DE102012004849B3

DE102012004849B3 - Draht zum Trennen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102012004849B3
Application number: DE201210004849
Authority: DE
Inventors: Frank Leyendecker
Original assignee: GWC Coating GmbH
Current assignee: GWC Coating GmbH
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2032-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Draht (1) mit aufgerauter Oberfläche (1a) zum Trennen von Werkstücken, insbesondere von Halbleiterscheiben. Wesentlich dabei ist, dass die aufgeraute Draht-Oberfläche (1a) eine chemisch abgeschiedene Chrom-Beschichtung (1b, 1c) aufweist, deren Schichtdicke etwa 1 μm bis etwa 12 μm, vorzugsweise etwa 1,5 μm bis etwa 5 μm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Draht mit aufgerauter Oberfläche zum Trennen von Werkstücken, insbesondere von Halbleiterscheiben. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drahtes.
Zum Trennen harter Werkstoffe, insbesondere bei der Wafer-Herstellung, ist es bekannt, schwingende oder in eine Richtung durchlaufende Säge-Drähte mit aufgerauter Oberfläche einzusetzen. Dabei werden im Wesentlichen zwei Ausführungsvarianten bevorzugt. Bei der einen Variante wird ein Stahldraht mit Kupfer beschichtet und in diese Kupferschicht werden Diamantsplitter einer Größe von etwa 20 μm eingepresst. Zur Stabilisierung der eingepressten Diamanten in ihrem Kupferbett wird meist noch eine äußere Nickelschicht aufgebracht, vgl. beispielsweise EP 0 982 094 A2 .
Diese Sägedraht-Variante zeichnet sich durch hohe Schneidleistung und Standfestigkeit aus, ist jedoch, vor allem wegen der Diamantsplitter, äußerst kostenaufwendig.
Eine andere Sägedraht-Variante besteht darin, dass ein Stahldraht künstlich an seiner Oberfläche aufgeraut wird. Diese Aufrauhung kann mechanisch oder chemisch erfolgen. Man erhält dadurch einen wesentlich kostengünstigeren Sägedraht bei allerdings geringerer Schneidleistung und Standfestigkeit.
Hiervon ausgehend liegt die vorliegende Erfindung darin, einen Draht der vorbeschriebenen Gattung zu entwickeln, der sich einerseits durch gute Schneidleistung und Standfestigkeit, andererseits durch kostengünstige Herstellung auszeichnet. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drahtes angegeben werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Drahtes erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass seine aufgeraute Oberfläche mit chemisch abgeschiedenem Chrom beschichtet ist und die Schichtdicke etwa 1 μm bis 12 μm, vorzugsweise 1,5 μm bis 5 μm, beträgt.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Trennleistung und Lebensdauer durch eine chemisch abgeschiedene Chrom-Beschichtung erheblich verbessert werden kann, ohne dass die erforderlichen Mehrkosten mit denen einer Diamant-Beschichtung vergleichbar wären. Außerdem gewährleistet der Chrom-Überzug einen guten Korrosionsschutz.
Das Aufbringen der Chromschicht erfolgt zweckmäßigerweise auf galvanischem Weg. Dadurch kann auf eine Haftvermittlungsschicht zwischen dem Stahldraht und der Chromschicht verzichtet werden. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, ggf. noch eine derartige Zwischenschicht vorzusehen.
Die Härte der abgeschiedenen Chromschicht beträgt zumindest 800 HV und ihre Rauheit liegt vorzugsweise bei mindestens 5 μm Rz, insbesondere zwischen etwa 5 μm bis 50 μm Rz.
Da sich durch die Chrombeschichtung des aufgerauten Drahtes dessen ursprüngliche Rauheit abschwächt, empfiehlt es sich, dass der unbeschichtete Draht eine Rauheit von zumindest etwa 6 μm Rz, vorzugsweise zwischen 10 μm bis 60 μm Rz aufweist.
Für den Durchmesser des unbeschichteten Drahtes wird zweckmäßig ein Wert von etwa 60 μm bis etwa 300 μm, vorzugsweise etwa 80 μm bis 140 μm gewählt.
Die Herstellung des vorbeschriebenen Drahtes erfolgt erfindungsgemäß derart, dass von einem an seiner Oberfläche aufgerauten Draht ausgegangen wird, wie er an sich bekannt ist. Dieser Draht wird zunächst einer chemischen Vorbehandlung unterzogen, insbesondere entfettet und ggf. noch gebeizt und aktiviert. Anschließend wird dieser Draht dann in einem Bad autokatalytisch oder galvanisch mit Chrom beschichtet.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Chrom galvanisch in einem mischsauren, selbstregelnden Chrom-Bad auf dem Draht abgeschieden wird.
Die galvanische Abscheidung erfolgt zweckmäßig bei einer Spannung von etwa 6 V bis etwa 10 V und einer Stromstärke > 60 A/dm². Als Elektrolytflüssigkeit wird zweckmäßig etwa 250 g bis etwa 600 g Chromsäure pro Liter Flüssigkeit verwendet, wobei zusätzliche an sich bekannte Additive zugegeben werden. Der pH-Wert der Elektrolyt-Flüssigkeit liegt vorzugsweise unter 1.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und aus der Zeichnung; dabei zeigt
1 einen teilweisen Längsschnitt durch den aufgerauten, aber noch unbeschichteten Draht;
2 den Schnitt gemäß 1, jedoch nach Aufbringen der Chromschicht und
3 den gleichen Schnitt nach Aufbringen einer Chromschicht mit zusätzlicher Perlstruktur.
In allen Figuren ist die erfindungsgemäße Aufrauhung und Beschichtung der Einfachheit halber nur jeweils in der oberen Hälfte der Figuren dargestellt. Es ist aber selbstverständlich, dass sich die Aufrauhung und die Chrom-Beschichtung über den gesamten Draht-Umfang erstrecken.
Ausgegangen wird von einem zunächst glatten Draht 1, der einen Durchmesser zwischen etwa 80 μm bis etwa 120 μm aufweist. Er besteht aus Stahl, der vorzugsweise zur Erhöhung der Zugfestigkeit mit Molybdän und ggf. noch zur Verbesserung seiner Elastizität mit Silicium, Niob oder Vanadium legiert ist. Seine Härte sollte größer als 40 RC, insbesondere größer als 54 RC sein.
Dieser zunächst mehr oder weniger glatte Draht 1 wird dann an seiner Außenfläche mechanisch oder chemisch strukturiert, so dass er eine aufgeraute Oberfläche 1a mit zumindest 5 μm Rz, vorzugsweise zumindest 15 μm Rz erhält. Dieser Zustand ist schematisch in 1 dargestellt.
Anschließend wird der aufgeraute Draht kontinuierlich durch ein galvanisches Beschichtungsbad hindurchgezogen. Seine Elektrolytflüssigkeit enthält etwa 250 g bis etwa 600 g Chromsäure pro Liter Flüssigkeit; dabei sollte der pH-Wert kleiner 1 sein. Die angelegte Spannung beträgt etwa 8 V, die Stromstärke zumindest etwa 60 A/dm². Die Geschwindigkeit, mit welcher der Draht durch das Elektrolytbad hindurchläuft, wird so gewählt, dass der Draht eine Chrombeschichtung 1b mit einer Stärke von etwa 1 μm bis etwa 12 μm, vorzugsweise etwa 1,5 μm bis etwa 5 μm erhält. Dieser Zustand ist in 2 dargestellt.
Schließlich zeigt 3, insbesondere in der zugehörigen Ausschnittvergrößerung, eine spezielle Form der galvanischen Abscheidung Dabei wird das Chrom nicht glattflächig, sondern in Form einer Perl- oder Säulenstruktur 1c abgeschieden. Diese Oberflächenstruktur führt zu einer zusätzlichen Mikro-Aufrauhung und ergibt nochmals eine erhebliche Verbesserung der Trennleistung. Die Herstellung dieser perl- oder säulenstrukturartigen Oberfläche ist durch die DE 25 02 284 bekannt, auf deren Inhalt Bezug genommen wird.
Diese perl- oder säulenstrukturartiger Chromüberzug kann eine Härte bis etwa 1.100 HV aufweisen und zeichnet sich daher durch äußerst hohe Verschleißfestigkeit aus.
Im Ergebnis liefert die vorliegende Erfindung somit einen Sägedraht mit erheblich verbesserter Trennleistung bei vergleichsweise günstigen Herstellkosten.

Claims

Draht (1) mit aufgerauter Oberfläche (1a) zum Trennen von Werkstücken, insbesondere von Halbleiterscheiben, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Draht-Oberfläche (1a) eine chemisch abgeschiedene Chrom-Beschichtung (1b, 1c) aufweist, deren Schichtdicke etwa 1 μm bis etwa 12 μm, vorzugsweise etwa 1,5 μm bis etwa 5 μm beträgt.
Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Draht-Oberfläche (1a) mit galvanisch abgeschiedenen Chrom beschichtet ist.
Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Chrom-Beschichtung (1c) eine perl- oder säulenstrukturähnliche Oberfläche aufweist.
Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der abgeschiedenen Chrom-Beschichtung (1b) zumindest 800 HV beträgt.
Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unbeschichtete Draht-Oberfläche (1a) eine Rauheit von zumindest etwa 5 μm Rz, insbesondere zwischen 5 μm bis 50 μm Rz, aufweist.
Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unbeschichtete Draht (1) einen Durchmesser von etwa 60 μm bis etwa 300 μm, vorzugsweise etwa 80 μm bis etwa 140 μm aufweist.
Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unbeschichtete Draht (1) aus Stahl besteht.
Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unbeschichtete Draht (1) aus einem außen metallisierten, faserverstärktem Kunststoff besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Drahtes nach einem der vorherigen Ansprüche, indem ein Draht (1) an seiner Oberfläche aufgeraut und sodann beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgeraute Draht (1) in einem Elektrolyse-Bad galvanisch mit Chrom beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Chrom in einem misch-sauren, selbstregelnden Chrom-Bad auf den aufgerauten Draht (1) abgeschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Beschichtung bei einer Spannung von etwa 6 V bis etwa 10 V erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Abscheidung bei einer Stromstärke > 60 A/dm² erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Abscheidung in einer Elektrolytflüssigkeit mit etwa 250 g bis etwa 600 g Chromsäure pro Liter Elektrolytflüssigkeit erfolgt.