DE2722780C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Werkstücken durch Zerteilen eines Feststoffes nach dem Trennläppverfahren unter Zufuhr einer Läppmittelsuspension aus in einer niederviskosen Trägerflüssigkeit suspendierten Schneidkörnern mit einer mitt­ leren Korngröße von 10 bis 50 µm.

Es ist bekannt oxidische Stoffe wie Saphir oder Rubin oder auch Halbleitermaterial wie beispielsweise Silicium oder Germanium mit Bandsägen mit geradem Sägeblatt und freiem Schneidkorn zu sägen. Um zu einem befriedigenden Ausstoß an gesägten Scheiben zu kommen, werden dabei üblicherweise mehrere Sägeblätter in einem Gatter zusammengefaßt. Die als Sägeblätter fungierenden glatten Stahlklingen führen bei ihrer Bewegung über den zu zer­ teilenden Feststoff ein Läpptrennmittel, wie beispielsweise in einer Trägerflüssigkeit suspendiertes Diamantpulver, mit sich. Als Trägerflüssigkeit wird üblicherweise relativ hochvis­ koses Mineralöl eingesetzt, und zwar in der etwa zwei- bis vier­ fachen Gewichtsmenge, bezogen auf die darin aufgeschlemmten Schneidkörper. Der Vorteil dieses Sägeverfahrens gegenüber ande­ ren Sägetypen mit gebundenem Schneidkorn, beispielsweise dem Innenlochsägen, liegt in der gleichmäßigen Oberflächenzerstörung der Schnittfläche, die sich durch Abätzen einer dünnen Ober­ flächenschicht leicht wieder beheben läßt und in der Tatsache, daß praktisch alle Scheiben "bow-frei" sind, also gleichmäßig flach und ohne Durchbiegung. Der Nachteil dieses Sägeverfahrens gegenüber anderen Sägeverfahren mit gebundenem Schneidkorn, bei­ spielsweise dem Innenlochsägen, liegt in den langen Sägezeiten. Selbst bei 240 Klingen im Gatter liegt die Sägezeit pro Scheibe noch etwa doppelt so hoch wie bei den herkömmlichen Innenloch­ sägen. Erst durch die Entwicklung eines neuen Gattersäge- bzw. Läpptrennverfahrens, welches mit verkürzten Klingen, höherem Druck und gesteigerter lateraler Geschwindigkeit der über den zu zerteilenden Feststoff gleitenden Klinge arbeitet, konnten Säge­ zeiten pro Scheibe erreicht werden, die die Innenlochsäge deut­ lich übertreffen. Um aber die Herstellung von wirtschaftlich einsetzbaren Siliciumsolarzellen zu realisieren, gilt es, die einzelnen Verfahrensschritte noch weiter zu optimieren. Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, die Sägezeit pro Schei­ be beim Gattersägen bzw. beim multiplen Läpptrennen noch weiter zu senken.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Trägerflüssig­ keit mit einer Viskosität von 0,001 bis 0,01 Pa s einsetzt und das Gewichtsverhältnis zwischen Trägerflüssigkeit und Schleifkörnern auf etwa 1 : 1 bis 1 : 3 einstellt.

Als fester Bestandteil der zugeführten Läppmittelsuspension werden dabei die üblichen Mittel eingesetzt, wie etwa Korundpulver, Silicium­ carbid, Borcarbid, kubisches Bornitrid oder Diamantpulver, wobei die Härte und somit die Standzeit in der angegebenen Reihen­ folge ansteigt. Eingesetzt werden diese Stoffe in einer mittleren Korngröße von 10 bis 50 µm, vorzugsweise 5 bis 30 µm, entspre­ chend den geltenden Industrienormen (FEPA, ASTM). Vorteilhaft wird dabei die mittlere Korngröße der Schneidkörner auf die Dicke der beim Sägen eingesetzten Läpptrennklinge, die üblicherweise bei 100 bis 300 µm liegt, abgestimmt. Die mittlere Korngröße wird dabei zweckmäßig innerhalb der angegebenen Bereiche so gewählt, daß sie etwa dem 0,25 bis 0,07, vorzugsweise dem 0,15 bis 0,1fachen, der Dicke der beim Sägen eingesetzten Läpptrennklinge entspricht. Als Trägerflüssigkeit kommen allgemein Flüssigkeiten mit einer Vis­ kosität von etwa 0,001 bis 0,01 Pa s, vorzugsweise 0,001 bis 0,005 Pa s, in Frage, die gegenüber der Schneidklinge wie auch dem zu zerteilenden Fest­ stoff weitgehend inert sind, d. h. ihn weder angreifen noch blei­ bend verunreinigen. Derartige Flüssigkeiten sind beispielsweise verschiedene Mineralöle, Syntheseöle, Glycerin-Wassergemische, Methylzelluloselösungen in Wasser oder beispielsweise Polyvinyl­ alkoholwassergemische.

Das jeweils zu wählende Schneidkorn ist dabei abhängig von der Art des zu zerteilenden Feststoffs, so lassen sich beispielsweise Saphir oder Spinell wirtschaftlich nur mit Diamant oder kubischem Bornitrid zerteilen.

In der Säge wird das Läpptrennmittel durch Pumpen oder Rühren zweckmäßig ständig in Bewegung gehalten, um ein Absetzen des Schneidkorns bzw. ein Zusammenbacken oder Verfestigen des Läpp­ trennmittels zu vermeiden.

Bei Einsatz des erfindungsgemäßen Trennläppverfahrens empfiehlt es sich außerdem, Klingen zu verwenden, welche in der Schneid­ kante mit Ausnehmungen versehen sind und somit für einen opti­ malen Einzug des Läpptrennmittels in den Sägekanal sorgen.

Das erfindungsgemäße Trennläppverfahren wird vorteilhaft für das Gattersägen bzw. das multiple Läpptrennen von Halbleitermate­ rialien, wie Silicium, Germanium, III-V-Verbindungen, wie etwa Galliumarsenid oder Galliumphosphid, oxidische Substanzen, wie etwa Saphir, Spinell, Rubin, aber auch für weiche Stoffe, wie beispielsweise hexagonales Bornitrid, eingesetzt.

Bei diesem neuartigen Trennläppverfahren lassen sich Schneidleistungen erreichen, die deutlich höher sind als die bei den bekannten Verfahren.

Vergleichsbeispiel

Ein einkristalliner Siliciumstab mit den Abmessungen 50 × 50 × 220 mm wurde mit einer Läpptrennmaschine quer zur Längsachse in Scheiben zersägt. Als Säge wurde eine Läpptrennmaschine verwen­ det, die im wesentlichen einer Gattersäge der Fa. Meyer & Burger AG, Steffisburg, Schweiz, vom Typ GS 1 entsprach, die jedoch durch entsprechende Umbauten so umgerüstet worden war, daß kürzere Klingen mit einer höheren Geschwindigkeit und unter höherem Druck bewegt werden konnten.

Das Klingenpaket bestand aus 240 Klingen mit einer Stärke von 200 µm, einer Höhe von 6 mm und einer freien Arbeitslänge von 200 mm. Die Schneidkante dieser Klingen wies dabei bogenförmige Ausnehmungen auf von - gemessen in der Schneidkante - 6 mm Län­ ge und einer Höhe im Scheitelpunkt von 1 mm. Über die gesamte Länge der Klingen waren jeweils 20 derartige Ausnehmungen im gleichen Abstand voneinander ausgebildet. Nach dem Aufsetzen der Klingen auf den Siliciumstab wurden die Klingen in üblicher Weise mit einer geringen lateralen Anfangsgeschwindigkeit von einigen Metern pro Minute fast drucklos über den Kristall geführt. Erst nachdem alle Klingen im Siliciumstab zu greifen begonnen hatten, wurde nunmehr die laterale Geschwindigkeit, mit welcher das Klin­ genpaket über den zu zerteilenden Siliciumstab geführt wurde, auf 45 m/Minute erhöht. Auf das Klingenpaket wurde dabei während des Sägens eine Druckkraft von nunmehr 1,76 N je Klinge ausgeübt. Als Läpptrennmittel wurde Siliciumcarbid mit einer Korngrößenvertei­ lung von 27 bis 30 µm, aufgeschlemmt in einer Mineralölfraktion mit einer Viskosität 0,045 Pa s, wobei auf drei Gewichtsteile Mine­ ralöl ein Gewichtsteil Siliciumcarbid zugegeben wurde, verwendet.

Nach einer reinen Sägezeit von 2,08 Stunden wurden 239 Scheiben von 480 µm Dicke erhalten. Dies entsprach einer Schneidleistung von 0,2 cm² pro Minute und Klinge.

Beispiel

Ein Siliciumstab mit den gleichen Abmessungen wurde entsprechend vorstehendem Beispiel gesägt, nur mit der Ausnahme, daß als Läpptrennittel Siliciumcarbid mit einer mittleren Korngröße von 27 bis 30 µm, aufgeschlämmt in einem Gemisch aus neun Gewichtsteilen Wasser und ein Gewichtsteil Glycerin mit einer Viskosität von etwa 0,00 101 Pa s eingesetzt wurde, wobei auf einen Gewichtsteil Träger­ flüssigkeit 2,5 Gewichtsteile Siliciumcarbidpulver bemessen wur­ den. Vermittels eines mit einem Elektromotor betriebenen Rührers wurde außerdem das Läpptrennmittel ständig in Bewegung gehalten.

Nach einer reinen Sägezeit von 1,75 Stunden wurden 239 Scheiben von 500 µm Dicke erhalten. Dies entsprach einer Schneidleistung von 0,24 cm² pro Minute und Klinge.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung von scheibenförmigen Werkstücken durch Zerteilen eines Feststoffes nach dem Trennläppver­ fahren, unter Zufuhr einer Läppmittelsuspension aus in einer niederviskosen Trägerflüssigkeit suspendierten Schleifkörnern mit einer mittleren Korngröße von 10 bis 50 µm, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Trägerflüs­ sigkeit mit einer Viskosität von 0,001 bis 0,01 Pa s einsetzt und das Gewichtsverhältnis zwischen Träger­ flüssigkeit und Schleifkörnern auf etwa 1 : 1 bis 1 : 3 einstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Trägerflüssigkeit mit einer Viskosität von 0,001 bis 0,005 Pa s einsetzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägerflüssigkeit wäßriges Glycerin einsetzt.