DE1602002A1 - Einrichtung zum Brechen plattenfoermiger Gegenstaende,insbesondere Halbleiterplaettchen - Google Patents
Einrichtung zum Brechen plattenfoermiger Gegenstaende,insbesondere HalbleiterplaettchenInfo
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Description
Anmelderin; Stuttgart, den 2β. Mai I966
Nippon Electric Company Limited P l8j55 51/52 7 - 15j Shiba Gochome, Minato-ku
Tokio/Japan
Tokio/Japan
Vertreter:
Patentanwalt
Dipl.-Ing. Max.Bunke
7000 Stuttgart 1
Schloßstraße 73 B
Dipl.-Ing. Max.Bunke
7000 Stuttgart 1
Schloßstraße 73 B
Einrichtung zum Brechen, plattenförmiger Gegenstände, insbesondere Halbleiterplättchen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Brechen harter und spröder, plattenförmiger Gegenstände, insbesondere Halbleiterplättchen,
längs Anreißlinien in Einzelelemente. Während dieser Brechbehandlung ist das betreffende Halbleiterplättehen normalerweise
sandwichartig zwischen zwei Kunststoffolien eingeschlossen, die die Einzelelemente festhalten.
Ein Halbleiterplättchen wird normalerweise dadurch in Einzelelemente
geteilt, daß es längs vorgeschriebener Anreißlinien angerissen wird, daß beide Flächen mit einer dünnen Kunststoffolie
909882/032/;
belegt werden und daß man eine Keilkante gegen die Rückseite der Anreißlinien wirken läßt. Zum vollständigen Zerbrechen des Plättchens
muß man die Keilkante zunächst gegen die Rückseite der in einer Richtung verlaufenden Anreißlinien stoßen und dann gegen *
die Rückseite der dazu senkrechten Anreißlinien. Das Brechen muß deshalb mit großer Sorgfalt erfolgen, damit nicht einige Einzelelemente
von den Kunststoffolien abgelöst und gegeneinander verschoben, insbesondere übereinandergeschoben werden oder sonst in
Unordnung kommen, wodurch einzelne Teile des Plättchens nicht gebrochen würden. Eine bekannte Einrichtung, wo das angerissene
und sandwichartig eingelegte Plättchen zwischen zwei komplementär zueinander konvexe bzw. konkave Backen eingepreßt wird, weist
den Nachteil auf, daß häufig ein Teil des Plättchens ungebrochen bleibt'. Ein vollständiges Brechen erreicht man durch Einwirken
einer Keilkante gegen jede Anreißlinie, doch muß diese Arbeitsweise von Hand ausgeführt werden, was unzureichend ist und sich
nicht mechanisieren läßt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen in Ansicht und im Schnitt ein Halbleiterplättchen
1, das sandwichartig zwischen zwei dünne Kunststoffolien 2 und 3 eingelegt ist. Zuvor sind auf dem Halbleiterplättchen jeweils
senkrecht zueinander Anreißlinien 5 aufgebracht, längs deren das Halbleiterplättchen 1 in Einzelelemente K gebrochen werden
soll. Nach Pig. 2 sind die Einzelelemente K bereits längs der Linien
6 voneinander abgetrennt, werden jedoch noch durch die Kunststoffolien 2 und 3 zusammengehalten.
Fig. 3 zeigt eine bekannte Einrichtung zum Brechen bzw. Abtrennen
der Einzelelemente. Dazu gehören ein konvexer zylindrischer Unterbacken Y, dessen Krümmung den Abmessungen der Einzelelemente 4
angepaßt ist, ein dazu komplementärer, konkaver Backen 8, der durch einen Druck P gegen das sandwichartig eingespannte Plrätt-
<£> chenl gedrückt werden kann, das auf dem konvexen Unterbacken 7
co liegt. Die Stirnfläche des Backens 8 kann mit einer Schicht 9 aus
O0 einem nachgiebigen Stoff bekleidet sein. Der schwerwiegendste Nach-1^
teil dieser Einrichtung liegt darin, daß es sich nicht vermeiden
ο läßt, daß einzelne Elemente ungebrochen bleiben. Während der Ab-
fsj senkbewegung des konkaven Backens 8 setzt derselbe zunächst auf
*"* die beiden Seitenkanten des Plättchens 1 auf, während der konvexe
Unterbacken 7 längs der Mittellinie des Plättchens 1 anliegt. Dadurch
wird innerhalb der Anreißlinien im Bereich der Mittellinie
desPlattchens ein größeres Biegemöment erzeugt. - Infolgedessen
erfolgt das Brechen zunächst "In diesem Mxttelbereieh, so daß sich
das Plättchen 1 abknickt undder konkave Backen 8 dem konvexen
Backerrf näherkommen kann. Da jedoch nur die senkrecht zur Ober- :-··.. j
fläche des Piättchehs Γ wirkende Komponente des Drucks P. zum; Bre- j
Chen des" Plättchens 1' wirksam - ist--und da die seitlichen Teile des ·
Plättcheris" 1 stärker geneigt sind, läßt es sich nicht vermeiden,.,^ j
daß auf den Seiten des Plättehens 1 Einzelelemente ungebrochen. '. i
bleiben. Ferner führt die Biegung des Plättehens 1 zu., einer Dehnung
der stirnseitigen KunststoffölfgngQEtnd auiginer-bEtisamBien- ;
drückung der rückseitigen Kunststoffolie 3i Dadurch 'wird ein -Abflögen der Kunststoffolien 2Und 3 begünstigt. .
Fig. 4 zeigt eine andere bekannte Einrichtung, die eine entsprechende
Unterläge aus Gummi oder einem ähnlichen Stoff aufweist, auf die das angerissene und sandwiehartig eingefaßte Plättchen 1
mit der Unterlage 10 zugewandten Anreißlinien 5 gelegt wird. Ein Keil 11 oder eine zylindrische Rolle wird längs jeder Anreißlinie
auf die Rückseite des Plättehens' 1 gepreßt. Dabei können keine
Einzelelemente ungebrochen bleiben. Es ist jedoch schwierig, den
Keil 11 genau längs einer Anreißlinie 5 gegen das Plättchen 1 zu
stoßen, da man von der Rückseite des Plättehens 1 aus arbeitet.
Diese Einrichtung ist deshalb für eine Automatisierung.nicht geeignet.
' -■".-'" --■-"·. ,
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung, die
ein solches Plättchen in Einzelelemente zerbrechen kann, wobei
keine unzerbröchenen #tüeke zurückbleiben und keine Ablösung von
den Kunststoff ollen auftritt. Ferner soll die Einrichtung nach
der Erfindung zinn Brechen von Plättehen beliebiger Dicke in Einzelelemente jeweils"gewünschter Größe geeignet sein. Ferner soll
die Einrichtung nach der Erfindung serienmäßig und automatisch
arbeiten können. ■"■· '-■■.-... .... . . ·;ύ
Dies wird nach 4er-Erfindung: durch/ zwei parallel,, zueinander ge...... lagerte
Walken erreicht» von depen;mindestens eine angetrieben. , .'■
ist1 und" die Auflagesehiehten ye^schiedener Nachgiebigkeit besit- r ' S
zeriy wobei" die plattenTormigen-Gegenstände, mit der Anre.ißseite ; :
der nachg-iebagen-Auflageschicht zugewandt und; mit den. Anreißlinien
parallel zu den-Walzenactiseö zwischen die Walzen;ieirigefüiirt''weräUn..
Die Auflageschichten haben vorzugsweise die Form von Umfangsbeschichtungen.
Zumindest die nachgiebigere Auflageschicht kann jedoch auch als Band ausgebildet sein. Zur Steuerung des Anpreß- druckes
ist zweckmäßigerweise eine Verstelleinrichtung zur Ver-*
stellung des Abstandes der Walzenachsen vorgesehen.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die oben beschriebenen Nachteile der bekannten Einrichtungen ausgeschaltet. Die erfindungsgemäße
Einrichtung ist zur Herstellung von Einzelelementen verschiedener Abmessungen geeignet und kann in einem kontinuierlichen
Arbeitsgang benutzt werden. Es ergeben sich auch keine Einschränkungen hinsichtlich der Plättchendicke. Bspw. mußte man
bei bekannten Einrichtungen die Dicke eines Siliziumplättehens auf 0,10 mm bis 0,15 mm beschränken, damit man Einzelelemente der
Abmessungen 0,5 χ 0,5 mm erhalten konnte. Demgegenüber kann man
mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 0,25 mm dicke Siliziumplättchen
in Einzelelemente brechen. Dadurch wird das Ätzen oder f Schleifen der Rückseite eines Plättchens überflüssig, was bis :; :
jetzt erforderlich war, um die Dicke, insbesondere bei der Her- (
stellung von Epitaxial-Diffusions-Halbleiterelementen zu verkleinern. Unerwünschte Brüche bei dieser nicht mehr erforderlichen [
Ätzbehandlung fallen somit fort. Ebenso sind unerwünschte Brüahe :
beim Anreißen ausgeschaltet, so daß die Ausbeute an Halbleiter- j >.'
elementen wesentlich vergrößert wird. Infolge der Verminderung !
der Anzahl der Herstellungsstufen und der Vergrößerung der Ausbeute ergibt sich eine Herabsetzung der Herstellungskosten.
Nunmehr sollen Einzelheiten der Erfindung an Hand bevorzugter
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Fig. 5 bis 8 beschrieben
werden. Es stellen dar:
Fig. 5 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 einen Ausschnitt aus Fig. 5 in vergrößertem Maßstab,
Fig. 7 einen Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der
Erfindung und
Fig. 8 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
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Die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 5 umfaßt.zwei zusammenwirkende
Walzen 12 und 13 mit Auflageschichten· verschiedener Nachgiebigkeit, die auf Wellen IH- und 15 sitzen und in Pfeilrichtung
l6 und 17 angetrieben werden, wobei Kräfte P die Walzen gegeneinanderdrücken.
Die Antriebselemente für die Walzen 12 und 13 und die Verstelleinrichtung für den Anpreßdruck sind nicht dargestellt.
Die Verstelleinrichtung bringt die Walzen 12 und 13 aneinander
längs einer Erzeugenden zur Anlage, bevor ein Plattehen
eingeschoben wird. Diese Verstelleinrichtung kann bspw. in der Weise aufgebaut sein, daß man eine Welle, bspw. die Welle 15, verschiebbar
gegenüber der anderen Welle lagert und sie parallel dazu
ausrichtet, wobei Schrauben oder Hebel zum Spannen der Welle in Richtung auf die andere Welle hin vorgesehen sind. Der Aufbau
wird dadurch vereinfacht, daß man eine Walze, bspw. die Walze 12, als Antriebselement und die andere Walze als Andruckelement benutzt.
Eine Außenschicht 18 der Walze 12 besteht aus einem Stoffgeringer Nachgiebigkeit, bspw. Metall, Keramik, Bakelit, Hartpolyvinylchloridharz
oder dgl. Eine Außenschicht 19 der anderen Walze 13 besteht aus einem nachgiebigeren Stoff, bspw. Gummi, synthetischem
Gummi, Silicongummi, Kunststoff -3 Schäumst off harz oder dgl.
Das zwischen die dünnen Kunststoffolien 2 und 3 eingelegte Plättchen
1 wird zwischen den Walzen 12 und 13 in Pfeilrichtung 20 eingeschoben,
wobei man die Anreißlinien 5 parallel zu den Walzenachsen hält und wobei die angerissene Fläche des Plättchens 1 der
nachgiebigeren Walze 13 zugewandt ist. Wenn eine Anreißlinie 5 zwischen
zwei Erzeugende der Walzen 12. und 13 eintritt, die an dem Plättchen 1 anliegen, wird das Plättchen 1 längs der betreffenden
Anreißlinie gebrochen, wobei, die Teile durch die Kunststoffolien 2 und 3 festgehalten werden. Das Plättchen wird von den Walzen 12
und 13 wegbewegt. Im Anschluß an das Brechen der Anreißlinie 5 in
einer Richtung erfolgt das Brechen der dazu senkrecht verlaufenden
Anreißlinien 5 in entsprechender Weise. Während des Arbeitsganges
muß'man die Anreißlinien 5 lediglich parallel zu den Walzenachsen
halten.
Nach Fig. 6 berührt die weniger nachgiebige Walze 12 die Rückseite
des Plättchens 1 nur längs der Linie 0,, wobei die untere Kunststoffolie
3 dazwischen liegt. Die nachgiebigere Walze I3 berührt
das Plättchen 1 in. einem Bereich um eine Linie Og-. Infolge der
mi mm
elastischen Verformung erstreckt sich die betreffende Berührungsfläche
über einen Bereich zwischen den Linien 0-, und O1,. Wenn
eine Anreißlinie 5 zwischen den Linien 0, und Og durchläuft, wirkt %
auf das Plättchen 1 ein Biegemoment, das durch die Walzenabschnit"-te
0,, O2 und O2, O1, bezüglich der Schneidenlinie 0, erzeugt wird.
Durch Auswahl des Druckes P, der Berührungsflächen zwischen den Linien 0-, Op und Op O2, sowie der jeweiligen Nachgiebigkeit der
Walzen 12 und 13 in der Weise, daß das wirksame Biegemoment gröslängs
der Linie 5, jedoch kleiner als das, zum Brechen des .Plättchensl
ser als das zum Brechen des Plattchens l/selbsi erforderliche
Biegemoment ist, läßt sich erreichen, daß das Plättchen 1 fehlerfrei in Einzelelemente längs der Anreißlinie 5 gebrochen wird.
Mit anderen Worten werden Krümmung, Stoffe und der Druck zwischen den Walzen 12 und I3 so ausgewählt, daß das Biegemoment zum jeweiligen
Brechen jeweils hinsichtlich der Anreißlinie 5 wirksam ist. Die Vorschubgeschwindigkeit der Walzen muß derart bemessen
sein, daß das Biegemoment für eine genügend lange Zeitdauer auf das Plättchen 1 einwirkt, damit sich der Bruch von der Anreißlinie
5 aus bis zur Rückseite des--Plättchens 1 ausbreiten kann.
Da der Bruch jeweils beim Durchlauf der Anreißlinien 5 zwischen
der Linie 0, Op erfolgt, kann man eine einzige Einrichtung zum Brechen von Plättchen 1 in Einzelelemente 4 verschiedener Abmessungen
verwenden, ohne daß man die Krümmung der Walzen 12 oder ändern muß. Da das Plättchen 1 bei einem bestimmten Druck P jeweils
dasselbe Biegemoment längs jeder Anreißlinie 5 erleidet,
ist nicht zu befürchten, daß Einzelelemente unzerbrochen bleiben. Da nicht das gesamte Plättchen 1 gebogen oder gekrümmt wird, werden
die Kunststoffolien 2 und 3 weder gedehnt noch gestaucht,
sondern ihr Pesthaften auf dem Plättchen 1 wird während des Bearbeitungsgangs
verbessert. In der Einrichtung wurden Versuche mit einem kreisförmigen und spröden Siliziumplättchen 1 mit einem
Durchmesser von 2,5 cm (Flächeninhalt 9*8 cm ), einer Dicke vcn
0,25 mm und einem Elastizitätsmodul von 11,3 x 10 kg/cm durchgeführt.
Eine Oberfläche des Plättchens 1 wurde mit einer Diamantspitze in senkrecht zueinander verlaufenden Anreißlinie 5 mit
.einem gegenseitigen Abstand von 0,5 mm angerissen, in welcher ·
Größe die Halbleiterbauelemente hergestellt werden sollten. Danach
wurde das Plättchen 1 sandwichartig zwischen zwei etwa 1
dicke Kunstharzfolien 2 und 3 eingelegt, die vorzugsweise aus Polyvinyldienchlorid bestehen. Die bloße Auflage der Folien 2 und
3 auf das Plättchen 1 bringt eine genügende Haftung mit sich. Wenn die Oberfläche des Siliziumplättchens durch chemisches Ätzen
oder mechanisches Schleifen optisch eben bearbeitet war, beträgt
2 2
die Haftspannung etwa 1,5 kg/cm bis 2,0 kg/cm . Damit können
Wachs- oder andere Bindemittel unnötig bleiben. Die weniger nachgiebige
Walze 12 hatte einen Durchmesser von 25 mm und bestand
aus Kohlenstoffstahl mit einem Elastizitätsmodul von 2,1 χ 10 kg/cm . Während des Einschiebens des Plättchens 1 in die Einrichtung
wird die Welle 15 der nachgiebigeren Walze 13 durch Spannen
schrauben unter einem Druck von 4 kg/mm gegen die Welle 14 der
weniger nachgiebigen Walze 12 gepreßt. Die Drehzahl der Walzen 12 und 13 betrug eine Umdrehung pro Minute. Das Plättchen 1 wurde
längs der Anreißlinien 5 vollständig in Einzelelemente zerbrochen,
die durch die dünnen Polyvinyldienfolien 2 und 3 in gerichteter Anordnung zusammengehalten wurden. Die Folien 2 und 3 konnten
durch Abziehen parallel zu der Oberfläche des Plättchens leicht entfernt werden, so daß die Einzelelemente 4 geordnet zurückblieben*.
Vorzugsweise zieht man die Folien 2 und 3 erst unmittelbar vor der Fertigbearbeitung der Einzelelemente 4 ab, damit dieselben
luftdicht abgeschlossen durch die Folien 2 und 3 geschützt sind.
Die Arbeitsweise braucht nicht in einer besonderen Atmosphäre erfolgen
sondern liefert auch in Luft ausreichende Ergebnisse. Wenn man die Einzelelemente 4 einige Tage aufbewahren möchte, legt man
die Kunststoffolien,2 und 3 vorzugsweise in trockener, staubfreier
Luft auf das Plättchen 1 auf (während bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel das Plättchen 1 in gereinigter Luft mit einem
Staubanteil von weniger als O,öl mg/nr zwischen die Folien 2 und 3
eingelegt worden ist). Die Walzen 12 und 13 können verschiedenen
Durchmesser haben. Man erhält bspw. zufriedenstellende Ergebnisse,
wenn eine Walze einen Durchmesser von 5 mm und die andere einen
Durchmesser von 15 mm hat. Zweckmäßigerweise sollen die Durchmesser
zwischen 5 mm und 30 mm liegen. Mit Walzen 12 und I3 nach dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel kann man Halbleiter-Einzelelemente 4 mit einer Seitenlänge zwischen 0,3 mm und 5,2 mm erhalten.
909882/032
Im Rahmen des dargestellten Ausführungsbeispiels soll der Druck '
zwischen den Walzen 12 und 13 zwischen 4 kg/mm und 10 kg/mm "'",'
und die Drehzahl zwischen einer und zwei Umdrehungen pro Minute
liegen, wenn man Einzelelemente mit Seitenlängen zwischen 0,3 mm · j
und 1,0 mm erhalten will. Wenn man andererseits Seitenlängen zwf- ■ ··
sehen 1 mm und 5 mm wünscht, soll der Druck zwischen den Walzen
ρ ρ
12 und 13 zwischen 4 kg/mm und β kg/mm und die Drehzahl zwischen
einer und*vier Umdrehungen pro Minute liegen. Die bekann- j ten Einrichtungen sind bei Plättchen mit Dicken zwischen 0,10 mm
und 0,15 mm brauchbar, während die Einrichtung nach der. Erfindung bei Plättchendicken zwischen 0,1 mm und 0,3 mm oder noch mehr
wirksam ist. Sie ist insbesondere bei der Herstellung von Epitaxial-Haibleiteranordnungen
von Vorteil.
Eine weitere Ausfühfungsform der Erfindung nach Fig. 7 besitzt
Walzen 12 und 12' mit einem Durchmesser von 25 nun aus Kohlenstoffstahl
mit einem Elastizitätsmodul von 2,1 χ 10 kg/etti und ein
endloses Band 19' mit einer Dicke von 2 mm aus synthetischem Neo-
ο Ο *
prengummi mit einem Elastizitätsmodul von 8 kg/cm bis 10 kg/cm
2 2
und einer Zugfestigkeit von 200 kg/cm bis 300 kg/cm , das über
Umlenkrollen 21 und 22 tangential vor der Walze 12f votfbeigefUhrt
ist. Die bevorzugte Drehzahl der Walzen 12 und 12' liegt zwischen einer und vier Umdrehungen pro Minute bezüglich eines Pläfctchehs 1 ■ ~M<
nach dem obigen Ausführungsbeiepiel. Das sandwichartig eingespannte
Plättchen 1 wird in diese Einrichtung mit dem Band 19' zugewandter
Anreißfläche eingeführt, übrigens lassen sich auch mit
einem Band 19' mit einer Dicke zwischen 1 mm und 3 mm Und einem
2 2 *
Elastizitätsmodul zwischen 5 kg/cm und 30.kg/cm und mit Walzen
12 und 12', deren Durchmesser zwischen 5 mm und 30 mm liegt, , .*
brauchbare Ergebnisse erzielen.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 8 besitzt
Bandwickel 23 und' 24 mit dünnen Kunststoffolien 2 und 3, die auf
beide Oberflächen des Plättchens 1 aufgelegt werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird das,Plättchen 1 nicht von Anfang
an sandwichartig zwischen die Folien 2 und 3 eingelegt, sondern jeweils auf eine Kunststoffolie aufgestellt, die von
einem der Wickel 23 und 24 auf die Walzen 12 und 13 abläuft.
9098 82/03 2 4
Claims (1)
- . s .. . 1B 0200t * , !·'Die Erfindung wurde im vorstehenden in Zusammenhang mit dem Bre- .; chen eines Silizium-Halbieiterplättchens beschrieben. Die Erfindung 1st jedoch selbstverständlich auch zum Brechen anderer har- " ter und brüchiger, plättchenförmiger Stoffe anwendbar, bspw. aus Germanium, Galliumarsenid, Indiumantimonid, anderen intermetallischen- III, V-Verbindungen oder II, VI-Halbleiter-Verbindungen, die zur Herstellung von Transistoren, Halbleiter-Dioden oder Festkörperschaltungsanaränungen dienen. Die Erfindung ist auch zum Brechen von Glasplatten oder Qua^rzplatten geeignet, wenn man den Anpreßdruck und die Nachgiebigkeit tier Walzen unter Berücksichtigung der Bruchfestigkeit der jeweils zu bearbeitenden Stoffe entsprechend auswählt. Ein Stoff mit größerer Bruchfestigkeit erfordert bspw. einen größeren Änpreßdruck für die Walzen und :Überzugsstoffe mit vergleichsweise größerem Elastizitätsmodul für die'Weniger nachgiebige Walze £2, damit sich nicht die Berührungsfläche mit dem sandwichärtig eingebetteten Plättchen vergrößert., sowie einen'Überzugsstoff' mit^ entsprechend größerem Elastizitätsmodul für die nachgiebigere Walze 1/5 bzw. das Band 19'.Eat e1) Einrichtung zum Brechen harter und spröder plattenfprmiger Gegenstände, insbesondere Halbleiterplättchen, längs Anreißlinien in Einzeleiiemente, gekennzeichnet durch zwei parallel zueinander gelagerte Walzen (Ig, 15), von denen mindestens eine angetrieben ist, und die Auflageschichten (l8, 19 19') verschiedener Nachgiebigkeit besitzen, wobei die plattenförmigen Gegenstände mit der Anreißseite der nachgiebigeren Auflagejiehieht zugewandt und mit den Anreißlinien parallel zu den Walzengehsen zwischen Sie Walzen eingeführt werden.2) Einrichtung nach Anspruch 1../ gekennzeichnet durch Auf lageschicht'eh in Porm von Umfangsbeschlchtungen (Pig. 6),9 0.9 8 8 27 D 3 24 :, i i- 0R1G,NÄL inspktH)- ίο '-j5) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dajST zumindest die nachgiebigere Auflageschicht als endloses Band (Ί91 ) ausgebildet ist, das tangential an der zugehörigen Walze (12' )vorbeiläuft (Fig. 7). -4) Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Verstelleinrichtung zum Verstellen der Walzenachsen gegeneinander zwecks Steuerung des Anpreßdruckes.ORDINALerieite
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