DE2849190C2

DE2849190C2 - Trennmaschine zum Zerschneiden von kristallinen o.dgl. Materialblöcken in Scheiben

Info

Publication number: DE2849190C2
Application number: DE19782849190
Authority: DE
Inventors: Peter Ing.(grad.) 8221 Stein Herkt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1982-08-26
Also published as: DE2849190A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs i.

Insbesondere in der Halbleitertechnik müssen kristalline und kristallähnliche Materialblöcke in exakt bemessene Scheiben zertrennt werden. Exakte Schnitte lassen F^:.ch mit Innenlochsägen erzielen, bei welchen der Materialblock vom diamantbesetzten Innenrand einer rotierenden Ringscheibe gesägt wird. Eine Innenlochsäge dieser Art ist aus der DE-AS 11 45 989 bekannt. Sie weist ein einziges Sägeblatt auf, welches exzentrisch zur Drehachse eines Werkstückträgers mit einer die Schnittgeschwindigkeit bestimmenden Drehzahl rotiert. Der Werkstückträger trägt das einzige Werkstück exzentrisch zu seiner Drehachse und ermöglicht die radiale Zustellbewegung relativ zu dem um eine feststehende Drehachse rotierenden Sägeblatt. Da das ringförmige Sägeblatt in einem relativ stabilen Rahmen unter hohen radialen Kräften eingespannt sein muß, können derartige Sägeblätter nicht zu Gattern zusammengefaßt werden. Der Materiaiblock kann somit nicht gleichzeitig, sondern nur schrittweise in eine Vielzahl Scheiben zersägt werden.

Aus der DE-AS 25 37 088 ist weiterhin eine Gattersägemaschine bekannt, bei welcher ein Werkstückträger mit einem einzigen Werkstück in einer langsamen Bewegung längs der Sägeblätter des Sägegatters bewegt wird. Das Sägegatter führt eine demgegenüber rasche oszillierende, jedoch kurzhubige Bewegung aus, die den Hauptanteil der Schnittgeschwindigkeit bestimmt Die Hin- und Herbewegung des Werkstückträgers hat keinen wesentlichen Einfluß auf die Schnittgeschwindigkeit und soll lediglich die gleichmäßige Abnutzung der Sägeblätter sicherstellen. Um saubere Schnitte zu erzielen, müssen die Sägeblätter des Sägegatters in einen stabilen und damit relativ schweren Rahmen eingespannt sein, wodurch die Schnittgeschwindigkeit und damit die Leistung der Gattersägemaschine nur mit relativ großem konstruktiven Aufwand gesteigert werden kann. Die Schnittgeschwindigkeit des Sägegatters ist relativ niedrig, da das Sägegatter mit jedem Sägehub aus dem Stillstand heraus beschleunigt und zum Stillstand gebremst werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trennmaschine, bei welcher ein Sägegatter und ein Werkstückträger mit

Schnittgeschwindigkeit relativ zueinander bewegt werden, so zu verbessern, daß bei vergleichsweise geringem. konstruktiven Aufwand die Schnittgeschwindigkeit des Sägevorgangs erhöht und in einem Arbeitsgang mehrere Werkstücke gemeinsam zerteilt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei einer solchen Trennmaschine wird zur Erzeugung der Schnittgeschwindigkeit nicht das Sägegatter, sondern die tu zerteilenden Werkstücke bewegt, und zwar gleichförmig auf einer tangential an den Sägewerkzeugen vorbeiführenden Kreisbahn. Die Kreisbahn ist durch den Werbstückträger vorgegeben, der in Umfangsrichtung versetzt eine Vielzahl Werkstücke aufnehmen kann. Im Gegensatz zu den bekanntgewordenen Trennmaschinen steht damit das Sägewerkzeug still bzw. führt lediglich eine vergleichsweise langsame Zustellbewegung beim Eindringen des Sägewerkzeugs aus. Nachdem der Werkstückträger mu gleichbleibendem Drehsinn angetrieben wird und das Sägegatter stillsteht, muß der Maschinenrahmen bzw. der Rahmen des Sägegatters lediglich für eine relativ kleine dynamische Belastung ausgelegt sein. Es läßt sich also mit relativ einfachen Mitteln eine stabile Konstruktion erreichen. Die Schnittgeschwindigkeit kann in weiten Grenzen gewählt werden, ohne daß der Aufwand zur Stabilisierung der Konstruktion unverhältnismäßig ansteigen würde. Die Schnittgenauigkeit der Trennmaschine erreicht die in der Halbleiterindustrie beim Zerteilen von kristallinen und kristallähnlichen Materialblöcken zu Scheiben geforderte Schnittgenauigkeit und ist insbesondere einsetzbar zum Zerteilen von Siliziumkristallen für die Anwendung bei Solarzellen. Die Sägewerkzeuge sind bevorzugt als tangential zur Umlaufbahn der Werkstücke gespannte Bänder oder Drähte ausgebildet, deren Schneidkanten gezahnt sind oder ein Schleifmittel gebunden tragen oder denen ein Schleifmittel lose zuführbar ist. Bänder sind aufgrund ihres größeren Materialquerschnitts und damit ihrer höheren Standzeit gegenüber Drähten bevorzugt. Als Schleifmittel eignet sich Diamantstaub oder flüssiges Schleifmittel. Der Werkstückträger hat in einer bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen Zylinderform und weist in Umfangsrichtung seines Mantels verteilt mehrere Aufnahmen für Werkstücke auf. Die Aufnahmen müssen so gestaltet sein, daß sie den bei der Drehung des Werkstückträgers auftretenden Zentrifugalkräften widerstehen. Geeignet sind zum Umfang des Werkstückträgers offene Schwalbenschwanznuten, welche sich in Richtung der Drehachse erstrecken. Die Zentrifugalkräfte werden von Hinterschneidungen der Schwalbenschwanznuten aufgenommen. Um Unwuchten zu vermeiden, haben die Aufnahmen zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung gleichen Abstand voneinander.

Die Vorschubbewegung für den im Verlauf des Trennvorgangs in das Werkstück eindringenden Schnitt kann sowohl vom Trenngatter als auch vom Werkstückträger ausgeführt werden. Bei dem Trennvorgang arbeiten sich nicht nur die Trennwerkzeuge in das Werkstück ein sondern auch das Werkstück, wenn auch in geringerem Maße in die Trennwerkzeuge. Insbesondere bei langgestreckten Trennwerkzeugen hat es sich deshalb als günstig erwiesen, wenn der Werkstückträger oder das Trenngatter in Schneidrichtung des Trenngatters verschiebbar ist, da auf diese Weise die Trennwerkzeuge gleichmäßiger abgenutzt werden können.

Von Vorteil sind auch Ausführungsformen, bei welchen der Werkstückträger oder das Trenngatter in Richtung der Drehachse des Werkstückträgers verschoben werden können, um die Werkstücke auch dann vollständig in Scheiben zerteilen zu können, wenn sie breiter sein sollten als das Trenngatter.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn der Maschinenrahmen zwei im Abstand voneinander angeordnete, vertikale Führungssäulen aufweist, zwischen denen sich eine den Lagerteil des Werkstückträgers oder das Trenngatter tragende, an den Führungssäulen verschiebbar geführte Traverse erstreckt Insbesondere bei Verwendung eines losen, beispielsweise flüssigen Schleifmittels ist das Trenngatter bevorzugt oberhalb des Werkstückträgers angeordnet, da dann das Schleifmittel besser in den Schnittspalt einfließen kann.

Die Zufuhr eines losen Schleifmittels kann darüber hinaus auch dadurch verbessert werden, daß das Trenngatter um eine zur Drehachse des Werkstückträgers parallele Achse schwenkbar am Maschinenrahmen oder an einem tangential zur Schnittrichtung verschiebbaren bzw. periodisch hin- und hergehenden und am Maschinenrahmen befestigten Schlitten gelagert ist. In dieser Ausgestaltung kann der Anstellwinkel des Trenngatters verändert werden, wodurch zwischen dem Grund des in das Werkstück bereits eingearbeiteten Schnitts ein Keil entsteht, in den das Schleifmittel aufgrund der Drehoewegung des Werkstückträgers eingetragen wird.

Um das Werkstück trotz der auf das Werkstück einwirkenden Zentrifugalkräfte vollständig durchtrennen zu können, sind die Aufnahmen des Werkstückträgers vorzugsweise zur Befestigung von über den Umfang des Werkstückträgers vorstehenden Zwischenträgerplatten ausgebildet, deren Dicke in radialer Richtung zumindest so groß gewählt ist, daß ein Segment des Umfangskreises des Werkstückträgers vollständig in eine achsnormale Querschnittsfläche mit der Breite des Werkstücks einschreibbar ist. Das Werkstück ist auf der Zwischenträgerplatte aufgeklebt oder aufgekittet. Die Zwischenträgerplatte wird beim Durchtrennen des Werkstücks zwar angeschnitten, jedoch nicht ebenfalls durchtrennt. Sie besteht beispielsweise aus Glas, von der die einzelnen Scheiben anschließend abgesprengt oder abgebrochen werden können.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Trennmaschine;

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer Einzelheit der Trennmaschine nach Fig. 1;

F i g. 3 eine schematische, perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Trennmaschine und'

F i g. 4a bis d schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen von Trennmaschinen.

F i g. 1 zeigt eine Trennmaschine, mit deren Hilfe am Umfang eines zylindrischen Werkstückträgers 1 mit gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete Werkstücke 3 in eine Vielzahl Scheiben 5 zerteilt werden können, wie dies in F i g. 2 näher dargestellt ist. Bei den Werkstücken 3 kann es sich um kristalline oder kristallähnliche Blöcke aus Glas, Silicium usw. handeln, die in4>cheiben 5 geschnitten in der Halbleiterindustrie,

insbesondere bei der Solarzellenherstellung, Verwendung finden. Der Werkstückträger 1 ist an einer Traverse 7 um eine Achse 9 drehbar gelagert und wird von einem nicht näher dargestellten Motor in Richtung eines Pfeils 11 gleichförmig und ohne Richtungsumkehr gedreht. Die Traverse 7 ist an zwei im Abstand voneinander von einer Maschinenbasis 13 vertikal aufragenden Führungssäulen 15 in Richtung eines Doppelpfeils 17 verschiebbar geführt. An einem die oberen Enden der Führungssäulen 15 verbindenden Querträger 19 ist ein Trenngalter 21 gehalten, welches eine Vielzahl in einen U-förmigen Rahmen 23 in Längsrichtung eingespannte Trennbänder 25 aufweist. Die Trennbänder 25 sind an ihren dem Werkstückträger 1 zugekehrten Kanten gezahnt oder tragen gebundenen Diamantstaub. Ebensogut kann, was nicht näher dargestellt ist, Schleifmittel in ioser, insbesondere flüssiger Form zugeführt werden. Die Drehachse 9 erstreckt sich senkrecht zur Vorschubrichtung 17 und senkrecht zu der durch die Längsrichtung der Trennbänder 25 gegebenen Schneidrichtung des Trenngatters 21. Die Schneidgeschwindigkeit wird im wesentlichen durch die Umfangsgeschwindigkeit der Werkstücke 3 bestimmt. Für den Antrieb der Vorschubbewegung ist ein zwischen der Maschinenbasis 13 und der Traverse 7 angreifender Antrieb 27, beispielsweise ein Hydraulikzylinder, vorgesehen.

Zur Aufnahme der Werkstücke 3 sind im Mantel des im wesentlichen zylinderförmigen Werkstückträgers 1 Schwalbenschwanznuten 29 vorgesehen, die sich in Richtung der Drehachse 9 erstrecken. Die Schwalbenschwanznuten 29 hintergreifen in die Nuten einschiebbare Keilstücke 31 (F i g. 2), an denen jeweils über eine Zwischenträgerplatte 33 das in Scheiben 5 zu zerteilende Werkstück 3 angeklebt oder angekittet ist. Die Zwischenträgerplatten 33 stehen über den Umfang des Werkstückträgers 1 vor; ihre Dicke ist so gewählt, daß die auf ihr angebrachten Werkstücke 3 vollständig durchtrennt werden können, ohne daß der Trennschnitt in den Werkstückträger 1 eingreift. Die Kreisbahn des Außenumfangs des Werkstückträgers 1 ist in F i g. 2 durch einen Pfeil 35 angedeutet. Der Umfangskreis verläuft vollständig radial innerhalb der Außenfläche der Zwischenträgerplatte 33. Die Scheiben 5 können nach dem vollständigen Durchtrennen des Werkstücks 3 von der Zwischenträgerplatte 33 abgebrochen oder abgesprengt werden.

Um auch Werkstücke 3 zertrennen zu können, deren Breite in Richtung der Drehachse 9 größer ist als die Breite des Trenngatters 21, ist der Rahmen 23 in Richtung der Drehachse 9 verschiebbar an der Quertraverse 19 geführt

Fig.3 zxigi eine zweite Ausfühnir.gsform, bei welcher ein um eine Drehachse 37 drehbar an einem Lagerbock 39 gelagerter Werkstückträger 41 an seinem im wesentlichen zylindrischen Mantel Werkstücke 43 trägt An zwei vertikal von einer Maschinenbasis 45

aufragenden Führungssäulen 47 ist eine Traverse 49 in Richtung eines Doppelpfeils 51 verschiebbar geführt. An der Traverse 49 ist ein U-förmiger Rahmen 53 eines Trenngatters 55 gehalten, in welchen eine Vielzahl zueinander paralleler Trennbänder 57 eingespannt sind. Die Traverse 49 kann mittels eines Antriebs 59, beispielsweise eines Hydraulikzylinders gegen den Werkstückträger 41 verschoben werden. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach F i g. 1 wird die Vorschubbewegung nicht durch den rotierenden Werkstückträger 41, sondern von dem an der Traverse 49 gehaltenen Trenngatter 55 aus geführt. Die Wirkungsweise der Trennmaschine nach Fi g. 3 entspricht im übrigen der Trennmaschine nach Fig. 1, so daß zur weiteren Erläuterung auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels nach F i g. 1 verwiesen wird.

Um Werkstücke 43 mit größerer Breite als der Breite des Trenngatters 55 zertrennen zu können, ist entweder das Trenngatter 55 oder der Lagerbock 39 in Richtung der Drehachse 37 verschiebbar geführt. Die Drehachse 37 erstreckt sich wiederum senkrecht zur Vorschubrichtung der Traverse 49 und senkrecht zur Schneidrichtung der Trennblätter 57.

Die F i g. 4a und 4c zeigen weitere Ausgestaltungen der Trennmaschine nach F i g. 3. In F i g. 4a ist das die Vorschubbewegung in Richtung des Pfeils 51 ausführende Trenngatter 55 zusätzlich in Richtung eines Doppelpfeils 61 in Längsrichtung der Trennbänder 57 in nicht näher dargestellter Weise verschiebbar an der Traverse 49 angebracht. Durch die Verschiebung in Richtung des Pfeils 61 kann eine gleichmäßigere Abnutzung der Trennbänder 57 erreicht werden.

In F i g. 4c ist der Rahmen 53 des Trenngatters 55 um eine zur Drehachse 37 des Werkstückträgers 41 parallele Achse schwenkbar an der Traverse 49 gelagert Die Spur der Schwenkachse ist in F i g. 4c bei 63 dargestellt. Der Rahmen 53 kann insbesondere mittels eines Antriebs periodisch hin- und hergeschwenkt werden, wodurch sich einerseits eine bessere Abnutzung der Trennblätter 57 erreichen läßt und andererseits bei losen und insbesondere bei flüssigen Schleifmitteln das Schleifmittel aufgrund des Keils besser in den Schnittspak eingeführt werden kann.

Die F i g. 4b und d zeigen alternative Ausführungsformen der Trennmaschine nach Fig. 1. Ähnlich der Ausführungsform nach F i g. 4a ist das Trenngatter 21 in Richtung eines Doppelpfeils 65 zur besseren Ausnutzung der Trennblätter 25 in deren Längsrichtung verschiebbar bzw. periodisch hin- und hergehend an dem hier nicht näher dargestellten Querträger 19 geführt

Ähnlich der Ausführungsform der Fig.4c ist bei der Verbesserung der Trennmaschine nach Fig.4d der Rahmen 23 des Trenngatters 21 ebenfalls um eine zur Drehachse 9 parallele Schwenkachse (Spur 67) schwenkbar an dem Querträger 19 angebracht

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Trennmaschine zum Zerschneiden von kristallinen oder dergl. Materialblöcken in Scheiben mit einer Gattersägemaschine, an deren Maschinenrahmen ein Sägegatter mit mehreren parallel zueinander angeordneten, langgestreckten Sägewerkzeugen und ein Werkstückträger sowohl in Schneidkantenrichtung der Sägewerkzeuge als auch senkrecht dazu in der Vorschubrichtung des Schnittes relativ zueinander beweglich gehalten sind, wobei zumindest für die Relativbewegung in Schneidkantenrichtung ein Antrieb vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (i; 41) auf einer Achse (9; 37), die sowohl senkrecht zur Schneidkantenrichtung des Sägegatters (21; 55) als auch senkrecht zur Vorschubrichtung des Schnitts verläuft, drehbar am Maschinenrahmen (13; 15; 19; 45; 47) gelagert ist und mehrere mit gleichem radialen Abstand von der Drehachse (9; 37) angeordnete Werkstückaufnahmen (29) trägt und daß der Antrieb den Werkstückträger (1; 41) mit gleichbleibenden Drehsinn und einer im wesentlichen die Schnittgeschwindigkeit des Sägevorgangs bestimmenden Umfangsgeschwindigkeit antreibt
2. Trennmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (1; 41) im wesentlichen Zylinderform hat und in Umfangsrichtung seines Mantels verteilt mehrere Aufnahmen (29) für Werkstücke (3;43) aufweist.
3. Trennmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (29) als zum Umfang des Werkstückträgers (3; 43) offene Schwalbenschwanznuten ausgebildet sind, die sich in Richtung der Drehachse (5; 37) erstrecken.
4. Trennmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (29) in Umfangsrichtung gleichen Abstand voneinander haben.
5. Trennmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (1; 41) Aufnahmen (29) zur Befestigung von über den Umfang des Werkstückträgers (1; 41) vorstehenden Zwischenträgerplatten (33) aufweist, deren Dicke in radialer Richtung zumindest so groß gewählt ist, daß ein Segment des Umfangskreises des Werkstückträgers (1; 41) vollständig in eine achsnormale Querschnittsfläche mit der Breite des Werkstücks (3; 43) einschreibbar ist und daß das Werkstück (3; 43) auf die Zwischenträgerplatte (33) aufklebbar oder aufkittbar ist.
6. Trennmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstückträger (1; 41) in einem in der Vorschubrichtung des Schnitts und/oder in Richtung seiner Drehachse (9; 37) und/oder in Schneidrichtung des Sägegatters verschiebbar am Maschinenrahmen (13, 15, 19; 45, 47) geführten Lagerteil (7; 39) drehbar gelagert ist.
7. Trennmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägegatter (21; 55) in Vorschubrichtung des Schnitts und/oder in Richtung der Drehachse (9; 37) des Werkstückträgers (1; 41) und/oder in seiner Schneidrichtung verschiebbar am Maschinenrahmen (13,15,17; 45,47) geführt ist.
8. Trennmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (7; 39) und/oder das Sägegatter (21; 55) mit einem in Verschieberichtung wirkenden Stellantrieb (27; 59) gekuppelt ist.
9. Trennmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenrahmen zwei im Abstand voneinander angeordnete, vertikale Führungssäulen (15; 47) aufweist, zwischen denen sich eine den Werkstückträger (1) oder das Sägegatter (55) tragende, an den Führungssäulen verschiebbar geführte Traverse (7; 49) erstreckt
10. Trennmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägegatter (21; 55) oberhalb des Werkstückträgers (1; 41) angeordnet ist
11. Trennmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sägegatter (21; 55) um eine zur Drehachse des Werkstückträgers (1; 41) parallele Achse (63; 67) schwenkbar am Maschinenrahmen (15,17,19; 45,47) oder an einem tangential zur Schnittrichtung (65) verschiebbaren bzw. periodisch hin- und hergehenden und am Maschinenrahmen (19) befestigten Schlitten gelagert ist.