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Gattersäge zum Zerteilen von hartsprödem Material
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Zusatz zum Patent (Patentanmeldung P 25 37 088.1, VPA 75 P 7544) Gegenstand
des Hauptpatentes (Patentanmeldung P 25 37 088.1) ist eine Gattersäge zum Zerteilen
von hartsprödem Material, insbesondere Halbleitermaterial, mit in einem Rahmen parallel
zueinander angeordneten Sägeblättern, die mit einem Antrieb für eine Hin- und Herbewegung
relativ zum zerteilenden Material mit großer Amplitude und kleiner Frequenz und
mit einem weiteren Antrieb für eine Schwingbewegung in der gleichen Richtung mit
geringer Amplitude und großer Frequenz versehen sind.
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Durch die langsame Hin- und Herbewegung des zu zerteilenden Materials
relativ zu den Sägeblättern mit einer geringen Frequenz von beispielsweise etwa
1/4 Hz wird erreicht, daß das abgetragene Material aus den Schneide spalten leicht
hinausgeführt werden kann und Stauungen innerhalb der Schneide spalten vermieden
werden. Dieses Abführen des abgetragenen Materials wird zweckmäßig noch unterstützt
durch Spülen mit Wasser oder -sonstigen Schmiermitteln. Dieser Spüleffekt kann noch
vergrößert werden, wenn der Schwingrahmen gegen die Bewegungsebene der Hin- und
Herbewegung geneigt wird. Dagegen erhält man den eigentlichen Sägeeffekt, d.h. das
Abtragen des Materials im wesentlichen durch die zusätzliche Schwingung der Sägeblätter
in deren Längsrichtung mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude. Die Schwingfrequenz
kann vorzugsweise zwischen 50 und 20.000 Hz, insbesondere zwischen 100 und 500 Hz,
gewählt werden.
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Wird nun ein hartsprödes Material mit großem Volumen, beispielsweise
in Form eines Stabes mit verhältnismäßig großem Durchmesser von beispielsweise wesentlich
mehr als 50 mm in Scheiben
mit sehr geringer Dicke von beispielsweise
etwa 100 /um und weniger zerteilt, so wird die Amplitude der Hin- und Herbewegung
nicht wesentlich kleiner als etwa 80 mm sein. Soll nun bei großen Amplituden in
Verbindung mit einer großen Schnitttiefe zugleich eine völlig ebene Schnittfläche
der entsprechend großen und zugleich dünnen Scheiben sichergestellt werden, so kann
man entsprechend breite Sägeblätter verwenden. Diese Sägeblätter können mit Öffnungen
versehen werden, deren Größe und Profil in Verbindung mit ihrer Verteilung über
der Schnittfläche der Sägeblätter so gewählt ist, daß die Zugspannungsverteilung
von den Seitenkanten der Blätter nach innen zunimmt. Dann müssen auch hohe Zugspannungen
auf die Blätter wirken, damit ein Ausweichen der Schnittkanten aus der Schnittebene
verhindert wird.
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Diese Zugspannungen werden vorzugsweise so groß gewählt, daß sie nur
etwas unterhalb der Elastizitätsgrenze des Materials der Sägeblätter liegen, die
im allgemeinen aus Stahl bestehen und deren Schnittkanten vorzugsweise mit einer
Diamantauflage versehen sind. Dieser Wert der Zugspannungen darf jedoch nicht überschritten
werden, damit eine bleibende Verformung der Sägeblätter vermieden wird.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Gattersäge
mit einander parallelen Sägeblättern so zu gestalten, daß große Scheiben mit sehr
geringer Dicke hergestellt werden können, deren Flachseiten bis zu den Rändern völlig
eben und einander genau parallel sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Gattersäge der eingangs genannten
Art die Sägeblätter im Bereich ihrer Schnittflächen mit wenigstens einem beweglichen
Abstandhalter versehen, der in Längsrichtung der Sägeblätter synchron zum zu zerteilenden
Material bewegbar ist. Dieser Abstandhalter kann vorzugsweise als Kamm gestaltet
sein, dessen Zähne sich zwischen den Sägeblättern in unmittelbarer Nähe des zu zerteilenden
Materials befinden. In dieser besonderen Ausführungsform können die Abstandhalter
auch nur mit dem Antrieb für die Hin- und Herbewegung gekoppelt sein, so daß sie
nur die Hin- und Herbewegung synchron zum zu zerteilenden Material ausführen, während
in der
Schnittrichtung nur das zu zerteilende Material relativ zu
den Sägeblättern beweglich ist. Er kann zweckmäßig so angeordnet sein, daß sein
Rücken sich gegenüber den Schnittkanten der Sägeblätter befindet und die Enden der
Zähne dem zu zerteilenden Material entgegengerichtet sind. Es können auch mehrere,
beispielsweise zwei Kämme hintereinander angeordnet sein, von denen sich einer vor
und einer hinter dem zu zerteilenden Material befindet und deren Abstand vorteilhaft
nicht wesentlich größer gewählt wird als der Durchmesser des zu zerteilenden Materials
in Längsrichtung der Sägeblätter. In dieser besonderen Ausführungsform können die
Abstandhalter auch nur mit dem Antrieb für die Hin- und Herbewegung gekoppelt sein,
so daß sie nur die Hin- und Herbewegung synchron zum zu zerteilenden Material ausführen,
während in der Schnittrichtung nur das zu zerteilende Material relativ zu den Sägeblättern
beweglich ist.
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Es sind zwar Gattersägen für Halbleitermaterial mit einem Abstandhalter
zwischen den Sägeblättern bekannt. Diese Abstandhalter sind jedoch jeweils zwischen
den Enden der Sägeblätter angeordnet. Sie haben deshalb praktisch keine Wirkung
auf die Stabilität der Sägeblätter an ihrer Schnittfläche, d.h. im Bereich der Blätter,
der sich zwischen diesen Abstandhaltern befindet (DT-AS 1 217 261).
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Man hat ferner zwischen den Trennscheiben einer Säge zum Zerteilen
von Halbleitermaterial Abstandhalter vorgesehen, die mit den Trennscheiben eine
Baueinheit bilden und diese Scheiben in unmittelbarer Nähe der Schnittfläche und
über die gesamte Länge der Schnittfläche abstützen. In dieser Ausführungsform tegrenzen
jedoch diese Abstandhalter die Schnittiefe der mit einem Diamantbelag versehenen
Trennscheiben, so daß mit dieser Ausführungsform der Säge nur geringe Schnittiefen
möglich sind (US-PS 2 774 194).
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Dagegen sind in der Ausführungsform nach der Erfindung die Sägeblätter
mit Abstandhaltern versehen, die sich unterhalb des zu zerteilenden Materials befinden
und mit der Bewegung dieses Materials gekoppelt sind. Mit zunehmender Schnittiefe
der Säge-
blätter weichen die Abstandhalter dann in der Schnittrichtung
aus, so daß sie sich jeweils nur noch zwischen den Teilen der Sägeblätter befinden,
die noch nicht in das zu zerteilende Material eingedrungen sind.
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In einer weiteren Ausführungsform können solche Abstandhalter auch
unmittelbar neben dem zu zerteilenden Körper angeordnet und ebenfalls mit dem Antrieb
für die Relativbewegung zwischen Material und Sägeblätter gekoppelt sein. Sie stabilisieren
dann diese Sägeblätter in dem Bereich der Schnittflächen unmittelbar neben dem zu
zerteilenden Material, so daß nur noch der Teil der Sägeblätter freibleibt, der
nicht wesentlich größer als der Durchmesser des zu zerteilenden Körpers in Längsrichtung
der Sägeblätter ist.
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Ist der Abstandhalter mit dem Antrieb für die Relativbewegung zwischen
Material und Sägeblätter gekoppelt, so ist die Relativbewegung zwischen dem Abstandhalter
und dem zu zerteilenden Material null und der Abstandhalter führt die zusätzliche
Schwingung der Sägeblätter nicht aus. Der Abstandhalter kann aber auch mit dem zusätzlichen
Schwingantrieb kraftschlüssig verbunden sein und seiner Relativbewegung ist dann
die Schwingung mit der Frequenz der Sägeblätter überlagert.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der zwei Ausführungsbeispiele einer Gattersäge nach der Erfindung schematisch
veranschaulicht sind. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt mit den wesentlichen Teilen
der Gattersäge. In den Fig. 2 und 3 ist jeweils eine Ausführungsform eines Abstandhalters
mit einem Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung
veranschaulicht.
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Nach Fig. 1 sind Sägeblätter 2, deren Stirnkanten mit einem Diamantbelag
4 bzw. 6 versehen sind, mit einem Ende in einen Spannrahmen 8 eingesetzt. Die gegenüberliegenden
Enden werden in einer Spannvorrichtung 10 gehalten, welche die Enden der Sägeblätter
2 umfaßt. Der Spannrahmen 8 ist mit einem Eisenkern 16 versehen, dessen Stirnfläche
in einem vorbestimmten
Abstand s gegenüber der Polfläche des Eisenkerns
einer Magnetspule 18 angeordnet ist, die zu einem elektromagnetischen Schwingantrieb
20 gehört, dessen Stromversorgung in der Figur nicht dargestellt ist. Die Magnetspule
18 des Schwingantriebes 20 ist am Rahmen 26 befestigt.
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Oberhalb der Sägeblätter 2 ist ein Stück eines zu zerteilenden Materials,
beispielsweise ein Halbleiterkörper 30, vorzugsweise eine AIIIBV-Verbindung, insbesondere
GaP oder auch GaAs, angeordnet, der an einer Haltevorrichtung 32 eines Schwenkarmes
36 befestigt, beispielsweise mit einem Kunststoffkleber 34 angeklebt ist. Der Schwenkarm
36 gehört zu einem Antrieb 40 zur Hin- und Herbewegung des Halbleiterkörpers 30
in Längsrichtung der Sägeblätter 2 mit verhältnismäßig großer Amplitude und geringer
Frequenz, was in der Figur durch einen mit A bezeichneten Doppelpfeil angedeutet
ist. Als Antrieb 40 kann beispielsweise eine in der Figur nicht näher ausgeführte
Hydraulik vorgesehen sein, die über einen Kurbelantrieb den Schwenkarm 36 in Längsrichtung
der Sägeblätter 2 bewegt.
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Ein in der Figur nicht dargestellter Schwenkhebel ermöglicht eine
Bewegung des Halbleitermaterials 30 senkrecht zur Bewegungsrichtung der Sägeblätter
2, beispielsweise beim Aufsetzen des Halbleitermaterials 30 auf die Sägeblätter
2 und beim Abnehmen des Halbleitermaterials 30 sowie beim Absenken mit zunehmender
Schnittiefe der Sägeblätter 2.
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In der dargestellten Ausführungsform führt das Halbleitermaterial
30 die Hin- und Herbewegung aus und die Sägeblätter 2 erhalten vom Schwingantrieb
20 lediglich eine Schwingbewegung in ihrer Längsrichtung mit kleiner Amplitude und
großer Frequenz. An den Schnittflächen des Halbleitermaterials 30 ist dann diese
Schwingbewegung der Hin- und Herbewegung überlagert.
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Nach der Erfindung ist nun ein Abstandhalter 84 vorgesehen, der vorzugsweise
mit der Haltevorrichtung 32 des Halbleitermaterials 30 formschlüssig verbunden ist.
Diese Haltevorrichtung ist als Kamm gestaltet, dessen Rücken 86 sich unterhalb der
Sägeblätter 2
befindet und dessen Zähne, von denen in der Figur
nur einer sichtbar und mit 88 bezeichnet ist, sich zwischen den Sägeblättern 2 befinden.
Die Lage der Zähne 88 zwischen den Sägeblättern 2 kann mit einer Justiereinrichtung
eingestellt werden, die in der Figur als Schraube 33 angedeutet ist. Der Abstandhalter
84 ist in der Weise an der Haltevorrichtung 32 befestigt, daß sich seine Zähne 88
bis 91 mit zunehmender Schnittiefe in Richtung eines Pfeils 85 nach unten, d.h.
entgegengesetzt zur Schnittrichtung der Sägeblätter 2 absenken.
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Die Haltevorrichtung 84 ist somit während des Betriebes der Gattersäge
relativ zum Halbleiterkörper 30 im wesentlichen unbeweglich und die Enden der Zähne
88 bis 91 liegen während des Zerteilungsvorganges am Halbleiterkörper 30 oder sie
befinden sich höchstens mit geringem Abstand unterhalb des Halbleiterkörpers 30,
wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist. Es wird somit der untere, freie Teil der Sägeblätter
2, von denen in der Figur nur 8 dargestellt sind, zwischen den Zähnen 88 bis 91
des Abstandhalters 84 geführt, während der obere Teil der Sägeblätter 2, der sich
mit zunehmender Schnittiefe bereits in den Schnittspalten des Halbleiterkörpers
30 befindet, zwischen den herzustellenden, scheibenförmigen Teilen des Halbleiterkörpers
30 geführt wird.
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Über seitliche Bügel 96, von denen in der Figur nur einer sichtbar
ist, wird der Abstandhalter 84 an der Haltevorrichtung des Halbleiterkörpers 30
befestigt, so daß er sich während der Relativbewegung zwischen den Sägeblättern
2 und dem Halbleitermaterial 30, die durch den Doppelpfeil A angedeutet ist, synchron
mit dem Halbleitermaterial 30 bewegt und somit relativ zu diesem Material unbeweglich
ist.
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Die einzelnen Sägeblätter 2 sind an ihren Stirnkanten mit einem Diamantbelag
versehen. Zu diesem Zweck können die beispielsweise etwa 50 bis 300 /um, insbesondere
etwa 150 #um dicken Sägeblätter 2 im Bereich ihrer Stirnkanten verdünnt sein. An
ihren Flachseiten kann in der Nähe ihrer Stirnkanten beispielsweise eine Schicht
von etwa 10 bis 20 /um abgetragen sein,
vorzugsweise durch einen
Ätzvorgang. Bei Verwendung eines Diamantbelages mit einer Korngröße von beispielsweise
20 /um kann vorzugsweise eine Schicht von etwa 15 /um abgetragen werden.
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Auf diesen Teil des Sägeblattes wird dann ein Belag aufgebracht mit
einer Dicke von beispielsweise 20 /um, so daß die 150 1um dicken Sägeblätter 2 an
den Stirnkanten etwa 160 um dick sind.
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Mit dieser Dicke der Sägeblätter erhält man Schnittkerben im Halbleiterkörper
von höchstens etwa 200 /um.Die Schnittverluste sind somit gering.
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In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines Abstandhalters 104 veranschaulicht,
der mit zwei Kämmen 106 bzw. 108 versehen ist, die in Richtung A der flelativbewegung
zwischen dem Halbleiterkörper 30 und den Sägeblättern 2 derart hintereinander angeordnet
sind, daß sich der Kamm 106 vor dem Halbleitermaterial 30 und der Kamm 108 hinter
diesem Material befindet. Der Abstand b der beiden Kämme 106 und 108 wird zweckmäßig
nicht wesentlich größer als der Durchmesser D des stabförmigen Halbleiterkörpers
30 gewählt, so daß die Sägeblätter 2 unmittelbar neben den Schnittkerben des Halbleiterkörpers
30 zwischen den Zähnen der Kämme 106 und 108 geführt werden. Die Kämme 106 und 108
können auch so mit dem Antrieb 40 des Schwenkarmes 36 verbunten sein, daß sie nur
in Richtung A der Hin- und Herbewegung synchron mit dem Halbleiterkörper 30 bewegt
werden, während sie in der durch einen Pfeil 94 angedeuteten Schnittrichtung unbeweglich
sind.
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Mit zunehmender Schnittiefe wird somit der Halbleiterkörper 30 zwischen
den Kämmen 106 und 108 abgesenkt Im Ausführungsbeispiel wurde eine Ausführungsform
der Gattersäge gewählt, deren Abstandhalter vom Schwingantrieb der Sägeblätter unabhängig
sind. Die Befestigung der Abstandhalter kann aber auch so gewählt werden, daß sie
zusätzlich die Schwingbewegung der Sägeblätter ausführen.
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