DE102016224640A1

DE102016224640A1 - Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes mit einer Drahtsäge

Info

Publication number: DE102016224640A1
Application number: DE102016224640.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Rieger
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2036-12-10
Also published as: DE102016224640B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge. Durch eine Änderung des Winkels der Austrittsöffnungen der mindestens einen drahteintrittsseitigen Schneidmitteldüse in Abhängigkeit von der Position des Drahtgatters im Werkstück während des Sägevorgangs wird der Schneidmittel bzw. Kühlschmiermitteleintrag in die Sägespalten und damit das Sägeergebnis verbessert, während gleichzeitig auf der Drahtaustrittsseite die Drahtabschnitte gereinigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge. Durch eine Änderung des Winkels der Austrittsöffnungen der mindestens einen drahteintrittsseitigen Schneidmitteldüse in Abhängigkeit von der Position des Drahtgatters im Werkstück während des Sägevorgangs wird der Schneidmittel- bzw. Kühlschmiermitteleintrag in die Sägespalten und damit das Sägeergebnis verbessert, während gleichzeitig auf der Drahtaustrittsseite die Drahtabschnitte gereinigt werden.
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.
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.
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. Beispielsweise ist aus der EP 522 542 A1 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.
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, als Kühlschmiermittel dient 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, welches gleichzeitig auch als Kühlschmiermittel dient. 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.
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.
Gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise JP 10-100141 A2 oder US 6,067,976 A , wird das flüssige Schneidmedium in der Regel über fest positionierte Düsen auf das Drahtgatter und nicht auf das Werkstück bzw. die Drahtführungsrollen aufgebracht. Darüber hinaus wird das flüssige Schneidmedium zwecks Abführung der beim Sägeprozess entstehenden Wärme in der Regel gekühlt. Die Kühlung kann auch durch das Beblasen mit Luft erfolgen, wie beispielsweise die JP 11 216656 A2 lehrt.
Die koreanische Druckschrift KR 2012 0030 696 A lehrt eine Drahtsäge, bei der die Schneidmitteldüsen parallel zum Drahtgatter bewegt werden können, um trotz des sich verändernden Abstands zwischen der Mantelfläche eines kreiszylindrischen Werkstücks und den das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen während des Drahtsägens eine gleichmäßige Versorgung des Drahtgatters und damit der Sägespalte im Werkstück mit Schneidmittel zu gewährleisten.
Bei Diamant-Drahtsägen, also Drahtsägen, bei denen der Sägedraht mit Diamantsplittern als Schneidkorn belegt ist, ist es wichtig, den Sägespalt mit ausreichend Kühlschmiermittel zu versorgen, da es während des Zerspanens des Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben zu einer hohen mechanischen und thermischen Belastung des Sägedrahtes im Sägespalt kommt. Eine Diamantdrahtsäge ist beispielsweise in US 6,279,564 B1 offenbart.
Beide Belastungen werden durch das Vorhandensein des Schneidmittels im jeweiligen Sägespalt, also dem Bereich, der durch einen Drahtabschnitt im Werkstück durch Materialzerspanung entstanden ist, verringert. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn möglichst über die gesamte Länge des einzelnen Sägespaltes auf dem jeweiligem Sägedrahtabschnitt, beim Zerspanen des Werkstücks in einzelne Scheiben, Schneidmittel vorhanden ist.
Deshalb sollten die Sägedrahtabschnitte vor dem Eintritt in den jeweiligen Sägespalt ausreichend mit Schneidmittel benetzt sein, um eine Verarmung an Schneidmittel im Sägespalt, beispielsweise durch Abstreifen zu verhindern.
Insbesondere für die Herstellung von Halbleiterscheiben werden kreiszylindrische Werkstücke mittels einer Drahtsäge gleichzeitig in eine Vielzahl von Scheiben (Wafer) zersägt. Bei einem kreiszylindrischen Werkstück ist die Mantelfläche konvex, so dass sich der Eintrittswinkel der einzelnen Drahtabschnitte des Drahtgatters, bezogen auf die Mantelfläche des Werkstücks, im Verlauf des Sägeprozesses kontinuierlich verändert.
Gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise JP 10-100141 A2 oder US 6,067,976 A , wird während des gesamten Sägevorgangs das Drahtgatter mit einem konstanten Winkel aus Düsen mit einem flüssigen Schneidmittel besprüht. Die stetige
Veränderung des Eintrittswinkels der einzelnen Drahtabschnitte des Drahtgatters während des Sägeprozesses führt zu einer unterschiedlichen Versorgung der einzelnen Sägespalte mit flüssigem Schneidmittel während des Sägeprozesses, was wiederum einen negativen Effekt auf die Oberflächengeometrie der gesägten Scheiben hat.
Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zum gleichzeitigen Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge zur Verfügung zu stellen, das die gleichmäßige Versorgung der einzelnen Sägespalte mit flüssigem Schneidmittel während des gesamten Sägeprozesses, also vom Einschneiden der Drahtabschnitte in das Werkstück bis zum Einsägen der Drahtabschnitte in die Sägeleiste, mit der das Werkstück in der Drahtsäge befestigt ist, zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum gleichzeitigen Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, wobei das Werkstück eine Mantelfläche und zwei Stirnseiten umfasst, die Drahtsäge aus mindestens zwei Drahtführungsrollen die ein aus vielen parallelen Drahtabschnitten umfassendes Drahtgatter aufspannen, besteht, das Werkstück unter Relativbewegung der Drahtabschnitte und in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels von oben durch das Drahtgatter unter Ausbildung von Sägespalten in der Mantelfläche geführt wird, das Drahtgatter auf der Drahteintrittsseite in einem Eintrittswinkel zur Mantelfläche in das Werkstück eintritt und auf der Drahtaustrittseite aus dem Werkstück wieder austritt, sich oberhalb des Drahtgatters sowohl auf der Drahteintrittsseite als auch auf der Drahtaustrittsseite sich mindestens jeweils eine Düse befindet und über die mindestens eine Düse auf der Drahteintrittsseite das Drahtgatter mit dem flüssigen Schneidmittel bzw. Kühlschmiermittel in einem bestimmten Winkel, dem Düsenwinkel, beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenwinkel während des gesamten Sägeprozesses entsprechend der Position des Drahtgatters im Werkstück und der Geometrie der Mantelfläche des Werkstücks angepasst wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden detailliert beschrieben.
Ein Werkstück ist ein geometrischer Körper mit einer Oberfläche bestehend aus mindestens zwei Seitenflächen, den Stirnseiten, und einer Mantelfläche, die zwischen den Seitenflächen liegt. Bei einem kreiszylindrischen Werkstück sind die Stirnseiten runde Flächen und die Mantelfläche ist eine konvexe Fläche. Bei einem quaderförmigen zylindrischen Werkstück besteht die Mantelfläche aus vier planen aneinandergrenzenden Einzelflächen.
Die vorliegende Erfindung wird, ohne den Schutzumfang darauf zu beschränken, am Beispiel eines kreiszylindrischen Werkstückes aus Halbleitermaterial beschrieben, ist aber für das Zersägen eines Werkstückes mit einer beliebigen Form und aus einem beliebigen Material mit einer Drahtsäge anwendbar.
Eine Vorrichtung zum Drahtsägen (Drahtrennläppen) eines Werkstücks in eine Vielzahl von Scheiben wird allgemein als Drahtsäge bezeichnet. 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, die aus einem Werkstück aus Halbleitermaterial abgetrennt werden, beispielsweise bei 100 bis 1000 µm.
Ein Werkstück aus Halbleitermaterial ist ein Einkristall oder ein Kristall aus Halbleitermaterial. Halbleitermaterialien sind Verbindungshalbleiter wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder Elementhalbleiter wie hauptsächlich Silicium und gelegentlich Germanium.
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.
Das zu zersägende Werkstück wird in der Regel auf einer Sägeleiste fixiert, die mit einer Montageplatte in der Drahtsäge eingespannt oder anderweitig befestigt wird. Das Zersägen des Werkstückes wird mit einem Drahtgatter bewerkstelligt.
Das Drahtgatter der Drahtsäge wird von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei (ggf. auch drei, vier oder mehr) Drahtführungsrollen aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und mindestens eine der Drahtführungsrollen angetrieben ist.
In der Mantelfläche der Drahtführungsrollen sind eine Vielzahl von parallelen Vertiefungen (englisch: grooves) eingebracht, wobei der Sägedraht in diesen Vertiefungen liegt und dadurch geführt wird.
Der zum Auftrennen eines Stabes verwendete Sägedraht besteht beispielsweise aus einem Glattdraht wie beispielsweise in EP 0 799 655A1 , US 6,194,068 B1 oder DE 10 2012 007 815 A1 offenbart oder aus einem strukturierten Draht, wie beispielsweise in EP 1 827 745 B1 , US 2 860 862 A , WO 12 069 314 A1 und WO 14 036 714 A1 offenbart. Die Oberfläche des Sägedrahts kann frei von Schneidmittel, Abrasiven, sein oder mit Abrasiven belegt sein. Beispielsweise ist Diamantdraht ein Sägedraht, der mit feinem Diamantkörnern als Abrasiv belegt ist. Ein Diamantsägedraht ist beispielsweise in US 6,279,564 B1 offenbart.
Beim Sägeprozess unterteilt das Werkstück das Drahtgatter in zwei Bereiche, nämlich die Drahteintrittsseite (Drahteinlaufseite) und die Drahtaustrittsseite (Drahtauslaufseite). Auf der Drahteintrittsseite tritt der Sägedraht in einem Eintrittswinkel zur Mantelfläche in das Werkstück ein, durchläuft das Werkstück unter Materialabtrag im Sägespalt und tritt auf der Drahtaustrittsseite wieder aus dem Werkstück aus. Oberhalb des Drahtgatters befinden sich sowohl auf der Drahteintrittsseite als auch auf der Drahtaustrittsseite jeweils mindestens eine Düse, die für die Beaufschlagung des Drahtgatters mit flüssigem Schneidmittel geeignet ist.
Die Drahtabschnitte des Drahtgatters auf der Drahteintrittsseite werden beim Einsägen in das Werkstück bevorzugt über Düsen mit einem flüssigen Schneidmittel bzw. Kühlschmiermittel beaufschlagt. Die Düsen können beispielsweise fächer- oder kegelförmige Austrittsöffnungen haben, aus denen das flüssige Schneidmittel austritt. Die Düsen werden über mindestens eine Zuleitung mit dem flüssigen Schneidmittel versorgt.
Als Schneidmittel eignen sich alle flüssigen Medien gemäß dem Stand der Technik. Bevorzugt werden für Sägedrähte, deren Oberfläche frei von Abrasiven ist, als Schneidsuspensionen Glykol, Öl oder Wasser als Trägermaterial und Siliziumcarbid als Abrasiv verwendet.
Für Sägedrähte, deren Oberfläche mit Abrasiven belegt ist, also beispielsweise Diamantdraht, wird bevorzugt ein flüssiges Schneidmittel ohne Abrasive verwendet, im einfachsten Fall Wasser.
Da Schneidsuspensionen in vielen Fällen eine höhere Viskosität haben als flüssige Schneidmittel ohne Abrasive, eignet sich die vorliegende Erfindung insbesondere auch für das gleichzeitige Zersägen eines Werkstücks in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, deren Sägedraht mit Abrasiven belegt ist, also beispielsweise eine Diamantdrahtsäge, da hier die Beaufschlagung des Drahtgatters mit flüssigem Schneidmittel aufgrund der geringeren Viskosität und des Fehlens von Abrasiven vergleichsweise technisch weniger aufwändig ist.
Bevorzugt wird das Schneidmittel im Kreis geführt, d.h. überschüssiges Schneidmittel wird aufgefangen und, ggf. nach einer Auffrischung mit frischem Kühlmittel und oder einer Aufbereitung, bei der beispielsweise zumindest ein Teil des zerspanten Werkstückmaterials aus dem Schneidmittel entfernt wird, wieder eingesetzt (Kreislaufführung).
Das Einsägen bzw. Eindringen des Drahtgatters in die Mantelfläche des Werkstücks wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter, das Drahtgatter gegen das Werkstück oder das Werkstück und das Drahtgatter gegeneinander führt zw. führen (Schnittvorschub). Gleichzeitig wird der Sägedraht über das Drahtgatter von einer Sendespule (Vorratsrolle) über das Drahtgatter auf eine Empfängerspule (Aufnahmerolle) gespult. Dabei kann der Draht abwechselnd zunächst in eine Richtung eine erste Länge L1 und anschließend wieder ein eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung, um eine Länge L2 gespult werden, wobei L2 kürzer ist als L1 (Pilgerschrittverfahren).
Im Pilgerschrittverfahren wechseln die Drahteintrittsseite (Drahteinlaufseite) und die Drahtaustrittsseite (Drahtauslaufseite) regelmäßig. Die Drahteintrittsseite ist diejenige Seite der Mantelfläche eines Werkstücks, auf dessen Seite der Draht von der ersten der beiden, das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen, zum bzw. in das Werkstück hineinbewegt wird. Die Drahtaustrittsseite ist diejenige Seite der Mantelfläche eines Werkstücks, von dessen Seite der Draht weg zu der zweiten Drahtführungsrolle bewegt wird.
Das Drahtgatter, welches in einem Einschnittwinkel bzw. Eintrittswinkel zur Mantelfläche steht, sägt sich in die Mantelfläche bzw. zerspant das Werkstück entlang seiner Längsachse in Form von Sägespalten, so dass das die Mantelfläche des Werkstückes während des Drahtsägeprozesses eine kammartige Struktur hat. Nachdem das Drahtgatter das Werkstück vollkommen durchsägt hat, sägt das
Drahtgatter in die Sägeleiste ein. In einem separaten Schritt werden die einzelnen Scheiben von der Sägeleiste abgelöst (vereinzelt).
Unter Einschnittwinkel bzw. Eintrittswinkel wird im Sinne dieser Erfindung der Winkel verstanden, der durch die Ebene des Drahtgatters und der Mantelfläche der Werkstücks oberhalb des Drahtgatters am Eintrittspunkt des jeweiligen Drahtabschnittes in das Werkstück gebildet wird.
Bei einem kreiszylindrischen Werkstück verändert sich auf der Drahteintrittsseite der jeweilige Eintrittswinkel des Drahtgatters, bezogen auf die Mantelfläche des Werkstücks, während des gesamten Sägevorgangs kontinuierlich, da die Mantelfläche konvex ist. Zu Beginn des Sägeprozesses ist der Einschnittwinkel sehr klein und ist ein spitzer Winkel. Mit zunehmender Einschnitttiefe des Drahtgatters in das kreiszylindrische Werkstück vergrößert sich dieser Winkel immer mehr. In der Mitte des Werkstücks tritt der Sägedraht, bezogen auf die Mantelfläche des Werkstücks, in einem Winkel von 90° in das Werkstück ein und nimmt so lange zu, bis das Drahtgatter in die Sägeleiste einschneidet und der Sägeprozess beendet ist.
Auf der Drahtaustrittsseite, also der Seite, auf der der jeweilige Drahtabschnitt aus dem jeweiligen Sägespalt austritt, verändert sich der Austritts- bzw. Ausschnittwinkel, also der zwischen dem Drahtgatter und der Mantelfläche des Werkstücks am Austrittspunkt gebildete Winkel, bei einem kreiszylindrischen Werkstück ebenfalls kontinuierlich.
Um eine gleichmäßige Versorgung der Sägespalten mit flüssigem Schneidmittel bzw. Kühlschmiermittel, im Folgenden nur als flüssiges Schneidmittel bezeichnet, während des gesamten Sägeprozesses zu gewährleisten, wird im erfindungsgemäßen Verfahren die mindestens eine Düse auf der Drahteintrittsseite, aus der das flüssige Schneidmittel auf die Drahtabschnitte des Drahtgatters aufgebracht wird, entsprechend dem Schnittverlauf als Funktion der Werkstückgeometrie und der Position des Drahtgatters im Werkstück (Tischposition) nachgeführt. Dadurch kann der Winkel, mit dem das Drahtgatter auf der Drahteintrittsseite mit flüssigem Schneidmittel beaufschlagt wird, der Düsenwinkel, in Abhängigkeit vom Eintrittswinkel des Drahtgatters in Bezug auf die Mantelfläche immer so gewählt werden, dass die einzelnen Sägespalte immer optimal mit flüssigem Schneidmittel versorgt werden. Die optimale Versorgung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das der Düsenwinkel, bezogen auf das Drahtgatter, während des gesamten Drahtsägeprozesses möglichst klein ist.
Im Sinne dieser Erfindung bezieht sich der Düsenwinkel bzw. Auftreffwinkel, also der Winkel, mit dem das flüssige Schneidmittel auf der Drahteintrittsseite auf die Drahtabschnitte des Drahtgatters aufgebracht wird, auf den Winkel zwischen der gedachten Mittelachse des - in der Regel unter Druck - aus der Düse austretenden Strahls des flüssigen Schneidmittels und der durch das Drahtgatter gebildeten Ebene. Bei einem fächerförmigen Strahl des Schneidmittels liegt die Mittelachse in der Mitte zwischen den oberen und den unteren Auftreffpunkten des Strahls auf die Drahtabschnitte. Bei einem kegelförmigen Strahl des Schneidmittels liegt die Mittelachse im geometrischen Zentrum der Ellipse, die durch die Auftreffpunkten des Strahls auf die Drahtabschnitte gebildet wird.
Bevorzugt liegt der Düsenwinkel, bezogen auf das Drahtgatter, während des gesamten Sägevorgangs zwischen 0 bis 30°, besonders bevorzugt zwischen von 1 bis 15°. Während des Sägevorgangs wird der Düsenwinkel, in Abhängigkeit vom Eintrittswinkel des Drahtgatters in das Werkstück - und damit in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie - nachgeführt. Die Nachführung des Düsenwinkels erfolgt bevorzugt mittels eines Stellmechanismus. Der Stellmechanismus ist im einfachsten Fall eine mechanische Führung der mindestens einen Schneidmitteldüse über einen Taster, der die Oberfläche des Werkstücks abtastet. Der Stellmechanismus kann aber auch beispielsweise über einen Servomotor oder eine andere Steuerungsvorrichtung, wie z.B. eine pneumatische Vorrichtung, während des Sägevorgangs an den jeweiligen Eintrittswinkel des Drahtgatters in das Werkstück angepasst werden.
Bevorzugt ist die Düse so ausgerichtet, dass das flüssige Schneidmittel unmittelbar am Eintrittspunkt des jeweiligen Drahtabschnitts in das Werkstück auf das Drahtgatter auftrifft. Bevorzugt liegt der mittlere Auftreffpunkt des Strahls aus flüssigem Schneidmittel auf dem Drahtgatter weniger als 5 cm, besonders bevorzugt weniger als 2 cm vom jeweiligen Eintrittspunkt eines Drahtabschnitts in den Sägespalt im Werkstück entfernt, um eine optimale drahteintrittsseitige Versorgung der Sägespalten mit flüssigem Schneidmittel zu gewährleisten.
Bevorzugt entspricht im erfindungsgemäßen Verfahren die Austrittsgeschwindigkeit des Schneidmittels aus der Austrittsöffnung der Schneidmitteldüse der jeweiligen Geschwindigkeit des Sägedrahtes. Besonders bevorzugt entspricht bei einer variablen Drahtgeschwindigkeit die Geschwindigkeit, mit der das flüssige Schneidmittel aus der Austrittsöffnung der Düse austritt, der maximalen Geschwindigkeit des Sägedrahtes.
Unter der Geschwindigkeit des Sägedrahtes wird im Sinne dieser Erfindung die Geschwindigkeit verstanden, mit der der Sägedraht durch das Drahtgatter während des Sägeprozesses bewegt wird.
Ebenfalls bevorzugt kann das flüssige Schneidmittel auch mit erhöhtem Druck aus der Austrittsöffnung der Düse in die Richtung der Sägespalte austreten. Ein erhöhter Druck kann beispielsweise bei Diamantdraht vorteilhaft sein, insbesondere wenn sich kleinste Diamantpartikel im Sägespalt verhaken, wodurch die Gefahr eines Drahtrisses erhöht wird.
Der auf der Drahtaustrittsseite aus dem Werkstück austretende Sägedraht ist durch den Zerspanungsprozess und die Gegenwart des Schneidmittels mit einem Schlamm aus Abriebmaterial bedeckt. Bevorzugt wird auf der Drahtaustrittsseite die Austrittsöffnung mindestens eine Schneidmitteldüse so auf das Drahtgatter geschwenkt, dass die drahtaustrittsseitigen Drahtabschnitte während des Drahtsägeprozesses mittels einer aus dieser mindestens einen Düse austretenden Flüssigkeit gereinigt werden können. Als Flüssigkeit bzw. Reinigungsmittel kann das flüssige Schneidmittel oder jede andere geeignete Flüssigkeit verwendet werden. Wird eine andere Flüssigkeit als das Schneidmittel zum Reinigen der drahtauslaufseitigen Drahtabschnitte des Drahtgatters verwendet, erfolgt die Versorgung der mindestens einen Düse beispielsweise durch Umschaltung eines Ventils auf das andere Reinigungsmittel.
Durch das Reinigen der Drahtabschnitte wird auch der Verschleiß der mindestens zwei das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen verringert.
Der Düsenwinkel für die Reinigung der Drahtabschnitte auf der Drahtaustrittsseite liegt bevorzugt im Bereich von 40° bis 90°, d.h. die aus der drahtaustrittsseitigen mindestens einen Düse austretende Flüssigkeit trifft in einem Winkel zwischen 40° und 90°, bezogen auf die durch das Drahtgatter gebildete Ebene, auf die drahtaustrittseitigen Drahtabschnitte des Drahtgatters auf. Bevorzugt kann der Düsenwinkel für die Reinigung während der Reinigungsphase in dem Bereich zwischen 40° und 90° variiert werden. Die Einstellung des Düsenwinkels für die Reinigung der auf der Drahtaustrittsseite liegenden Drahtabschnitte des Drahtgatters erfolgt bevorzugt über einen Stellmechanismus.
Erfolgt das Zersägen des Werkstücks im Pilgerschrittverfahren, einem oszillierenden Verfahren, wechseln die Drahteintritts- und die Drahtaustrittsseite ständig ab. Die mindestens eine, drahteinlaufseitige befindliche Schneidmitteldüse versorgt also zunächst den Sägespalt mit ausreichend Schneidmittel und schwenkt dann, mit bzw. nach einem Richtungswechsel des Sägedrahts, so zum Drahtgatter hin, dass der nun auf der Drahtaustrittsseite befindliche Teil des Drahtgatters durch den Austritt einer geeigneten Flüssigkeit aus der Austrittsöffnung der Schneidmitteldüse gereinigt werden kann.
Bevorzugt wird die jeweilige Einstellung des Düsenwinkels auf der Drahteintrittsseite und auf der Drahtaustrittsseite durch eine Kopplung der Drahtlaufrichtung mit dem Stellmechanismus bewerkstelligt. Beispielsweise kann eine mechanische Kopplung über die mindestens eine der zwei das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen erfolgen. Die Kopplung kann aber auch durch jede beliebige andere Steuervorrichtung, die die abwechselnde Ausrichtung der Düsen ermöglicht, bewerkstelligt werden.
Erfolgt die Reinigung der auf der Drahtaustrittsseite befindlichen Drahtabschnitte des Drahtgatters mit einer anderen Flüssigkeit als das flüssige Schneidmittel, wird die Umschaltung der Flüssigkeitszuleitung zu der betreffenden Düse durch eine geeignete Steuervorrichtung, die bevorzugt mit der Laufrichtung der Drahtabschnitte im Drahtgatter gekoppelt ist, bewerkstelligt.
Die bisherige drahtauslaufseitige mindestens eine Schneidmitteldüse versorgt jetzt, nach dem Umschwenken aus der Reinigungsposition, den Sägespalt mit ausreichend Schneidmittel.
Bei jeder Drahtumkehr muss die mindestens eine drahteinlaufseitige Düse entsprechend der aktuellen Tischposition, also der aktuellen Position des Drahtgatters im Werkstück, von der Reinigungsposition so umgeschwenkt werden, dass der auf die auf der Drahteintrittsseite liegenden Sägespaltöffnungen optimal mit flüssigem Schneidmittel versorgt werden, d.h. dass der Düsenwinkel während des Drahtsägeprozesses einen Wert aus dem Bereich 0° bis 30° hat.
Ist der Schnitt beendet, d.h. dass Drahtgatter hat in die Sägeleiste, an der das Werkstück in der Drahtsäge befestigt ist, eingesägt, schwenken die Austrittsöffnungen der mindestens jeweils einen links und rechts vom Werkstück befindlichen Düsen so zu der Mantelfläche des Werkstücks, dass das in einzelne Scheiben zerspante Werkstück vor dem oder während des Herausfahrens aus der Drahtsäge durch eine aus den mindestens zwei Düsen austretende geeignete Flüssigkeit besprüht und damit vorgereinigt werden kann. Hierzu schaltet bevorzugt ein Ventil den Flüssigkeitszulauf der mindestens zwei Düsen auf Frischwasser um, so dass das Werkstück mit dem aus den mindestens zwei Düsen austretenden Frischwasser vorgereinigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19517107 C2 [0003, 0024]
US 5771876 [0003, 0024]
EP 522542 A1 [0005]
DE 3940691 A1 [0007]
US 2010163010 A2 [0007]
JP 10100141 A2 [0011, 0017]
US 6067976 A [0011, 0017]
JP 11216656 A2 [0011]
KR 20120030696 A [0012]
US 6279564 B1 [0013, 0031]
EP 0799655 A1 [0031]
US 6194068 B1 [0031]
DE 102012007815 A1 [0031]
EP 1827745 B1 [0031]
US 2860862 A [0031]
WO 12069314 A1 [0031]
WO 14036714 A1 [0031]

Claims

Verfahren zum gleichzeitigen Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, wobei das Werkstück eine Mantelfläche und zwei Stirnseiten umfasst, die Drahtsäge aus mindestens zwei Drahtführungsrollen die ein aus vielen parallelen Drahtabschnitten umfassendes Drahtgatter aufspannen, besteht, das Werkstück unter Relativbewegung der Drahtabschnitte und in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels von oben durch das Drahtgatter unter Ausbildung von Sägespalten in der Mantelfläche geführt wird, das Drahtgatter auf der Drahteintrittsseite in einem Eintrittswinkel zur Mantelfläche in das Werkstück eintritt und auf der Drahtaustrittseite aus dem Werkstück wieder austritt, sich oberhalb des Drahtgatters sowohl auf der Drahteintrittsseite als auch auf der Drahtaustrittsseite sich mindestens jeweils eine Düse befindet und über die mindestens eine Düse auf der Drahteintrittsseite das Drahtgatter mit dem flüssigen Schneidmittel bzw. Kühlschmiermittel in einem bestimmten Winkel, dem Düsenwinkel, beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenwinkel während des gesamten Sägeprozesses entsprechend der Position des Drahtgatters im Werkstück und der Geometrie der Mantelfläche des Werkstücks angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Werkstück eine konvexe Mantelfläche hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenwinkel während des Drahtsägeprozesses zwischen 0° bis 30°, bezogen auf das Drahtgatter, liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Auftreffpunkt des Strahls aus flüssigem Schneidmittel bzw. Kühlschmiermittel auf dem Drahtgatter während des gesamten Sägeprozesses weniger als 5 cm vom Eintrittspunkt des jeweiligen Drahtabschnitts in das Werkstück entfernt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Drahtsägeprozesses die drahtaustrittsseitigen Drahtabschnitte des Drahtgatters durch eine aus der mindestens einen sich auf der Drahtaustrittsseite befindlichen Düse austretenden Flüssigkeit gereinigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der drahtaustrittseitigen mindestens einen Düse austretende Flüssigkeit in einem Winkel zwischen 40° und 90° auf die drahtaustrittseitigen Drahtabschnitte des Drahtgatters auftrifft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach Beendigung des Drahtsägeprozesses und vor dem Herausfahren aus der Drahtsäge mittels einer aus den mindestens zwei Düsen austretenden Flüssigkeit besprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sägedraht ein Diamantsägedraht ist.