen wird, die den Lack in Ausnehmungen auf die Walze übertragen. Beim Hochdruckverfahren wird vorzugsweise ein in Lack getauchtes Rad auf den sich drehenden und unter ihm durchgezogenen Draht übertragen. Dabei kann ebenfalls auch die Walze um den Draht rotieren. Durch diesen Auftrag wird eine spiralförmige Ummantelung erzeugt. Die zuvor beschriebene Auftragung durch zwei Walzen ermöglicht die bandenförmige Ummantelung.At the Gravure printing process is the order preferably by pulling the wire through two rollers, which transfer the paint in recesses on the roller. In the high pressure process is preferably immersed in paint Wheel transferred to the rotating and under him pulled wire. In this case, also the roller can rotate around the wire. By This order is generated a spiral sheath. The previously described application by two rollers allows the band-shaped sheath.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfährt ein mit einer Zwischenschicht versehener Draht eine auf das Grundmaterial abgestimmte, chemische Vorbehandlung. Im Stand der Technik bekannte Vorbehandlungsmethoden umfassen beispielsweise Entfettungs-, Beiz- und Aktivierungsbehandlungen. In einer be vorzugten Ausführungsform wird der Draht mittels einer galvanischen Behandlung grundiert, ehe die Sägeschicht mit den Abrasivkörnern aufgebracht wird.In a preferred embodiment undergoes a wire provided with an intermediate layer on the base material coordinated, chemical pretreatment. Known in the art Pre-treatment methods include, for example, degreasing, pickling and activation treatments. In a preferred embodiment be preferred the wire is primed by means of a galvanic treatment, before the sawing layer is applied with the abrasive grains.

Anschließend erfolgt die Beschichtung mit der Schleifschicht in einem Bad aus Metall und Schleifpartikeln, beispielsweise Nickel-Diamant-Bädern. Solche Bäder sind im Stand der Technik bekannt.Subsequently the coating with the abrasive layer takes place in a bath Metal and abrasive particles, for example nickel-diamond baths. Such baths are known in the art.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Anspringen der Metallisierung durch einen kurzen Stromstoß eingeleitet. Durch eine geeignete Bewegung von Draht und/oder Elektrolyt wird eine gleichmäßige Einlagerung der Schleifpartikel, vorzugsweise der Partikel aus Diamant, gleichförmig auf dem gewünschten Teil der Drahtoberfläche erreicht. Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung mit der Schleifschicht durch eine zweistufige Beschichtung, die es ermöglicht, in der ersten Beschichtungsstufe Schleifpartikel mit einem bestimmten mittleren Durchmesser aufzutragen, und in einer zweiten Beschichtungsstufe Schleifpartikel mit einem anderen, beispielsweise einem kleineren mittleren Durchmesser, aufzutragen.In In a preferred embodiment, the starting of the Metallization initiated by a brief surge. By a suitable movement of wire and / or electrolyte is a uniform incorporation of the abrasive particles, preferably the particle of diamond, uniform on the reached desired part of the wire surface. Preferably the coating with the abrasive layer is carried out by a two-stage Coating which makes it possible in the first coating stage abrasive particles to apply with a certain mean diameter, and in one second coating stage abrasive particles with another, for example a smaller average diameter, to apply.

Die Entfernung der zwischen den Schleifschichten vorliegenden Deckschicht erfolgt mittels Lösungsmitteln und/oder thermischen Verfahren.The Removal of the existing between the abrasive layers cover layer takes place by means of solvents and / or thermal processes.

Vorzugsweise wird die Drahtsäge nach der Beschichtung einer Wärmebehandlung, bevorzugt einer Wärmebehandlung bei 350°C unterzogen, um in der Schicht vorhandene Zugeigenspannungen abzubauen und die Schichthärte und damit den Verschleißwiderstand der metallischen Bindephase zu erhöhen.Preferably becomes the wire saw after coating a heat treatment, preferably subjected to a heat treatment at 350 ° C, to reduce existing in the layer tensile residual stresses and the Hardness and thus the wear resistance to increase the metallic binding phase.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer vorstehend beschriebenen Drahtsäge zum Schneiden bzw. Teilen von hartspröden Werkstoffen. In einer besonderen Ausführungsform eignet sich die erfindungsgemäße Drahtsäge zum Schneiden bzw. Teilen von Materialien ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus monokristallinem Silizium, Siliziumcarbid, Saphir, Quarz, Smaragd, Rubin, Keramik und Aluminiumdioxid. Das monokristalline Silizium kann dabei in Form langer Stangen (Ingots) vorliegen, die nach dem Schneiden in kleine Scheiben (Wafer) in der Halbleiterindustrie verwendet werden können.One Another object of the present invention is the use a wire saw described above for cutting or parts of hard-brittle materials. In a particular embodiment the wire saw according to the invention is suitable selected for cutting or dividing materials the group consisting of monocrystalline silicon, silicon carbide, Sapphire, quartz, emerald, ruby, ceramics and alumina. The monocrystalline Silicon can be in the form of long rods (ingots), the after cutting into small slices (wafers) used in the semiconductor industry can be.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Drahtsäge erlaubt den Schnittprozess mit Schnittgeschwindigkeiten bis zu 1500, vorzugsweise bis zu 1300 m/min um 1000 ± 100 m/min durchzuführen bei gleichzeitiger Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit gegenüber herkömmlichen Verfahren. Ebenfalls bevorzugt erlaubt die erfindungsgemäße Drahtsäge Schnittbreiten im Bereich von 320 bis 350 μm zu erreichen.The use of the wire saw according to the invention allows the cutting process with cutting speeds up to 1500, preferably up to 1300 m / min to perform 1000 ± 100 m / min while increasing the feed rate over conventional methods. Also preferably, the wire saw according to the invention allows cutting widths in the range of 320 to 350 microns to he pass.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Schneiden von hartspröden Werkstoffen, die wenigstens eine erfindungsgemäße Drahtsäge umfasst. Die Vorrichtung kann eine einzige Drahtsäge enthalten, die ähnlich einer Bandsäge angeordnet ist, um in jedem Durchlauf einen einzigen Abschnitt aus einem hartspröden Material zu schneiden oder um eine Vielzahl von Abschnitten aus dem hartspröden Material in einem Durchlauf zu schneiden.One Another object of the present invention is a device for cutting hard-rough materials that at least a wire saw according to the invention comprises. The device may contain a single wire saw, which is similar to a band saw arranged to in each pass a single section of a hard-brittle material to cut or to a variety of sections from the hartspröden To cut material in one pass.

Eine Reihe von einzelnen Drahtsägen kann ebenfalls bevorzugt hintereinander angeordnet sein, um gleichzeitig eine Vielzahl von Abschnitten aus einem Werkstück aus hartsprödem Material zu schneiden.A Row of single wire saws may also be preferred be arranged one behind the other, at the same time a variety of Sections of a hard-edged workpiece To cut material.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher verdeutlicht.The The invention will be clarified below with reference to figures.

Es zeigen 1 einen erfindungsgemäßen Draht mit ringförmig angeordneten Schleifschichten.Show it 1 a wire according to the invention with annularly arranged abrasive layers.

2 zeigt einen erfindungsgemäßen Draht, bei dem die Schleifspuren spiralförmig helikal den Draht umlaufen. 2 shows a wire according to the invention, in which the grinding tracks helically helical rotate the wire.

In einer typischen erfindungsgemäßen Ausführungsform von 1 ist die gebundenes Schleifpartikel enthaltende Schleifschicht ring- oder bandförmig um die Drahtoberfläche herum angeordnet. Dabei weist die Schleifschicht eine Breite L1 auf. Die einzelnen Schleifschichtringe sind über eine schleifpartikelfreie Fläche im Abstand L2 voneinander beabstandet. Die Schleifschichtringe ragen über die Drahtoberfläche hinaus, so dass der Durchmesser D2 der Schleifringe oder -bänder größer als die Dicke D1 des Drahtes ist.In a typical embodiment of the invention of 1 For example, the abrasive layer containing bonded abrasive particles is disposed in a ring or band around the wire surface. In this case, the abrasive layer has a width L1. The individual abrasive layer rings are spaced apart by a sand particle free surface at a distance L2. The abrasive layer rings protrude beyond the wire surface so that the diameter D2 of the slip rings or bands is greater than the thickness D1 of the wire.

In 2 ist die Schleifschicht spiralförmig bzw. helikal auf der Oberfläche des Drahtes angeordnet. Auf diese Weise entsteht ein einziges von Drahtanfang bis Drahtende verlaufendes Schleifschichtband oder Schleifspur, die je nach Anwendungszweck einen helikalen Winkel oder Spiralwinkel S gegenüber der Drahtoberfläche aufweist.In 2 the abrasive layer is helically arranged on the surface of the wire. In this way, a single running from the wire start to the wire end abrasive layer band or slip track, which has a helical angle or spiral angle S relative to the wire surface depending on the application.

Ein derartiger Draht wurde beispielsweise derart erhalten, dass in einem ersten Schritt ein herkömmlicher Sägedraht durch das Auftragen einer galvanischen Schicht komplett überzogen wird, um eine verbesserte Haftfähigkeit und damit eine erhöhte Abrissfestigkeit zu erreichen. Anschließend werden die später nicht von der Schleifschicht ummantelte Bereiche in einem kontinuierlichen Auftrag mittels eines Druckprozesses mit einer Abdecklack versiegelt. Die dazwischen frei liegenden Bereiche werden anschließend auf sich bekannte Weise nass-chemisch mittels einer galvanischen Beschichtung, die das aufzubringende Abrasiv enthält, beschichtet. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das Beschichtungsbad durch Rühren oder mittels Umwälzpumpen in Bewegung zu halten, um das aufzubringende Abrasiv gleichförmig im Bad zu verteilen.One Such wire was obtained, for example, such that in one first step through a conventional saw wire the application of a galvanic layer completely coated will improve adhesion and thus a to achieve increased tear resistance. Then be the later not covered by the abrasive layer areas in a continuous order by means of a printing process sealed a Abdecklack. The intervening areas are then wet-chemically known manner by means of a galvanic coating, which the applied Abrasive contains, coated. It has to be useful proven, the coating bath by stirring or by means of Keep circulating pumps in motion to apply the To distribute abrasive uniformly in the bath.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - DIN 17224 [0018] - DIN 17224 [0018]

Claims (15)

Drahtsäge, umfassend einen Draht, der in Längsrichtung oder quer zur Längsrichtung mit einer Schleifschicht ummantelt ist, die gebundene Schleifpartikel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht Bereiche aufweist, die nicht von der Schleifschicht ummantelt sind.Wire saw, comprising a wire, which is coated in the longitudinal direction or transverse to the longitudinal direction with an abrasive layer containing bonded abrasive particles, characterized in that the wire has areas that are not covered by the abrasive layer. Drahtsäge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifschicht den Draht in Längsrichtung ringförmig oder quer zur Längsrichtung spiralförmig ummantelt.Wire saw according to claim 1, characterized that the abrasive layer, the wire in the longitudinal direction annular or spirally encased transverse to the longitudinal direction. Drahtsäge nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche, die nicht von der Schleifschicht ummantelt sind, eine nicht elektrisch leitfähige Deckschicht aufweist.Wire saw according to claim 1 and 2, characterized that the areas that are not covered by the abrasive layer, has a non-electrically conductive cover layer. Drahtsäge nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifpartikel aus einem Material bestehen, das ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend aus Diamant, Siliziumcarbid, Al2O3, Bornitrid, Titancarbid, Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Borcarbid, Titannitrid, Zirkoniumnitrid, Hafniumnitrid und Galliumnitrid.A wire saw according to claim 1 or 3, characterized in that the abrasive particles are made of a material selected from the group consisting of diamond, silicon carbide, Al 2 O 3 , boron nitride, titanium carbide, zirconium carbide, hafnium carbide, boron carbide, titanium nitride, zirconium nitride, hafnium nitride and gallium nitride. Drahtsäge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifpartikel einen mittleren Durchmesser im Bereich von 5 bis 30 μm aufweisen.Wire saw according to one or more of the claims 1-4, characterized in that the abrasive particles a average diameter in the range of 5 to 30 microns have. Drahtsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleif schicht eine Dicke im Bereich zwischen 5 bis 50 μm aufweist.Wire saw according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the abrasive layer has a thickness in the range between 5 to 50 microns. Drahtsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifschicht eine metallische Bindephase aufweist.Wire saw according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the abrasive layer has a metallic binder phase. Drahtsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus Stahl besteht.Wire saw according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the wire is made of steel consists. Drahtsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht einen Durchmesser im Bereich von 150 μm bis 280 μm aufweist.Wire saw according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the wire has a Diameter in the range of 150 microns to 280 microns. Drahtsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht elektrisch leitfähige Deckschicht auf einem Lack basiert.Wire saw according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the non-electric conductive topcoat based on a paint. Drahtsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der nicht elektrisch leitfähigen Deckschicht im Bereich von 5 bis 50 μm liegt.Wire saw according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the thickness of the not electrically conductive cover layer in the range of 5 to 50 microns is. Verfahren zur Herstellung einer Drahtsäge gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Draht in Schritt a) eine nicht elektrisch leitfähige Deckschicht so aufgetragen wird, dass elektrisch leitende Zwischenräume der Drahtoberfläche frei bleiben, in Schritt b) eine Schleifschicht, die Schleifpartikel enthält, aufgetragen wird, und gegebenenfalls in Schritt c) die Deckschicht entfernt wird.Method for producing a wire saw according to or more of claims 1-11, characterized that on the wire in step a) a non-electrically conductive Cover layer is applied so that electrically conductive spaces stay clear of the wire surface, in step b) a Abrasive layer containing abrasive particles applied is removed, and optionally in step c), the cover layer becomes. Verwendung einer Drahtsäge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–11 oder erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12 zum Schneiden bzw. Teilen von hartspröden Werkstoffen.Using a wire saw after one or several of claims 1-11 or obtainable according to the method according to claim 12 for cutting or parts of hard-brittle materials. Verwendung einer Drahtsäge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–11 oder erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12 zum Schneiden bzw. Teilen von Materialien, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus monokristallinem Silizium, polykristallinem Silizium, Siliziumcarbid, Saphir, Quarz, Smaragd, Rubin, Keramik und Aluminiumdioxid.Using a wire saw after one or several of claims 1-11 or obtainable according to the method according to claim 12 for cutting or parts of materials selected from the group consisting of monocrystalline silicon, polycrystalline silicon, Silicon carbide, sapphire, quartz, emerald, ruby, ceramics and alumina. Vorrichtung zum Schneiden von hartspröden Werkstoffen, umfassend wenigstens eine Drahtsäge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–11 oder erhältlich nach dem Verfahren gemäß Anspruch 12.Device for cutting hard-brittle materials, comprising at least one wire saw according to one or more of claims 1-11 or obtainable according to the method according to claim 12.
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Title
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