DE102012221904A1

DE102012221904A1 - Verfahren zur Wiederaufnahme des Drahtsägeprozesses eines Werkstückes nach einer unplanmäßigen Unterbrechung

Info

Publication number: DE102012221904A1
Application number: DE102012221904.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Wiesner
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: US20140144420A1; US9427888B2; KR20140070380A; KR101524942B1; TW201421562A; TWI544536B; DE102012221904B4; CN103847035A; JP5693697B2; CN103847035B; SG2013084819A; JP2014104580A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiederaufnahme eines unterbrochenen Prozesses zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge. Durch eine spezielle Abfolge von Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Sägedrahtes wird eine Ausbildung von tiefen Sägeriefen in den Oberflächen der gesägten Scheiben verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wiederaufnahme eines unterbrochenen Prozesses zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge. Das erfindungsgemäße Verfahren wird hier am Beispiel eines Prozesses zum Zersägen eines Werkstückes aus Halbleitermaterial in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge dargestellt, eignet sich aber auch für Werkstücke aus anderen Materialien.
Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben (Wafer) mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium.
Gemäß dem Stand der Technik werden Halbleiterscheiben in einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, wobei im ersten Schritt beispielsweise ein Einkristall (Stab) aus Halbleitermaterial mit dem Czochralski-Verfahren gezogen oder ein polykristalliner Block aus Halbleitermaterial gegossen wird, und in einem weiteren Schritt das entstandene kreiszylindrische oder blockförmige Werkstück aus Halbleitermaterial („Ingot”) mittels Drahtsägen in einzelne Halbleiterscheiben aufgetrennt wird.
Drahtsägen werden verwendet, um eine Vielzahl von Scheiben („Wafer”) aus einem Werkstück aus Halbleitermaterial abzutrennen. In der DE 195 17 107 C2 sowie der US-5,771,876 sind das Funktionsprinzip einer Drahtsäge beschrieben, die zur Herstellung von Halbleiterscheiben geeignet ist. Zu den wesentlichen Komponenten dieser Drahtsägen gehören ein Maschinenrahmen, eine Vorschubeinrichtung und ein Sägewerkzeug, das aus einem Gatter (Drahtgatter, „wire web”) aus parallelen Drahtabschnitten besteht. Der Abstand der Drähte im Drahtgatter hängt von den gewünschten Zieldicken der abzutrennenden Scheiben ab und liegt für Scheiben aus Halbleitermaterial beispielsweise bei 100 bis 1000 μm.
Die DE 101 47 634 B4 beschreibt ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben aus Halbleitermaterial aus einem Einkristall, wobei der Einkristall beim Abtrennen der Halbleiterscheiben um eine Längsachse rotiert und dabei in die Sägedrähte zweier Drahtgatter einer Drahtsäge eindringt und die gesägten Scheiben aus Halbleitermaterial parallele, rotationssymmetrisch gewölbte Seiten hat.
In der Regel wird das Drahtgatter von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei Drahtführungsrollen aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und von denen mindestens eine angetrieben ist.
Die Drahtabschnitte können zu einem einzigen, endlichen Draht gehören, der spiralförmig um das Rollensystem geführt ist und von einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle abgespult wird. In der Patentschrift US 4,655,191 ist hingegen eine Drahtsäge offenbart, bei der eine Vielzahl endlicher Drähte vorgesehen ist und jeder Drahtabschnitt des Drahtgatters einem dieser Drähte zugeordnet ist. Aus der EP 522 542 A1 ist auch eine Drahtsäge bekannt, bei der eine Vielzahl von endlosen Drahtschlaufen um das Rollensystem laufen.
Beim Abtrennvorgang durchdringt das Werkstück das Drahtgatter, in dem der Sägedraht in Form parallel nebeneinander liegender Drahtabschnitte angeordnet ist. Die Durchdringung des Drahtgatters wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter, das Drahtgatter gegen das Werkstück oder das Werkstück und das Drahtgatter gegeneinander führt.
Beim Eindringen des Drahtgatters in das Werkstück wird der Sägedraht gemäß dem Stand der Technik in einer definierten Zeit mit einer bestimmten Geschwindigkeit eine definierte Länge vorgespult (wire forward) und eine weitere definierte Länge zurückgespult (wire backward), wobei die Rücklauflänge WBL in der Regel kürzer ist als die Vorlauflänge (WFL). Dieses Sägeverfahren wird auch als Pilgerschrittverfahren (reciprocating movement) bezeichnet und ist beispielsweise in DE 39 40 691 A1 sowie in US 2010 1630 10 A2 offenbart.
Die EP 1 717 001 B1 lehrt, dass beim Zersägen eines Werkstückes mit einer Drahtsäge der Sägedraht eine Vorwärts- und Zurückbewegung ausführt, wobei die Länge des Drahtes bei der Rücklaufbewegung (WBL) kürzer ist als die Länge des Drahtes bei der Vorwärtsbewegung (WFL).
Die DE 11 2008 003 321 T5 offenbart für das Herausfahren des Drahtgatters aus einem zersägten Werkstück eine Drahtlauflänge in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung von 1 m oder weniger und eine Laufgeschwindigkeit des Drahtes von 2 m/min oder weniger.
Das Zersägen eines Werkstückes mit einer Drahtsäge in viele Scheiben erfolgt in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels, das u. a. für den Abtransport des durch den Sägedraht abgetragenen Materials aus der Sägespalte sorgt und gemäß dem Stand der Technik auf den Sägedraht aufgebracht wird.
Ist der Sägedraht mit einem Schneidbelag, z. B. Diamant, belegt, wird in der Regel ein Schneidmittel ohne Schneidkorn (Abrasive) eingesetzt. Bei der Verwendung von Drahtsägen mit einem Sägedraht ohne fest gebundenes Schneidkorn wird das Schneidkorn in Form einer Suspension (Schneidmittelsuspension, „Sägeslurry”, „Slurry”) während des Abtrennvorganges zugeführt.
Beim Abtrennen von Scheiben von einem Werkstück aus Halbleitermaterial ist es üblich, dass das Werkstück mit einer Sägeleiste verbunden ist, in die der Sägedraht am Ende des Verfahrens einschneidet. Die Sägeleiste ist beispielsweise eine Graphitleiste, die auf der Mantelfläche des Werkstücks aufgeklebt oder aufgekittet wird. Das Werkstück mit der Sägeleiste wird dann auf einem Trägerkörper aufgekittet. Die entstandenen Halbleiterscheiben bleiben nach dem Abtrennen wie die Zähne eines Kammes auf der Sägeleiste fixiert und können so aus der Drahtsäge genommen werden. Später wird die verbliebene Sägeleiste von den Halbleiterscheiben abgelöst.
Die Herstellung von Halbleiterscheiben aus Werkstücken aus Halbleitermaterial, beispielsweise aus einem kreiszylindrischen Stab aus einem Einkristall oder einem quaderförmigen polykristallinen Block, stellt hohe Anforderungen an das Drahtsägen. Das Sägeverfahren hat in der Regel zum Ziel, dass jede gesägte Halbleiterscheibe Seitenflächen aufweist, die möglichst eben sind und sich parallel gegenüber liegen.
Abweichungen von der idealen Scheibenform werden u. a. durch die Parameter „Warp” und „Bow” beschrieben.
Der so genannte „Warp” der Scheiben ist ein bekanntes Maß für die Abweichung der tatsächlichen Scheibenform von der angestrebten idealen Form. Der „Warp” darf in der Regel höchstens wenige Mikrometer (μm) betragen.
Der „Bow” ist ein Maß für die konvexe oder konkave Verformung einer Scheibe und darf in der Regel höchstens wenige Mikrometer (μm) betragen.
Der „Warp” und der „Bow” der Scheiben werden im Wesentlichen durch eine Relativbewegung der Sägedrahtabschnitte gegenüber dem Werkstück, die im Lauf des Sägeprozesses in axialer Richtung bezogen auf das Werkstück erfolgt, verursacht. Diese Relativbewegung kann beispielsweise durch beim Sägen auftretende Schnittkräfte, axiale Verschiebungen der Drahtführungsrollen durch Wärmeausdehnung, durch Lagerspiele oder durch die Wärmeausdehnung des Werkstücks verursacht sein.
Die amerikanische Anmeldung US 2010/0089377A1 lehrt ein Verfahren zum Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben aus einem Werkstück, bei dem der „Warp” und der „Bow” der Scheiben reduziert werden. Hierzu werden jeweils die Verschiebungen des Werkstückes und des Drahtgatters in axialer Richtung gemessen und entsprechend angepasst.
Während des Abtrennens von Scheiben aus einem Werkstück kommt es zu einer hohen mechanischen und thermischen Belastung des Sägedrahtes im Drahtgatter, die zu einer unplanmäßigen Unterbrechung des Drahtsägeprozesses durch Drahtriss (Drahtbruch) führen kann.
Zur Vermeidung von Drahtrissen beim Schneiden eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mittels Drahtgatter lehrt die Offenlegungsschrift DE 10 2011 008 397 A1 , an der feststehenden Achse einer Umlenkrolle eine Drehmomenterfassungsvorrichtung anzubringen, so dass eine übermäßig hohe an den Sägedraht anliegende Zugspannung vermieden werden kann.
Bei Drahtrissen muss der Sägeprozess möglichst schnell unterbrochen werden, um Schäden an der Drahtsäge und dem Schneidgut zu vermeiden.
Um einen Drahtriss sofort feststellen zu können und den Drahtsägeprozess innerhalb kürzester Zeit stoppen zu können, offenbart die WO 2011/151022 A1 ein Verfahren zur Überwachung von Drahtrissen beim Schneiden eines Werkstückes mittels Drahtgatter, bei dem durch das Drahtgatter ein Gleichstrom geführt wird, der über das Drahtfeld eine Spannung erzeugt, die von einem Sensor überwacht wird. Bei einer durch einen Drahtabriss verursachten Spannungsabweichung wird der Schneidvorgang automatisch unterbrochen.
Nach einem Drahtriss und dem Abschalten der Drahtsäge werden das Werkstück und das Drahtgatter voneinander getrennt. Hierzu kann beispielsweise das Werkstück nach oben aus dem Gatter herausgefahren werden. Nach der Reparatur wird das Werkstück wieder, ggf. unter geringer Bewegung der Sägedrähte in Gegenwart des Schneidemittels in das Drahtgatter eingeführt.
Die Unterbrechung des Drahtsägeprozesses sollte möglichst kurz sein, da die durch das Schneiden in das Werkstück erwärmten Sägedrähte und Führungsrollen sich im Stillstand abkühlen und es zu einer Kontraktion der Sägedrähte und Führungsrollen kommen kann. Dies kann zu einer Verschlechterung der Nanotopographie der Scheibenoberflächen bei der Wiederaufnahme des Sägeprozesses führen.
Um eine Kontraktion der erwärmten Sägedrähte und Führungsrollen im unplanmäßigen Stillstand zu vermeiden, offenbart die Veröffentlichung DE 11 2009 001 747 T5 ein Verfahren zur Wiederaufnahme des Betriebs einer Drahtsäge, bei dem während des unplanmäßigen Stillstandes die Temperierung des Werkstückes und der relevanten Teile der Drahtsäge (Sägedraht und Führungsrollen) durch das flüssige Schneidmedium gewährleistet wird. Zusätzlich wird in axialer Richtung ein Verschiebungsbetrag für die Führungsrollen des Drahtgitters eingestellt, der der Verschiebung des Werkstücks beim Aussetzen des Prozesses entspricht.
Die Lehre der Veröffentlichung DE 11 2009 001 747 T5 berücksichtigt beim Wiederanfahren des Sägeprozesses allerdings nicht, dass der Sägedraht nach der Reparatur, zumindest teilweise, einen anderen Abnutzungsgrad hat als vor der Unterbrechung.
Dadurch kann beim Wiederanfahren des Drahtsägeprozesses eine tiefe Riefe (Stufe, Einkerbung) in der Oberfläche der zu sägenden Scheiben auftreten, wodurch die Scheiben im ungünstigsten Fall, durch die schlechte Oberflächentopographie, für eine Weiterverarbeitung nicht mehr geeignet sind. Aus diesem Problem ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren bereitzustellen, dass bei einer unplanmäßigen Prozessunterbrechung beim Drahtsägen eines Werkstückes aus Halbleitermaterial beim Wiederanfahren des Prozesses negative Auswirkungen auf die Oberflächentopografie der gesägten Scheiben aus Halbleitermaterial vermeidet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Wiederaufnahme eines unterbrochenen Prozesses zum Zersägen eines Werkstücks 5 in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, umfassend einen Sägedraht 3, der ein aus vielen parallel angeordneten Drahtabschnitten bestehendes Drahtgatter 4 aufspannt, der Sägedraht 3 mit einer Vorwärtsbewegung von einer Sendespule 1a abgewickelt wird, über mindestens eine drehbare Umlenkrolle 2 in das Drahtgatter 4 geführt wird, das Drahtgatter 4 über mindestens eine weitere drehbare Umlenkrolle 2 wieder verlässt auf eine Empfängerspule 1b aufgewickelt wird und der Sägedraht 3 vor der Unterbrechung abwechselnd in zeitlich definierten Intervallen um eine Länge L1 vorwärts und um eine Länge L2 rückwärts bewegt wurde;
das Drahtgatter 4 zur Wiederaufnahme des unterbrochenen Prozesses unter Vorwärtsbewegung mit einer ersten Geschwindigkeit v1 des Sägedrahtes 3 in die vorhandenen Sägespalte des Werkstückes 5 unter Zugabe eines flüssigen Sägemediums des Sägedrahtes 3 eindringt bis das Drahtgatter 4 bzw. das Werkstück 5 an der Position der Unterbrechung des Drahtsägeprozesses angelangt ist, und der Sägedraht 3 zum Stillstand kommt, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht 3 bei der Wiederaufnahme des Sägevorganges abwechselnd in zeitlich definierten Intervallen eine Länge L3 mit einer Geschwindigkeit v vorwärts und eine Länge L4 mit einer Geschwindigkeit v' rückwärts bewegt wird, wobei L4 kleiner als L3 ist und eine Vorwärtsbewegung und eine Rückwärtsbewegung einem Zyklus Z entsprechen, und bei jeder, jeder zweiten oder nach einer beliebigen Anzahl von Vorwärtsbewegungen die bei der Vorwärtsbewegung abgewickelte Drahtlänge L3 verlängert wird, bis die Drahtlänge L3 der Drahtlänge L1 der Vorwärtsbewegung vor der Unterbrechung entspricht.
Ein Werkstück ist ein geometrischer Körper mit einer Oberfläche bestehend aus mindestens zwei parallelen, ebenen Flächen (Stirnseiten) und einer Mantelfläche, die von parallelen Geraden gebildet wird. Bei einem kreiszylindrischen Körper sind die Stirnseiten rund und die Mantelfläche ist konvex. Bei einem quaderförmigen zylindrischen Werkstück ist die Mantelfläche plan.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich zwar primär auf Werkstücke aus Halbleitermaterial, ist aber für das Zersägen eines Werkstückes aus einem beliebigen Material mit einer Drahtsäge anwendbar.
Ein Werkstück aus Halbleitermaterial ist ein Einkristall oder ein Kristall aus Halbleitermaterial, wobei es sich bei dem Halbleitermaterial üblicherweise um Silicium handelt.
Die vom Werkstück aus Halbleitermaterial gesägten Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie eine umlaufende Kante und werden in weiteren Bearbeitungsschritten veredelt.
1 zeigt stark vereinfacht den Aufbau einer Drahtsäge zum Sägen eines kreiszylindrischen Werkstücks 5 gemäß Stand der Technik. Der Sägedraht 3 wird von einer Sendespule 1a über mindestens eine Umlenkrolle 2 in ein Drahtgatter 4 geführt. Das Drahtgatter 4 besteht aus einer Vielzahl parallel angeordneter Drahtabschnitte, die beim Sägeprozess in das Werkstück 5 eindringen (1a). Der aus dem Drahtgatter 4 herausführende Draht wird über mindestens eine weitere Umlenkrolle 2 auf eine Empfängerspule 1b (1b) gewickelt (wire forward, WF). Wird der Sägedraht 3 zurückgespult (wire backward, WB), wird die Empfängerspule 1b zur Sendespule 1a, und die Sendespule 1a im wire forward Schritt zur Empfängerspule 1b.
2a zeigt die Drahtgeschwindigkeiten v (m/s) für die Oszillation (Vorwärts- und die Rückwärtsbewegung) des Sägedrahtes 3 als Funktion der Zeit t während des Drahtsägeprozesses gemäß dem Pilgerschrittverfahren. Ein Zyklus Z der Drahtoszillation umfasst dabei die Dauer der Beschleunigung des Sägedrahtes mit Beginn der Vorwärtsbewegung (wire forward) zum Zeitpunkt t₀₁ bis zum Ende der sich direkt an die Vorwärtsbewegung des Drahtes anschließenden Rückwärtsbewegung zum Zeitpunkt t₀₃. Dementsprechend setzt sich ein Zyklus Z aus einer Phase der Vorwärtsbewegung (wire forward, WF) und einer Phase der Rückwärtsbewegung (wire backward, WB) zusammen.
2b zeigt die Drahtoszillation im erfindungsgemäßen Pilgerschrittverfahren zum Wiederanfahren eines Drahtsägeprozesses nach einem unplanmäßigen Stillstand. Die von der Sendespule 1a in Vorwärtsrichtung (WF) abgespulte Drahtlänge L3 wird mit jedem Zyklus länger, bis L3 gleich L1 ist. In der hier beispielhaft gezeigten Ausführungsform wird die von der Empfängerspule 1b in Rückwärtsrichtung (WB) zurückgespulte Drahtlänge L4 wird bei jedem Zyklus länger, bis L4 gleich L2 ist und wobei L4 kürzer als L3 ist (nicht dargestellt).
3 zeigt schematisch das Profil der Oberfläche einer aus einem Werkstück 5 gesägten Scheibe aus Halbleitermaterial. Die tiefe Sägeriefe in 3a resultiert aus dem Wiederanfahren eines Drahtsägeprozesses nach einem unplanmäßigen Stillstand gemäß dem Stand der Technik. 3b zeigt das Profil, welches aus dem Wiederanfahren eines Drahtsägeprozesses nach einem unplanmäßigen Stillstand mit dem erfindungsgemäßen Verfahren resultiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt eine herkömmliche Drahtsäge zum Einsatz. Das zu zersägende Werkstück 5 wird in der Regel auf einer Sägeleiste fixiert, die mit einer Montageplatte in der Drahtsäge eingespannt wird. Das Zersägen des Werkstückes wird mit einem Drahtgatter 3 bewerkstelligt.
Das Drahtgatter 3 der Drahtsäge wird von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei (ggf. auch drei, vier oder mehr) Drahtführungsrollen 2 aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen 2 drehbar gelagert sind und mindestens eine der Drahtführungsrollen 2 angetrieben ist. Die Drahtabschnitte gehören in der Regel zu einem einzigen, endlichen Draht 3, der spiralförmig um das Rollensystem geführt ist und von einer Sendespule (Vorratsrolle) 1a auf eine Empfängerspule (Aufnahmerolle) 1b abgespult wird (1a).
Das Einsägen bzw. Eindringen des Drahtgatters 4 in das Werkstück 5 wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück 5 gegen das Drahtgatter 4, das Drahtgatter 4 gegen das Werkstück 5 oder das Werkstück 5 und das Drahtgatter 4 gegeneinander führt (Schnittvorschub). Gleichzeitig wird der Sägedraht 3 von einer Sendespule 1a über das Drahtgatter 4 auf eine Empfängerspule 1b gespult (1b).
Die Drahtabschnitte des Drahtgatters 4 werden bevorzugt über Düsen (nicht gezeigt) mit einem flüssigen Schneidmittel beaufschlagt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich sowohl Drahtsägen, bei denen der Sägedraht im Drahtgatter fest gebundene Abrasive, beispielsweise Diamantkorn oder Siliciumcarbid, enthält, als auch Drahtsägen, bei denen der Sägedraht keine Abrasivbelegung aufweist und die Schnittleistung durch eine Abrasive enthaltende Schneidsuspension, die während oder vor dem Sägeprozess auf den Sägedraht aufgebracht wird, gewährleistet wird.
Als Schneidmittel eignen sich alle flüssigen Medien gemäß dem Stand der Technik. Bevorzugt werden für Schneidsuspensionen Glykol, Öl oder Wasser als Trägermaterial und Siliziumcarbid als Abrasiv verwendet.
Das zu zersägende Werkstück 5 ist mittels einer Sägeleiste an einer Haltevorrichtung (nicht dargestellt) derart befestigt, dass die Stirnflächen 5a parallel zu den Drahtabschnitten des Drahtgatters 4 ausgerichtet sind. Während des Sägevorgangs bewirkt die Vorschubeinrichtung eine gegeneinander gerichtete Relativbewegung der Drahtabschnitte und des Werkstücks 5. Als Folge dieser Vorschubbewegung arbeitet sich der mit einem Schneidmittel beaufschlagte Draht 3 durch Materialabtrag unter Bildung von parallelen Sägespalten durch das Werkstück 5, wobei ein Kamm aus den im Entstehen begriffenen Scheiben entsteht.
Das Drahtsägen von Werkstücken aus Halbleitermaterial wird bevorzugt nach dem sog. Pilgerschritt-Verfahren (Drahtoszillationsverfahren) durchgeführt, d. h. der Sägedraht im Drahtgatter wird durch einen geeigneten Antrieb abwechselnd vor und zurück bewegt, wobei eine Phase der Vorwärtsbewegung WF1, umfassend eine Beschleunigungsphase, eine definierte Zeitdauer mit einer konstanten Geschwindigkeit v des Sägedrahtes 3 und einer Abbremsphase bis zum Stillstand des Sägedrahtes, und eine Phase der Rückwärtsbewegung WB2, umfassend eine Beschleunigungsphase in entgegengesetzter Richtung, eine definierte Zeitdauer mit einer konstanten Geschwindigkeit v' des Sägedrahtes 3 in entgegengesetzter Richtung und einer Abbremsphase bis zum Stillstand des Sägedrahtes, einem Zyklus Z entspricht (2a).
Vom Zeitpunkt t₀₁ bis zum Zeitpunkt t₁ wird der Sägedraht 3 in Vorwärtsrichtung (WE) bis zum Erreichen der Geschwindigkeit v beschleunigt. Der Sägedraht 3 wird im Zeitintervall t₁ bis t₂ mit einer definierten und konstanten Geschwindigkeit v vorwärtsbewegt. Im Zeitraum t₂ bis t₀₂ wird die Vorwärtsgeschwindigkeit bis auf 0 m/s verringert (2a).
Ab dem Zeitpunkt t₀₂ wird die Geschwindigkeit des Sägedrahtes 3 in Rückwärtsrichtung (WB) bis zum Zeitpunkt t₃ auf eine Geschwindigkeit v' beschleunigt, wobei die Rückwärtsbewegung des Sägedrahtes 3 mit der konstanten Geschwindigkeit v' bis zum Zeitpunkt t₄ erfolgt. Im Zeitraum t₄ bis t₀₃ wird die Rückwärtsgeschwindigkeit bis auf 0 m/s verringert (2a).
Die Geschwindigkeit v bzw. v' des Sägedrahtes beträgt bevorzugt 5–20 Meter pro Sekunde (nachfolgend m/s), besonders bevorzugt 10–15 m/s.
Während der Draht 3 im Zeitintervall t₀₁ bis t₀₂ (= WF1) in Vorwärtsrichtung bewegt wird, wird von der Sendespule 1a eine Drahtlänge L1 abgespult und eine entsprechende Drahtlänge L1 auf die Empfängerspule 1b aufgespult.
Im Zeitraum t₀₂ bis t₀₃ (= WB2), in der der Draht 3 in Rückwärtsrichtung bewegt wird, wird von der Empfängerspule 1b eine Drahtlänge L2 wieder abgespult und eine entsprechende Drahtlänge L2 auf die Sendespule 1a wieder aufgespult, wobei L2 < L1.
Die Länge L1 beträgt bevorzugt 200 m bis 500 m, besonders bevorzugt 300 m bis 400 m.
Die Länge L2 entspricht bevorzugt 30% bis 90% der Länge L1.
Da L2 kürzer ist als L1, wird mit jedem Sägezyklus Z eine definierte Länge L(neu) (L(neu) = L1 minus L2) an frischem Draht in das Drahtgatter 4 geführt, um den Drahtverschleiß möglichst gering zu halten.
Die Zeitdauer für einen Zyklus Z (= WF1 + WB2) ist während des gesamten Drahtsägeprozesses konstant.
Kommt es nun durch Drahtriss oder einem sonstigen unplanmäßigen Ereignis, beispielsweise einer elektrischen oder mechanischen Störung, zu einer Unterbrechung des Drahtsägeprozesses, wird der Drahtsägeprozess, bestehend aus dem Drahtantrieb und dem Schnittvorschub, automatisch beendet und die Drahtsäge innerhalb von wenigen Sekunden nach dem Drahtriss oder dem sonstigen unplanmäßigen Ereignis kontrolliert heruntergefahren.
Das Signal zum Abbruch des Sägevorgangs wird durch mindestens eine anlageninterne Überwachungsvorrichtung automatisch ausgelöst. Eine Überwachungsvorrichtung kann beispielsweise aus einer elektrischen Drahtrissüberwachung und oder einem Masseschlusssignal bestehen.
Das Masseschlusssignal wird durch Kontakt des gerissenen Sägedrahtes mit einer metallischen Oberfläche ausgelöst.
Im Falle eines Drahtrisses wird bei Bedarf der gerissene Draht manuell aus dem Werkstück herausgezogen.
Nach einer unplanmäßigen Unterbrechung des Drahtsägeprozesses wird das Werkstück 5 aus dem Drahtgatter 4 herausgefahren.
Die Wiederaufnahme des Drahtsägeprozesses erfolgt nach der Reparatur oder ggf. dem Austausch des Sägedrahtes 3 oder der Behebung einer anderweitigen Störung.
Die Wiederaufnahme eines unterbrochenen Drahtsägeprozesses beginnt mit dem Einführen des Drahtgatters 4 in die bereits vorhandenen Sägespalte im Werkstück 5. Dabei wird der Sägedraht bevorzugt mit geringer Geschwindigkeit v1, bevorzugt 0,1–0,5 m/s, in Richtung „wire forward” von der Vorratsrolle über das Drahtgatter auf eine Aufnahmerolle gespult und das aus den parallel angeordneten Drahtabschnitten gebildete Drahtgatter 4 wird in Gegenwart des Schneidemittels wieder soweit in das Werkstück 5 eingeführt, bis die Position zum Zeitpunkt der Unterbrechung erreicht ist.
Wenn das Drahtgatter 4 bzw. das zu zersägende Werkstück 5 wieder die Position zum Zeitpunkt der Unterbrechung erreicht hat, also die Drahtabschnitte des Drahtgatters 4 das obere Ende der jeweiligen Sägespalten erreicht haben, ist der Drahteinführprozess beendet und das Vorspulen des Sägedrahtes wird gestoppt (Drahtgeschwindigkeit 0 m/s).
In einer anderen Ausführungsform wird, wenn das Drahtgatter 4 bzw. das zu zersägende Werkstück 5 wieder die Position zum Zeitpunkt der Unterbrechung erreicht hat, das Wiederanfahren des Drahtsägeprozesses ohne das Abstoppen des Vorspulens des Sägedrahtes gestartet.
Das Wiederanfahren des Drahtsägeprozesses nach einer unplanmäßigen Unterbrechung erfolgt bevorzugt in Richtung „wire forward”, da dadurch von der Vorratsrolle weniger verbrauchter Sägedraht 3 über das Drahtgatter 4 in die bereits vorhandenen Sägespalte im Werkstück 5 eintritt.
Wird der Drahtsägeprozess nach der unplanmäßigen Unterbrechung sofort mit der gleichen Drahtoszillation, also dem gleichen Verhältnis der Drahtlängen L1 (wire forward) zu L2 (wire backward) wie vor der unplanmäßigen Unterbrechung gestartet, kommt es, aufgrund des unterschiedlichen Abnutzungsgrades des Sägedrahtes 3 vor und nach der unplanmäßigen Unterbrechung, zur Ausbildung von Sägeriefen auf den Oberflächen der aus dem Werkstück 5 gesägten Scheiben. Die Tiefe der Sägeriefen in der Scheibenoberfläche kann dann lokal um ein Vielfaches tiefer ausgeprägt sein (3a), wodurch es zu einer Unterschreitung der minimalen Sägedicke der gesägten Scheibe kommen kann.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wiederaufnahme eines unterbrochenen Drahtsägeprozesses, wird die durch den unterschiedlichen Abnutzungsgrad des Sägedrahtes 3 vor und nach der unplanmäßigen Unterbrechung bedingte Tiefe der Sägeriefen auf den Oberflächen der aus dem Werkstück gesägten Scheiben minimiert (3b), was eine positive Auswirkung auf die minimale Sägedicke der aus dem Werkstück gesägten Scheiben hat.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch eine spezielle Drahtoszillation, also einer Bewegung des Sägedrahtes durch das Werkstück um eine Länge L3, die zunächst ungleich der Länge L1 ist, in die eine (wire forward, WF3) und eine Länge L4, die gleich oder zunächst ungleich der Länge L2 ist, in die andere Richtung (wire backward, WB4), gekennzeichnet.
In der wire forward-Phase WF3 des Zyklus Z im erfindungsgemäßen Verfahren entspricht die Drahtlänge L3 zu Beginn der Wiederaufnahme des Drahtsägeprozesses, also im ersten bzw. in den ersten Zyklen, weniger als 95% der Drahtlänge L1 der Phase der Vorwärtsbewegung WF1 des regulären Drahtsägeprozesses.
Bevorzugt ist L3 zu Beginn der Wiederaufnahme des Drahtsägeprozesses zwischen 5% und 90% gegenüber L1 reduziert, besonders bevorzugt ist L3 zwischen 10% und 70% gegenüber L1 reduziert.
Dadurch wird die Länge an frischem Draht während der Wiederaufnahme des Drahtsägeprozesses im Vergleich zum Drahtsägeprozess vor der Unterbrechung verringert und die Gefahr der Ausbildung tiefer Sägeriefen bei der Wiederaufnahme deutlich reduziert (3).
In einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Länge L3 mit jedem Zyklus Z linear um einen konstanten Wert erhöht (verlängert), bis die Länge L1 der Phase der Vorwärtsbewegung WF1 vor der Unterbrechung wieder erreicht ist. Bevorzugt wird die Länge L3 mit jedem Zyklus um 1 bis 40%, besonders bevorzugt um 2 bis 20% der Länge L1 verlängert, bis die Länge L3 gleich der Länge L1 ist.
In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Länge L3 mit jedem Zyklus nicht-linear erhöht (verlängert), bis die Länge L1 vor der Unterbrechung wieder erreicht ist. Bevorzugt wird die Länge L3 um 1 bis 40%, besonders um 2 bis 20%, bezogen auf die Länge L3 im ersten Zyklus nach dem Wiederanfahren, verlängert, bis die Länge L3 gleich der Länge L1 ist.
In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Länge L3 mit jedem zweiten Zyklus, oder einer anderen beliebigen Zykluszahl linear oder nicht linear erhöht, bis die Länge L1 vor der Unterbrechung wieder erreicht ist. Bevorzugt wird die Länge L3 um 1 bis 40%, besonders um 2 bis 20%, bezogen auf die Länge L3 im ersten Zyklus nach dem Wiederanfahren, verlängert, bis die Länge L3 gleich der Länge L1 ist.
Die Zahl der Zyklen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Wiederanfahren eines unterbrochenen Drahtsägeprozesses bis zu dem Zyklus, in dem L3 = L1 ist (Normalbetrieb), hängt von der jeweiligen Ausführungsform und von der jeweiligen Verlängerung der Länge L3 ab.
Bevorzugt beträgt die Anzahl der Zyklen bis zum Erreichen des Normalbetriebes mindestens 12, besonders bevorzugt mindestens 8 Zyklen.
Unabhängig von den oben genannten Ausführungsformen kann die im erfindungsgemäßen Verfahren in der Phase der Rückwärtsbewegung WB4 des Zyklus Z zurückgespulte Drahtlänge L4 gleich oder zunächst verschieden von der Länge L2 sein.
Die Länge L4 ist kürzer ist als L3, so dass, je nach Ausführungsform mit jedem, mit jedem zweiten Sägezyklus oder einer anderen beliebigen Zykluszahl Z eine definierte Länge L(neu) (L(neu) = L3 minus L4) an frischem Draht in das Drahtgatter 4 geführt wird, um den Drahtverschleiß möglichst gering zu halten.
Ist in der wire backward-Phase WB4 die Drahtlänge L4 zunächst verschieden von der Länge L2, entspricht die Länge L4 bevorzugt einer festen Teilmenge von L3. Hierbei wird die Länge L4 mit jedem, bzw. mit jedem zweiten oder einer beliebigen Anzahl an Sägezyklen etwas größer, bis die Länge L4 der Länge L2 vor der Unterbrechung des Drahtsägeprozesses entspricht.
Beträgt beispielsweise im ersten Zyklus WF3-1 die Länge von L3 150 m und im zweiten Zyklus WF3-2 L3 = 200 m, so kann die Rückspullänge L4 des Sägedrahtes im ersten Zyklus WB4-1 75 m und im zweiten Zyklus WB4-2 100 m sein.
Besonders bevorzugt ist die Länge L4 gleich der Länge L2, d. h. die Länge des zurückgespulten Drahtes ist sowohl beim Wiederanfahren des unterbrochenen Sägeprozesses als auch im regulären Sägeprozess gleich. Bei dieser Ausführungsform bleibt die zurückgespulte Drahtlänge L4 konstant, während im nächsten bzw. im übernächsten oder nach einer beliebigen Anzahl an Sägezyklen die vorgespulte Drahtlänge L3 so lange größer bzw. verlängert wird, bis L3 = L1.
Die Geschwindigkeiten v bzw. v' des Sägedrahtes, also die Geschwindigkeit, mit der der Sägedraht im Zeitintervall t₁ bis t₂ bzw. t₃ bis t₄ während des erfindungsgemäßen Verfahrens vor- bzw. zurückgespult wird, betragen bevorzugt 5 bis 20 m/s, besonders bevorzugt 10 bis 15 m/s.
Bevorzugt ist die Geschwindigkeit v im Zeitintervall t₁ bis t₂, mit der der Sägedraht vorwärts bewegt wird, gleich der Geschwindigkeit v' im Zeitintervall t₃ bis t₄, mit der der Sägedraht rückwärtsbewegt wird (2a).
Ebenfalls bevorzugt ist die Geschwindigkeit v im Zeitintervall t₁ bis t₂, mit der der Sägedraht vorwärts bewegt wird, ungleich der Geschwindigkeit v' im Zeitintervall t₃ bis t₄, mit der der Sägedraht rückwärtsbewegt wird.
Wenn das Wiederanfahren des unterbrochenen Sägeprozesses abgeschlossen ist, d. h. L3 = L1 und gegebenenfalls L4 = L2, wird das Zersägen des Werkstückes übergangslos mit den Drahtsägezyklen und der Geschwindigkeit des Sägedrahtes fortgesetzt, die vor der Unterbrechung eingestellt waren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19517107 C2 [0004]
US 5771876 [0004]
DE 10147634 B4 [0005]
US 4655191 [0007]
EP 522542 A1 [0007]
DE 3940691 A1 [0009]
US 2010163010 A2 [0009]
EP 1717001 B1 [0010]
DE 112008003321 T5 [0011]
DE 102011008397 A1 [0022]
WO 2011/151022 A1 [0024]
DE 112009001747 T5 [0027, 0028]

Claims

Verfahren zur Wiederaufnahme eines unterbrochenen Prozesses zum Zersägen eines Werkstücks 5 in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, umfassend einen Sägedraht 3, der ein aus vielen parallel angeordneten Drahtabschnitten bestehendes Drahtgatter 4 aufspannt, der Sägedraht 3 mit einer Vorwärtsbewegung von einer Sendespule 1a abgewickelt wird, über mindestens eine drehbare Umlenkrolle 2 in das Drahtgatter 4 geführt wird, das Drahtgatter 4 über mindestens eine weitere drehbare Umlenkrolle 2 wieder verlässt auf eine Empfängerspule 1b aufgewickelt wird und der Sägedraht 3 vor der Unterbrechung abwechselnd in zeitlich definierten Intervallen um eine Länge L1 vorwärts und um eine Länge L2 rückwärts bewegt wurde; das Drahtgatter 4 zur Wiederaufnahme des unterbrochenen Prozesses unter Vorwärtsbewegung mit einer ersten Geschwindigkeit v1 des Sägedrahtes 3 in die vorhandenen Sägespalte des Werkstückes 5 unter Zugabe eines flüssigen Sägemediums des Sägedrahtes 3 eindringt bis das Drahtgatter 4 bzw. das Werkstück 5 an der Position der Unterbrechung des Drahtsägeprozesses angelangt ist, und der Sägedraht 3 zum Stillstand kommt, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht 3 bei der Wiederaufnahme des Sägevorganges abwechselnd in zeitlich definierten Intervallen eine Länge L3 mit einer Geschwindigkeit v vorwärts und eine Länge L4 mit einer Geschwindigkeit v' rückwärts bewegt wird, wobei L4 kleiner als L3 ist und eine Vorwärtsbewegung und eine Rückwärtsbewegung einem Zyklus Z entsprechen, und bei jeder, jeder zweiten oder nach einer beliebigen Anzahl von Vorwärtsbewegungen die bei der Vorwärtsbewegung abgewickelte Drahtlänge L3 verlängert wird, bis die Drahtlänge L3 der Drahtlänge L1 der Vorwärtsbewegung vor der Unterbrechung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L3 mit jedem, mit jedem zweiten Zyklus Z oder nach einer beliebigen Anzahl von Zyklen Z linear oder nicht linear verlängert wird, bis die Länge L3 gleich der Länge L1 vor der Unterbrechung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L4 gleich der Länge 2 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L4 kürzer als L2 ist und die Länge L4 mit jedem, mit jedem zweiten Zyklus Z oder nach einer beliebigen Anzahl von Zyklen Z linear oder nicht linear verlängert wird, bis die Länge L4 gleich der Länge L2 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L3 mit jedem, mit jedem zweiten Zyklus Z oder nach einer beliebigen Anzahl von Zyklen Z um 1 bis 40% zunimmt, bis die Länge L3 gleich der Länge L1 vor der Unterbrechung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L3 im ersten Zyklus zwischen 5 und 90% der Länge L1 entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit v, mit der der Draht vorwärts bewegt wird, gleich der Geschwindigkeit v' ist, mit der der Draht rückwärtsbewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit v, mit der der Draht vorwärts bewegt wird, ungleich der Geschwindigkeit v' ist, mit der der Draht rückwärtsbewegt wird.