DE19938339A1 - Sägesuspension und Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück - Google Patents

Sägesuspension und Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück

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DE19938339A1
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Alexander Heilmaier
Joachim Junge
Anton Huber
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Wacker Siltronic AG
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Sägesuspension, enthaltend Schneidkorn und mindestens einen Vertreter aus der Guppe der Mineralöle und Glykole und mindestens einen weiteren Zusatzstoff, der aus der Guppe der Polysiloxane ausgewählt ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück mit einer Drahtsäge, bei dem mindestens eine der folgenden Maßnahmen getroffen wird: DOLLAR A a) eine Sägesuspension als Schneidmittel eingesetzt wird, die Schneidkorn und mindestens einen Vertreter aus der Gruppe der Mineralöle und Glykole und mindestens einen Vertreter aus der Gruppe der Polysiloxane enthält; DOLLAR A b) eine Sägesuspension als Schneidmittel eingesetzt wird, die 0,1 bis 3 Gew.-% eines Verdickers enthält; DOLLAR A c) eine Sägesuspension als Schneidmittel eingesetzt wird, die im wesentlichen Schneidkorn und eine Schneidflüssigkeit enthält, wobei deren gewichtsbezogenes Mischungsverhältnis 1 : 1 bis 2 : 1 beträgt.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Sägesuspension, die minde­ stens einen Vertreter aus der Gruppe der Mineralöle und Glykole enthält und zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, insbesondere von Halbleitermaterial, mittels einer Drahtsäge eingesetzt wird.
In der EP-837 115 A1 ist eine Sägesuspension der genannten Art bereits offenbart.
Wird eine derartige Sägesuspension (slurry) zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück, insbesondere von Halbleitermaterial mittels einer Drahtsäge eingesetzt, dann läßt sich feststellen, daß die Schneidleistung und die Schnittqualität vom Durchmesser des zu bearbeitenden Werkstücks abhängen. Die Erfinder des Gegenstands der vorliegenden Pa­ tentanmeldung haben als Ursache für dieses Phänomen festge­ stellt, daß es bei Werkstücken mit vergleichsweise großen Durchmessern am Schnittauslauf, kurz bevor der Sägedraht den Sägspalt verläßt, zu einer Verarmung an Schneidkorn kommt. Die Verschlechterung der Schnittqualität kann bis zu einem bestimm­ ten Grad durch Reduzieren der Vorschubgeschwindigkeit vermieden werden. Diese Maßnahme beeinträchtigt allerdings die Wirt­ schaftlichkeit des Abtrennverfahrens.
Es bestand daher die Aufgabe eine Sägesuspension bereitzustel­ len, bei deren Verwendung die oben genannten Nachteile nicht auf treten.
Gegenstand der Erfindung ist eine Sägesuspension enthaltend Schneidkorn und mindestens einen Vertreter aus der Gruppe der Mineralöle und Glykole, die gekennzeichnet ist durch mindestens einen weiteren Zusatzstoff, der aus der Gruppe der Polysiloxane ausgewählt ist.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Ab­ trennen von Scheiben von Halbleitermaterial mit einer Drahtsä­ ge, bei dem eine derartige Sägesuspension eingesetzt wird.
Wie die Erfinder weiter festgestellt haben, haben die Haftfä­ higkeit des Schneidkorns auf dem Sägedraht und das Verhalten der Sägesuspension beim Transport in den Schneidspalt entschei­ denden Einfluss auf die Schneidleistung und die Schnittquali­ tät. Die Schnittqualität wird insbesondere an der Ebenheit, der Parallelität und der Oberflächenrauhigkeit der Seiten der er­ zeugten Scheiben gemessen. Die Erfindung sieht vor, die Haftfä­ higkeit des Schneidkorns auf dem Sägedraht zu erhöhen und auf diese Weise den Transport von Schneidkorn durch den Schneid­ spalt zu erleichtern. Dies führt dazu, daß pro Zeiteinheit eine größere Menge an Schneidkorn durch den Schneidspalt transpor­ tiert werden kann und die Schneidleistung durch eine verbesser­ te Übertragung der Drahtbewegung auf das Schneidkorn ansteigt.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Sägesuspension umfaßt eine Schneidflüssigkeit, in der loses Schneidkorn dispergiert ist. Als einen Zusatzstoff, der die Haftung des Schneidkorns auf dem Sägedraht erhöht, enthält die Schneidflüssigkeit mindestens ei­ nen Zusatzstoff, der aus der Gruppe der Polysiloxane ausgewählt ist.
Grundsätzlich sind alle bekannten Schneidflüssigkeiten, insbe­ sondere solche auf Mineralöl- oder Glykolbasis geeignet. Bevor­ zugt ist eine Schneidflüssigkeit, die mindestens eine Verbin­ dung aus der Gruppe der Glykole enthält. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Schneidflüssigkeit mindestens eine Verbindung aus einer Gruppe enthält, die Propylenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol und niedermolekulare Polyethylenglykole um­ faßt. Die Anwesenheit von Wasser in der Schneidflüssigkeit ist möglich, jedoch nicht zwingend notwendig.
Das in der Schneidflüssigkeit dispergierte Schneidkorn wird vorzugsweise aus einer Gruppe ausgewählt, die Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Borcarbid und Diamant enthält. Besonders bevor­ zugt ist Siliciumcarbid.
Erfindungsgemäß enthält die Sägesuspension darüber hinaus als Zusatzstoff mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der Poly­ siloxane zur Verbesserung der Haftfähigkeit des Schneidkorns am Sägedraht und zur Verbesserung der Benetzbarkeit des Säge­ drahtes mit der Schneidflüssigkeit. Die Konzentration des Zu­ satzstoffes in der Sägesuspension beträgt 0,3 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%. Es ist weiterhin bevorzugt, daß das Polysiloxan eine durchschnittliche Viskosität von 50 bis 500000 mPa.s, insbesondere von 350 bis 60000 mPa.s bei 25°C aufweist.
Vorzugsweise ist das Polysiloxan aus Einheiten der allgemeinen Formeln (I) bis (VII)
R3SiO1/2 (I)
R2SiO (II),
RSiO3/2 (III),
SiO4/2 (IV),
R2(R'O)SiO1/2 (V),
R(R'O)SiO (VI)
R'ORSiO3/2 (VII),
aufgebaut, worin
R einwertige, gegebenenfalls mit Halogenatomen, Cyano-, Ami­ no-, Alkylamino-, quarternären Ammonium-, Mercapto-, Epoxy- Anhydrido-, Carboxylato-, Sulfonato-, Sulfato-, Phospho­ nato-, Isocyanato- oder Polyoxyalkylengruppen substituierte Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen und
R' einwertige, gegebenenfalls mit Halogenatomen, Cyano-, Ami­ no-, Alkylamino-, quarternären Ammonium-, Mercapto-, Epoxy-, Anhydrido-, Carboxylato-, Sulfonato-, Sulfato-, Phospho­ nato-, Isocyanato- oder Polyoxyalkylengruppen substituierte Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatome bedeuten.
Beispiele für Kohlenwasserstoffreste R und R' sind Alkylreste, wie der Methyl-, Ethyl-, n-Propyl-, iso-Propyl-, n-Butyl-, iso- Butyl-, tert.-Butyl-, n-Pentyl-, iso-Pentyl-, neo-Pentyl-, tert.-Pentylrest; Hexylreste, wie der n-Hexylrest; Heptylreste, wie der n-Heptylrest; Octylreste, wie der n-Octylrest und iso- Octylreste, wie der 2,2,4-Trimethylpentylrest; Nonylreste, wie der n-Nonylrest; Decylreste, wie der n-Decylrest; Dodecylreste, wie der n-Dodecylrest; Octadecylreste, wie der n-Octadecylrest; Alkenylreste, wie der Vinyl-, Allyl- und der 5-Hexen-1-ylrest; Cycloalkylreste, wie Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptylre­ ste und Methylcyclohexylreste; Arylreste, wie der Phenyl-, Naphthyl- und Anthryl- und Phenanthrylrest; Alkarylreste, wie o-, m-, p-Tolylreste, Xylylreste und Ethylphenylreste; Aralkyl­ reste, wie der Benzylrest, der alpha- und der β- Phenylethylrest.
Beispiele für substituierte Reste R und R' sind Cyanalkylreste, wie der β-Cyanethylrest, und mit Fluor, Chlor oder Bromatomen halogenierte Kohlenwasserstoffreste, beispielsweise Halogenal­ kylreste, wie der 3,3,3-Trifluor-n-propylrest, der 2,2,2,2',2',2'-Hexafluorisopropylrest, der Heptafluorisopropyl­ rest, und Halogenarylreste, wie der o-, m- und p- Chlorphenylrest.
Vorzugsweise sind mindestens 90 Mol-% der Reste R Methyl-, Ethyl- oder Phenylreste, insbesondere Methylreste.
Beispiele für die durch Polyoxyalkylengruppen substituierten Reste R und R' sind die Reste der allgemeinen Formel (VIII)
-R1-[O(CR2 2)c]dOR2 (VIII),
in der
R1 einen zweiwertigen C1- bis C6-Alkylenrest,
R2 Wasserstoffatome oder einwertige C1- bis C6- Kohlenwasserstoffreste,
c die Werte 0, 1, 2, 3, 4 oder 5, vorzugsweise 2 oder 3 und
d ganzzahlige Werte von 1 bis 100, vorzugsweise 1 bis 10 be­ deuten.
Beispiele für die zweiwertigen Reste R1 sind gesättigte gerad- oder verzweigtkettige oder cyclische Alkylenreste wie der Me­ thylen- und Ethylenrest sowie Propylen-, Butylen-, Pentylen-, Hexylen-, 2-Methylpropylen-, Cyclohexylenreste, oder ungesät­ tigte Alkylenreste wie der Propenylen- und Hexenylenrest.
Beispiele für die einwertigen Reste R2 sind bei den vorstehenden Beispielen für R und R' aufgeführt.
Weitere Beispiele für die durch Polyoxyalkylengruppen substitu­ ierten Reste R und R' sind die Reste der allgemeinen Formel (IX)
worin R2, c und d die vorstehend für die allgemeine Formel (VIII) angegebenen Bedeutungen aufweisen.
Bevorzugte mit Alkylaminoresten substituierte Reste R und R' sind die Reste der allgemeinen Formel (X)
R5 2NR6- (X),
worin
R5 gleich oder verschieden sein kann und Wasserstoff oder einwertigen, gegebenenfalls halogensubstituierten C1-C10 Alkylrest oder C1-C10-Aminoalkylrest und
R6 einen zweiwertigen C1-C15-Kohlenwasserstoffrest bedeuten.
Beispiele für Rest R5 sind die für Rest R gegebenen Beispiele für Kohlenwasserstoffreste sowie mit Aminogruppen substituierte Kohlenwasserstoffreste, wie Aminoalkylreste.
Bevorzugt handelt es sich bei Rest R6 um zweiwertige Kohlenwas­ serstoffreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, besonders bevor­ zugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere um den n-Propylen­ rest.
Beispiele für Rest R6 sind der Methylen-, Ethylen-, Propylen-, Butylen-, Cyclohexylen-, Octadecylen-, Phenylen- und Butenylen­ rest.
Besonders bevorzugt ist mindestens ein Polyethergruppen aufwei­ sendes Polysiloxan-Copolymer, insbesondere ein Polyethergruppen aufweisendes Polymethylsiloxan wie das Polysiloxanpolyglykol- Copolymer Siliconöl Wacker® L066 der Wacker-Chemie GmbH, Mün­ chen. Diese Verbindung wird durch nachfolgende Strukturformel repräsentiert:
Das Haftvermögen des Schneidkorns am Sägedraht kann darüber hinaus verbessert werden, indem die Viskosität der Sägesuspen­ sion erhöht wird. Dies kann durch Zugabe eines geeigneten Ver­ dickungsmittels und/oder die Erhöhung der Konzentration des Schneidkorns geschehen. Geeignet Verdickungsmittel sind hoch­ disperse Kieselsäure oder Thixcin® (Hersteller: Rheox). Bevor­ zugt ist es, das Verdickungsmittel in einer Konzentration von 0,1 bis 3 Gew.-% in der Sägesuspension einzusetzten oder das gewichtsbezogene Mischungsverhältnis Schneid­ korn : Schneidflüssigkeit auf 1 : 1 bis 2 : 1 einzustellen. Wegen der Viskositätserhöhung ist zu berücksichtigen, daß eine derartige Sägesuspension nur mit leistungsstarken Förderpumpen an ihren Einsatzort transportiert werden kann.
Versuche haben gezeigt, daß eine Erhöhung der Schneidleistung (Zerspanvolumen pro Zeiteinheit) erreicht werden kann, und zwar um bis zu 23% durch den Einsatz eines Polysiloxan- Zusatzstoffes, um bis zu 43% durch den Zusatz eines Verdic­ kungsmittels und um bis zu 30% durch Erhöhung des Schneid­ kornanteils. Die Steigerung der Zerspanleistung erlaubt es dar­ über hinaus, die Vorschubsgeschwindigkeit zu erhöhen, wodurch sich die Prozesszeit verkürzt und das Abtrennverfahren wirt­ schaftlicher wird.
Die erfindungsgemäße Sägesuspension wird vorzugsweise verwen­ det, um Scheiben von sprödhartem Material wie Silicium, Silici­ umcarbid und Aluminiumoxid abzutrennen.
Der Erfolg der Erfindung wird an den nachfolgenden Beispielen deutlich.
Beispiel 1)
Es wurden fünf verschiedenartige Sägesuspensionen präpariert, die Dipropylenglykol als Schneidflüssigkeit und SiC als Schneidkorn und ein Polysiloxan-Öl mit der Bezeichnung L066 der Wacker-Chemie GmbH in verschiedenen Konzentrationen enthielten. Die Sägesuspensionen unterschieden sich nicht in Bezug auf die Körnung des Schneidkorns.
sich die Prozesszeit verkürzt und das Abtrennverfahren wirt­ schaftlicher wird.
Die erfindungsgemäße Sägesuspension wird vorzugsweise verwen­ det, um Scheiben von sprödhartem Material wie Silicium, Silici­ umcarbid und Aluminiumoxid abzutrennen.
Der Erfolg der Erfindung wird an den nachfolgenden Beispielen deutlich.
Beispiel 1)
Es wurden fünf verschiedenartige Sägesuspensionen präpariert, die Dipropylenglykol als Schneidflüssigkeit und SiC als Schneidkorn und ein Polysiloxan-Öl mit der Bezeichnung L066 der Wacker-Chemie GmbH in verschiedenen Konzentrationen enthielten. Die Sägesuspensionen unterschieden sich nicht in Bezug auf die Körnung des Schneidkorns.
Die Schneidleistung der Sägesuspensionen wurde zunächst an ei­ nem Werkstück aus Silicium mittels einer Dekupiersäge unter­ sucht, die mit einer über Gewichtkraft angetriebenen Vorschu­ beinheit ausgestattet war. Bei konstanter Schnittzeit wurde die Einschnitt-Tiefe in das Werkstück in Abhängigkeit der verwende­ ten Sägesuspensionen untersucht.
Das Ergebnis der Untersuchungen ist in Fig. 1 graphisch darge­ stellt. Die Kurven zeigen den Mittelwert der Einschnitttiefe sowie den jeweiligen unteren und oberen Streubereich (±σ). Der Figur ist zu entnehmen, daß der Zusatz bestimmter Konzentratio­ ten der Polysiloxan-Verbindung die Schnitt-Tiefe und damit die Schneidleistung positiv beeinflußt hat. Diese Wirkung konnte anschließend beim Abtrennen von Siliciumscheiben mit einer Drahtsäge bestätigt werden.
Beispiel 2)

Claims (5)

1. Sägesuspension enthaltend Schneidkorn und mindestens einen Vertreter aus der Gruppe der Mineralöle und Glykole, gekenn­ zeichnet durch mindestens einen weiteren Zusatzstoff, der aus der Gruppe der Polysiloxane ausgewählt ist.
2. Sägesuspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Zusatzstoff ein Polyethergruppen aufweisendes Poly­ siloxan-Copolymer ist.
3. Sägesuspension nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der weitere Zusatzstoff ein Polysiloxan­ polyglykol-Copolymer ist.
4. Sägesuspension nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gruppe der Glykole insbesondere Propy­ lenglykol, Dipropylenglykol, Triethylenglykol und niedermoleku­ lare Polyethylenglykole und Mischungen der genannten Verbindun­ gen umfaßt.
5. Verfahren zum Abtrennen von Scheiben von einem sprödharten Werkstück mit einer Drahtsäge, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens eine der folgenden Maßnahmen getroffen wird:
  • a) eine Sägesuspension als Schneidmittel eingesetzt wird, die Schneidkorn und mindestens einen Vertreter aus der Gruppe der Mineralöle und Glykole und mindestens einen Vertreter aus der Gruppe der Polysiloxane enthält;
  • b) eine Sägesuspension als Schneidmittel eingesetzt wird, die 0,1 bis 3 Gew.-% eines Verdickers enthält;
  • c) eine Sägesuspension als Schneidmittel eingesetzt wird, die im wesentlichen Schneidkorn und eine Schneidflüssigkeit enthält, wobei deren gewichtsbezogenes Mischungsverhältnis 1 : 1 bis 2 : 1 beträgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1757419A1 (de) 2005-08-25 2007-02-28 Freiberger Compound Materials GmbH Verfahren, Vorrichtung und Slurry zum Drahtsägen
DE102005040343A1 (de) * 2005-08-25 2007-03-01 Freiberger Compound Materials Gmbh Verfahren, Vorrichtung und Slurry zum Drahtsägen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102005040343A1 (de) * 2005-08-25 2007-03-01 Freiberger Compound Materials Gmbh Verfahren, Vorrichtung und Slurry zum Drahtsägen
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EP2275241A1 (de) 2005-08-25 2011-01-19 Freiberger Compound Materials GmbH Verfahren, Vorrichtung und Slurry zum Drahtsägen

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