DE3836587A1 - Innenlochsaege - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Innenlochsäge zum Abtren­ nen dünner Scheiben von einem Stab beispielsweise aus monokristallinem Silizium, die aus einem dünnen, in seiner Mitte mit einem Innenloch versehenen kreisför­ migen Kernblatt besteht, das in dem Randbereich des Innenloches einen Belag aus Diamant-, Bornitrid- oder anderen Hartstoffkörnern mit einer Bindung trägt.

Derartige Innenlochsägen finden insbesondere Anwendung in der Elektronikindustrie zum Abtrennen von sogenann­ ten "Wafers", das heißt extrem dünnen Scheiben von ei­ nem monokristallinem Siliziumstab, wie sie insbeson­ dere Verwendung finden für die Herstellung sogenannter Chips. Die Innenlochsägen besitzen dafür ein Kern­ blech, das eine Dicke aufweist von beispielsweise le­ diglich 0,15 mm bzw. 150 µm, das im Zentrum ein Loch aufweist, dessen Kante rundherum mit einem Belag ver­ sehen ist, in dem in dichter Anordnung Diamantkörner eingebettet sind. Bei bekannten Innenlochsägen besteht die Bindung der Diamantkörner aus einem galvanisch aufgetragenen Metallbelag, wobei es sich vorzugsweise um eine Nickelmatrix handelt. Die Anordnung des Hart­ stoffbelages ist dabei nicht beschränkt auf die zylin­ derförmige Lochinnenkante. Vielmehr erstreckt sich der Diamantbelag auf beiden Seiten des Kernblattes an den an das Loch anschließenden Randzonen in einer Breite von etwa 2 mm.

Für eine Benutzung einer derartigen Innenlochsäge wird das dünne Kernblatt in einem Spannring eingespannt, um eine hohe Steifigkeit hervorzurufen. Ein solcher Spannring ist in einer Maschine angeordnet, von der er beim Betrieb der Innenlochsäge in eine schnelle Ro­ tation versetzt wird. Der Abstand vom Rand des Innen­ loches bis zum Spannring muß dabei mindestens so groß gewählt sein, daß sich Stäbe mit entsprechender Durch­ messergröße schneiden lassen. Als Vorteil solcher Sä­ gen ergibt sich, daß mit ihnen geringe Schnittbreiten zu erzeugen sind und damit nur ein geringer Material­ verlust des zu sägenden Materials. Das ist von beson­ derem Vorteil bei der Bearbeitung kostspieliger Werk­ stoffe wie monokristalliner Halbleitermaterialien.

Neben monokristallinem Silizium lassen sich jedoch na­ turgemäß auch andere Materialien verarbeiten und zwar insbesondere sprödharte Werkstoffe wie z. B. Keramik, Quarzglas, Glas, Mineralien aber auch Metalle.

Einer Anpassung bekannter Innenlochsägen an den je­ weils zu bearbeitende Werkstoff sind jedoch enge Grenzen gesetzt, wenn die Hartstoffkörner, bei denen es sich überwiegend um Diamantkörner handelt, in be­ kannter Weise galvanisch gebunden sind.

So ist einerseits die reproduzierbare Einstellung un­ terschiedlicher Diamantkonzentrationen erschwert, das heißt mit anderen Worten, daß es schwierig ist, bei ei­ ner galvanischen Bindung der Diamantkörner unter­ schiedliche Diamantkonzentrationen in der Nickelmatrix auszunutzen, um dadurch die Säge dem zu bearbeitenden Material anzupassen bzw. hohe Diamantkonzentrationen oder sehr niedrige Konzentrationen auszunutzen.

Darüber hinaus sind die mechanischen sowie thermischen Eigenschaften einer galvanischen Bindungsmatrix nur in engen Grenzen zu variieren. Das wirkt sich unter anderem stark aus auf den Schärfezustand von Innen­ lochsägen. Die Diamantkörner werden zwar in einer gal­ vanischen Bindung gut gehalten bei einem relativ ge­ ringen Bindungsverschleiß. Nach einer gewissen Ein­ satzzeit stumpft jedoch ein Teil der Diamantkörner durch Verschleiß ab, so daß die Säge geschärft werden muß in dem Sinne, daß Diamantkörner freigelegt werden. Bei diesem Vorgang werden stumpfe Diamantkörner her­ ausgerissen und die galvanische Bindung soweit zurück­ gesetzt, daß scharfkantige Diamantkörner freigelegt werden. Der Nachteil liegt dabei jedoch darin, daß bei diesen Sägen der Schärfezustand nicht über eine län­ gere Zeit konstant ist und damit nicht eine konti­ nuierliche Wirkung gewährleistet ist. Hinzu kommen als Nachteile der erhöhte Zeitaufwand durch Schärfen und die Verminderung der Standzeit infolge der Entfernung von an sich noch brauchbaren Diamantkörnern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Innenlochsäge zu schaffen, die sich in ihren mechanischen und thermi­ schen Eigenschaften gezielt den zu bearbeitenden Werk­ stoffen und unterschiedlichen Einsatzbedingungen an­ passen läßt und die nicht die mit einem häufigen Nach­ schärfen verbundenen Nachteile mit sich bringt. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß die Hartstoff­ körper in einer hochtemperaturfesten Kunstharzbildung eingebettet sind, die durch ein Gießen oder Pressen auf das Kernblatt aufgebracht ist, wobei sich die Be­ laghaftung auf dem Kernblatt durch eine mechanische Verankerung oder durch ein Kleben oder durch chemische Reaktion ergibt.

Der Einsatz eines hochtemperaturfesten Kunstharzes als Bindung für die Diamantkörner hat nicht nur den Vor­ teil, die beim Spannen der Säge auftretende Dehnung des Kernblattes rißfrei und ohne ein Ablösen vom Kernblatt zu ertragen infolge einer hohen Dehnbarkeit und einer großen Zugfestigkeit. Ein weiterer wesentli­ cher Vorteil liegt vielmehr in dem Umstand, daß sich eine solche Säge beim Gebrauch selbst schärft durch eine Zurücksetzung des Bindungsmaterials bei seiner Beanspruchung, so daß die mit einem Nachschärfen ver­ bundenen Nachteile entfallen. Diese Vorteile kommen insbesondere bei Verwendung eines Kunstharzes zur Gel­ tung, das eine Bruchdehnung aufweist von mehr als 2% sowie eine Zugfestigkeit von mehr als 20 N/mm² (New­ ton/Quadratmillimeter) und eine Glasübergangstempera­ tur von mehr als 100°C nämlich vorzugsweise 200 bis 400°C. Dabei handelt es sich vorzugsweise um Epoxyhar­ ze, Polyimide, flexibilisierte Phenolharze, Polychino­ xaline sowie Polyethersulfone und Polyaryletherketone.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Innenlochsäge lassen sich den zu bearbeitenden Werkstoffen im übri­ gen anpassen durch die Verwendung von Füllstoffen aus metallischen oder nichtmetallischen Materialien, wobei ein ausreichender Halt der Diamant- oder anderer Hart­ stoffkörner beeinflußt werden kann, in dem die Körner mit einem Überzug aus einem metallischen oder nichtme­ tallischen Material versehen sind. Die Zusatzstoffe können sich im übrigen als zweckmäßig zeigen für eine ausreichende Beständigkeit des Kunstharzes gegenüber den üblicherweise verwendeten Kühlmitteln beim Einsatz der Innenlochsägen, bei denen es sich in der Regel um Wasser handelt mit einem alkalischen oder sauren Zu­ satz.

Beim Auftragen des Hartstoffkornbelages im Preßverfah­ ren wird der Belag in pulverförmiger Form auf dem Kernblatt aufgetragen. Danach werden beide gemeinsam erhitzt, wobei das Pulver gleichzeitig verpreßt wird bei einer Temperatur im Bereich der Glasübergangstem­ peratur des gewählten Harzes. Demgegenüber wird beim Gießverfahren der Belag in flüssigem Zustand innerhalb einer Form auf dem Kernblatt vergossen, wie es insbe­ sondere möglich ist bei Verwendung von Epoxyharzen. Darüber hinaus kann aber auch als Alternative eine nachträgliche Befestigung eines vorgefertigten Belages auf dem Kernblatt vorgesehen sein. Eine solche Befesti­ gung kann unter Ausnutzung eines Klebers erfolgen, der aus zwei Komponenten besteht.

Durch die Verwendung von Füllstoffen lassen sich bei­ spielsweise die Zugfestigkeit oder die Bruchdehnung beeinflussen. Dafür kommen faserartige bzw. nadelför­ mige Materialien wie beispielsweise Glas-, Kohle- oder Metallfasern in Betracht.

Durch metallische Füllstoffe läßt sich die Wärmeleit­ fähigkeit beeinflussen und durch die Verwendung von Trockenschmierstoffen wie beispielsweise Graphit oder Polytetrafluoräthylen (PTFE) der Reibungskoeffizient reduzieren. Um neben der vorteilhaften Dehnbarkeit des Belages auch seine ausreichende Haftung auf dem Kern­ blatt sicher zu stellen, kann eine mechanische Verklam­ merung bzw. Verankerung ausgenutzt werden durch die Anordnung von Löchern im Kernblatt, welche zu einer Brückenbildung zwischen den beiden Belagseiten führt oder durch die Anordnung von Nuten im Kernblatt. Dane­ ben ist ein Verkleben möglich wie auch eine Haftung durch eine chemische Reaktion mit dem Kernblattmaterial und zwar insbesondere unter der Voraussetzung, daß das Kernblatt ebenfalls aus einem faserverstärktem Kunst­ stoff besteht.

Die Haftung des Belages wird im übrigen verbessert durch ein vorausgehendes Aufrauhen des Kernblattes. Dies kann erfolgen mechanisch beispielsweise durch Sandstrahlen oder Schleifen. Stattdessen kann ein che­ misches Aufrauhen erfolgen durch den Einsatz von Säu­ ren oder durch ein elektrolytisches Ätzen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Innenlochsäge im Teilausschnitt mit ei­ nem Siliziumstab;

Fig. 2 eine Innenlochsäge im Teilausschnitt mit ei­ ner mechanischen Verklammerung des Belages;

Fig. 3 eine Innenlochsäge in der Seitenansicht mit Bohrungen im Innenlochbereich und

Fig. 4 und 5 eine Innenlochsäge mit Nuten für die Halterung des Belages.

Die in den Fig. 1 bis 3 wiedergegebene Ausführungs­ form einer Innenlochsäge für das Abtrennen dünner Scheiben von einem Stab 1 aus monokristallinem Sili­ zium weist ein aus Metallblech bestehendes Kernblatt 3 auf, das eine Stärke hat von beispielsweise 0,15 mm. Das Kernblatt 3 ist mit einem Innenloch 4 verse­ hen, dessen zylindrischer Wandbereich mit einem Belag 5 versehen ist, welcher aus Diamantkörnern besteht, die in einer Kunststoffbindung gehalten sind. Der Be­ lag 5 erstreckt sich auf beiden Seiten des Kernblattes 3 über eine Randbreite von beispielsweise 2 mm über den Rand des Innenloches 4 hinaus.

Für eine verbesserte Haftung ist das Kernblatt 3 mit konzentrisch unmittelbar neben dem Rand des Innenlo­ ches angeordneten Löchern 6 versehen, die entsprechend Fig. 2 von dem Diamantbelag 5 durchdrungen sind, so daß sich zwischen den beiden seitlichen Belagabschnit­ ten Brücken bilden, die zu der Haftung des Belages 5 auf dem Kernblatt 3 beitragen.

Bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 sind an­ stelle von Löchern 6 zwei ringförmige Nuten 7 vorgese­ hen, in welche der Belag 5 eingreift.

Claims (10)

1. Innenlochsäge zum Abtrennen dünner Scheiben von ei­ nem Stab beispielsweise aus monokristallinem Silizium, bestehend aus einem dünnen, in seiner Mitte mit einem Innenloch versehenen kreisförmigen Kernblatt, das im Randbereich des Innenloches einen Belag mit Diamant-, Bornitrid- oder anderen Hartstoffkörnern trägt, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hartstoffkörner in einer hochtemperaturfesten Kunstharzbindung eingebettet sind, die durch Gießen oder Pressen auf das Kernblatt (3) aufgebracht ist, wobei sich die Belaghaftung auf dem Kernblatt (3) durch mechanische Verankerung, Kle­ ben oder chemische Reaktion ergibt.

2. Innenlochsäge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Kunstharz, das eine Bruchdehnung von mehr als 2%, eine Zugfestigkeit von mehr als 20 N/mm² und eine Glasübergangstemperatur von mehr als 100°C, vorzugs­ weise 200 bis 400°C aufweist.

3. Innenlochsäge nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeich­ net durch die Verwendung eines hochtemperaturbeständi­ gen Kunstharzes aus der Gruppe der Epoxyharze, der Po­ lyimide, der flexibilisierten Phenolharze, der Poly­ chinoxaline, der Polyethersulfone oder der Polyarylet­ herketone.

4. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffkörner mit einem metallischen oder nichtme­ tallischen Überzug versehen sind.

5. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunstharz Füllstoffe zur Erhöhung der Bruchdehnung, der Zugfestigkeit, der Verschleißfestigkeit oder Wär­ meleitfähigkeit beigemischt sind.

6. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine mechanische Verankerung des Belages (5) im Kern­ blatt (3) Löcher (6) im Abstand vom Innenlochrand (4) konzentrisch angeordnet sind, die Bindungsbrücken zwi­ schen den seitlichen Belagabschnitten bilden.

7. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für eine mechanische Verankerung des Belages (5) eine um­ laufende Nut (7) auf beiden Seiten des Kernblattes (3) angeordnet ist.

8. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernblatt (3) für eine mechanische, adhäsive oder che­ mische Haftung der Kunstharzbindung durch Aufbringen eines galvanischen Belages vorbehandelt ist.

9. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernblatt (3) durch mechanisches oder chemisches Auf­ rauhen vorbehandelt ist.

10. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernblatt (3) aus einem faserverstärktem Kunststoff besteht.