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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Aufwickeln des Sägedrahtes
einer Drahtsäge
im oszillierenden Betrieb auf eine Empfängerspule.
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Scheibenförmiges Halbleitermaterial beispielsweise
aus Silicium erhält
man gewöhnlich durch
das Zersägen
eines zylindrischen Kristalls mittels Innenloch- oder Drahtsägen. Drahtsägen werden insbesondere
dann eingesetzt, wenn in einem Arbeitsschritt, mittels eines Drahtgatters
ein Halbleiterstab in eine Vielzahl von Halbleiterscheiben zersägt werden
soll. Das Drahtgatter wird von zwei Drahtführungsrollen begrenzt, wobei
die Längsachsen
der Führungsrollen
senkrecht zum Sägedraht
im Drahtgatter ausgerichtet sind. Während des Sägevorgangs durchdringt der
Kristallstab das Drahtgatter. Der Sägedraht ist mit festgebundenem
Schneidkorn bestückt
oder wird mit einer als Trennslurry bezeichneten, und Schneidkorn
enthaltenden Suspension beaufschlagt.
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Zum Aufspannen des Drahtgatters über die Drahtführungsrollen
muß der
Sägedraht
mit einer bestimmten Zugspannung beaufschlagt werden, die auch während des
Sägevorgangs
aufrechterhalten werden muß.
Hierzu sind zwei Verfahren bekannt geworden:
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- a) der Draht wird vor der Verwendung als Sägedraht
mit einer bestimmten Drahtspannung beaufschlagt und auf eine Spule
aufgewickelt. Diese Spule wird dann als Senderspule beim Drahtsägen verwendet.
Während
des Gebrauchs des Sägedrahtes
wird die Drahtspannung über
konstantkraftbeaufschlagte Tensiometerrollen (durch Gewicht- oder
Federkraft) und einen drehmomentgesteuerten Wicklermotor konstant
gehalten. Bei diesem Verfahren ist während des Sägevorgangs der Sägedraht
auf seiner gesamten Länge
(einschließlich
der Senderspule und der Empfängerspule)
mit der gleichen Zugspannung beaufschlagt.
- b) der Draht, der auf der Senderspule aufgewickelt ist, hat
gegenüber
dem Drahtgatter eine reduzierte Zugspannung. Variabel kraftbeaufschlagte
Tensiometerrollen sowie ein drehmomentgesteuerter Wicklermotor bilden
eine Regelkomponente eines Regelkreises; die den Sägedraht
nach dem Verlassen der Senderspule mit einer bestimmten Zugspannung
beaufschlagt.
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Die oben genannten Verfahren sind
sowohl auf Drahtsägen
mit oszillierender Drahttransportrichtung als auch kontinuierlicher
Drahttransportrichtung anwendbar. Bei der oszillierenden Betriebsart
wird ein Teil des von der Senderspule zunächst abgewickelten Sägedrahtes
nach Umkehrung des Drehsinns der Sender- und Empfängerspule
wieder auf die Senderspule aufgewickelt und dieser Vorgang periodisch
wiederholt. Ruf diese Weise kann mit dem zur Verfügung stehenden
Drahtvorrat länger
gesägt werden,
als dies bei einem Betrieb der Drahtsäge mit gleichbleibendem Drehsinn
(kontinuierlicher Betrieb) möglich
ist.
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Aus der, zum Aufspannen des Drahtgatters nötigen Zugspannung,
die durch oben genannte Verfahren erhalten wird, resultieren unerwünschte Anforderungen
an die Empfängerspule
bzw. an die Empfänger-
und die Senderspule, die sich zudem noch nachteilig auf das Sägeverfahren
auswirken.
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Wird beispielsweise nach Verfahren
b) vorgegangen, erhöht
sich, durch die zusätzlich
beaufschlagte Zugspannung, mit jeder Windung der axiale Druck auf
den Spulenkern. Beispielsweise summiert sich der Druck auf den Spulenkern
auf etwa 100 t, wenn 100 km Sägedraht
mit einer Zugspannung von 25 N aufgewickelt werden. Die Empfängerspule
muß daher
so ausgebildet sein, daß sie
diesen Drücken standhält.
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Dies bedingt hohe Kosten für die Empfängerspule
und begrenzt die einsetzbare Sägedrahtlänge. Speziell
um Kristalle mit großen
Durchmessern in Scheiben zu zersägen
sind aber lange Sägedrähte nötig. Wird
die Sägedrahtspannung
durch Verfahren a) erhalten, gilt das oben Ausgeführte für Empfänger- und
Senderspule.
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Der Fachmann ist derzeit bemüht, die
Zugspannung des Sägedrahtes
beim Betrieb einer Drahtsäge
konstant zu halten, da sich bereits geringfügige Abweichungen nachteilig
auf die Qualität
der Halbleiterscheiben auswirken. Aus diesem Grund wird im Stand
der Technik auch nach dem Drahtgatter die Zugspannung aufrechterhalten,
so daß dann die
hohe Zugspannung auf dem Spulenkern lastet.
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Aufgabe der Erfindung war es daher,
die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, und
ein Verfahren anzugeben, daß den
Spulenker der Empfängerspule
entlastet.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein
Verfahren zum Aufwickeln des Sägedrahtes
einer Drahtsäge
im oszillierenden Betrieb, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zugspannung
des Sägedrahtes
vor dem Aufwickeln auf die Empfängerspule
reduziert wird.
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Die Beschreibung beschränkt sich
im folgenden auf oben genanntes Verfahren b) zum Aufbau der Zugspannung
des Sägedrahtes
und auf einen oszillierenden Betrieb der Drahtsäge.
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Überraschenderweise
zeigte sich nämlich, daß sich eine,
nach dem Drahtgatter reduzierte Zugspannung des Sägedrahtes
nicht im Drahtgatter fortpflanzt, was ein Aufwickeln des Sägedrahtes
mit einer reduzierten Zugspannung ermöglicht, ohne daß die Halbleiterscheiben
Qualitätseinbußen erfahren. Zurückzuführen ist
dies auf den sehr geringen Schlupf zwischen Sägedraht und Drahtführungsrollen.
Die Zugspannung kann dabei mittels elektrischen und / oder mechanischen
Regelungskomponenten, wie beispielsweise einem drehmomentgesteuerten
Wickelmotor und einer variabel kraftbeaufschlagten Tensiometerrolle,
gemäß dem Stand
der Technik reduziert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhaft
auf Drahtsägen
im oszillierenden Betriebszustand mit einer Zugspannung des Sägedrahtes
im Drahtgatter von 10 bis 40 N, bevorzugt 20 bis 30 N und einer
auf 2 bis 10 N, bevorzugt 3 bis 7 N reduzierten Sägedrahtspannung
auf der Sender- und Empfängerspule
angewendet.
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Im oszillierenden Betrieb wird beispielsweise zunächst eine
bestimmte Sägedrahtlänge mit
reduzierter Sägedrahtspannung
aufgewickelt um dann die Länge
des Sägedrahtes,
die nach Umkehrung des Drehsinns der Sender- und Empfängerspule
wieder zurück
in Richtung Drahtgatter läuft
mit der erhöhten
Zugspannung des Sägedrahtes
aufzuwickeln.
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Die reduzierte Zugspannung des Sägedrahtes
auf, insbesondere, beiden Spulen hat bedeutende Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik. So können
nun preiswerte Standardspulen als Empfängerspulen verwendet werden;
ihr geringeres Gewicht und kleineres Trägheitsmoment bei gleicher Windungszahl
erlaubt eine höhere
Beschleunigung, insbesondere während
eines oszillierenden Betriebszustandes.
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Auch wird keine Vorrichtung, wie
beispielsweise eine Schneidevorrichtung, benötigt, um von den extrem schweren
und teuren Spezialempfängerspulen
den gebrauchten Sägedraht
zu entfernen; vielmehr werden die Standardspulen zusammen mit dem
Sägedraht
kostengünstig
entsorgt.
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Darüber hinaus können Drahtsägeverfahren durchgeführt werden,
die große
Sägedrahtlängen benötigen, da
im Stand der Technik das Spulengewicht einen limitierenden Faktor
darstellt. Beispielsweise können
nur mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Kristallstäbe mit einem
Durchmesser über
von 200 mm im kontinuierlichen Betrieb zersägt werden. Im oszillierenden
Betrieb müssen
seltener die Spulen gewechselt werden, da ein längerer Sägedraht eingesetzt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde exemplarisch
an einer nach Verfahren b) arbeitenden Drahtsäge nach dem Stand der Technik
im oszillierenden Betriebszustand mit Tensiometerrollen und je einem
drehmomentgesteuerten Wickelmotor nach der Senderspule und vor der
Empfängerspule
durchgeführt.
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Im Startzustand ist der Sägedraht
mit einer Zugspannung von 5 N auf der Senderspule aufgewickelt;
im aufgespannten Drahtgatter hat der Sägedraht eine Zugspannung von
25 N. Das Sägedrahtende
ist am Spulenkern der Empfängerspule
befestigt. Sende- und Empfangsspule sind in Ruhe.
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Anschließend wird der Sägevorgang
gestartet. Im ersten Bewegungsabschnitt wird der Sägedraht
500 m vorgespult. Die Zugspannung des Sägedrahts wird am Wickler 1 (Regelkreis:
Senderspule), welcher sich zwischen Sendespule und Sägegatter befindet
auf 25 N erhöht.
Am Wickler 2 (Regelkreis: Empfängerspule), der sich zwischen
Sägegatter
und Empfängerspule
befindet, wird die Zugspannung auf einer Sägedrahtlänge von 400 m auf 5 N reduziert; die
verbleibenden 100 m werden mit einer Zugspannung von 25 N auf die
Empfängerspule
aufgewickelt.
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Nun ändert sich der Drehsinn von
Empfänger-
und Senderspule, d.h, der Sägedraht
wird auf einer Länge
von 200 m zurückgespult.
Vom Wickler 2 wird zunächst
auf einer Länge
von 100 m die Zugspannung von 25 N aufrechterhalten und dann auf
einer Länge
von 100 m auf 25 N erhöht.
Die Zugspannung von 25 N wird nach den Sägegatter vom Wickler 1 aufrechterhalten,
so daß 200
m Sägedraht
mit einer Zugspannung von 25 N auf die Senderspule aufgewickelt
werden.
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In diesem Zustand sind 200 m Sägedraht
mit einer Zugspannung von 25 N auf der Senderspule aufgewickelt,
der Sägedraht
im Drahtgatter wurde um 300 m in Richtung Empfängerspule verschoben, und auf
der Empfängerspule
sind 300 m Sägedraht mit
einer Zugspannung von 5 N aufgewickelt.
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Anschließend ändert sich wieder der Drehsinn
der Spulen. Diese Bewegungsabläufe
alternieren, solange der Sägevorgang
andauert oder sich Sägedraht
auf der Senderspule befindet.
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Am Ende des Sägevorgangs befindet sich mittels
des beanspruchten Verfahrens der Sägedraht mit einer Zugspannung
von 5 N auf der Empfängerspule.
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Das Beispiel für die Oszillation ist exemplarisch
für die
Erfindung, schränkt
deren Umfang aber nicht ein.
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Das Verfahren ist auf alle kontinuierlich
oder oszillierend betriebenen Drahtsägen anwendbar, welche mittels
Vorrichtungen gemäß dem Stand
der Technik die Zugspannung des Sägedrahts regeln. Der Sägedraht
kann dabei auf der gesamten oder einer begrenzten Länge mit
reduzierter Zugspannung aufgewickelt werden.