DE4025511C1 - Clamp head for slitting discs with central hole - has layer of hard fine grained material which disc is clamped by mechanical or hydraulically - Google Patents

Description

Innenlochtrennscheiben werden in großem Umfang eingesetzt, um stabförmige Halbzeuge in scheibenförmige Werkstücke zu zerteilen. Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet für derartige Innenlochtrennscheiben, die im Fachjargon auch als "Innenlochsägen" bezeichnet werden, liegt bei der Zerteilung von Halbleitergrundmaterial vor, da Innenlochsägen die Anwendung sehr dünner Sägeblätter ermöglichen und damit den Zerspannungsverlust minimal halten. Außerdem sind mit derartigen Innenlochsägen gute Oberflächenqualitäten bei den abgetrennten scheibenförmigen Werkstücken ("Wafer") erreichbar. Als Beispiele für zu bearbeitende Werkstoffe können Silizium, Galliumarsenid und Germanium genannt werden. Auch zur Bearbeitung anderer Werkstoffe werden Innenlochsägen derzeit eingesetzt. Fig. 1 zeigt die elementaren Bestandteile einer Innenlochsäge.

Das eigentliche Werkzeug einer Innenlochsäge ist ihr Trenn- oder Sägeblatt. Ein kreisrundes, nur Bruchteile eines Millimeters dünnes Federstahlblech von höchster Festigkeit wird wie ein Trommelfell auf einen "Spannkantenring" (13) und (10) gespannt. In der Mitte hat dies Metallblech ein ebenfalls kreisrundes Loch, das am Innenrand mit einer Schicht winziger Diamanten (2) belegt ist. Wenn der in das Loch hineinragende Barren (4) zum Außenrand der rotierenden Trommel hin bewegt wird, so schneidet der Diamantbelag eine Siliziumscheibe (5) ab. Diese völlig unkonventionelle Werkzeugform erlaubt es, die Schnittbreite bis auf wenige Zehntel Millimeter zu senken. Die rotierende, das Sägeblatt aufnehmende Umgebungskonstruktion wird als Sägekopf bezeichnet und besteht im wesentlichen aus einem scheibenförmigen Grundkörper (11), einem unteren Spannkantenring (10) und einem oberen Spannkantenring (13). Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, wird die Trennscheibe (1) zwischen dem unteren Spannkantenring (10) und dem oberen Spannkantenring (13) mittels einer Vielzahl, auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Schrauben (14) festgeklemmt. Erst nach Beendigung dieses Vorganges kann die Trennscheibe (1) gespannt werden. Zu diesem Zweck wird ein in den oberen Spannkantenring (13) eingelassener Andruckring (19) mittels einer Vielzahl von Andruckschrauben (20) nach unten gedrückt, so daß die Trennscheibe (1) in die darunterliegende, ebenfalls ringförmige Vertiefung hineingedrückt wird. Da die Trennscheibe (1) am Außenrand durch die Klemmschrauben (14) reibschlüssig festgehalten wird, werden die innerhalb des Andruckringes (19) liegenden Bereiche der Trennscheibe (1) dazu gezwungen, nach außen zu wandern, wodurch diese insgesamt radial aufgeweitet und damit gespannt wird. Dieser Vorgang wird durch stufenweises, kontrolliertes Anziehen der Spannschrauben (20) so weit fortgesetzt, bis die Trennscheibe (1) ausreichend straff und das im Zentrum der Trennscheibe (1) verbleibende Loch entsprechend aufgeweitet ist. Um besonders die axiale Steifigkeit der Trennscheibe (1) als Werkzeug möglichst zu erhöhen, wird das Material der Trennscheibe (1) bis über seine Streckgrenze hinaus beansprucht. Eine andere Konstruktionsvariante nutzt hydraulische Kräfte zum Spannen aus. In diesem Fall wird der Andruckring (19) nicht durch Schrauben, sondern durch ein Hydraulikmedium auf die Trennscheibe (1) gedrückt.

Ein nachteiliges Merkmal einer solchen Konstruktion ist der mit Unsicherheiten behaftete Reibschluß zwischen Trennscheibe (1) einerseits und den Spannkantenringen (10) und (13) andererseits. Wie bei vielen anderen reibschlüssigen Verbindungen läßt sich auch hier die Reibzahl nur in gewisser Näherung beziffern. In dem hier vorliegenden Anwendungsfall kommt noch erschwerend hinzu, daß die Reibzahl zwischen Andruckring (19) und Trennscheibe (1) sowie zwischen vorderer Spannkante (21) und Trennscheibe (1) zur besseren Ausnutzung der Materialeigenschaften der Trennscheibe (1) durch Zugabe von reibwertmindernden Zusätzen gezielt reduziert wird. Dabei ist es naturgemäß jedoch nie zu vermeiden, daß dabei auch die Reibzahl zwischen den Spannkantenringen (10) und (13) und Trennscheibe (1) ungewollt vermindert und damit negativ beeinträchtigt wird.

Unter der Zielsetzung eines möglichst steifen Werkzeuges gehen die Bestrebungen dahin, für die Trennscheibe (1) Bleche mit immer höherer Festigkeit zu verwenden. Dadurch wird jedoch die Radialkraft, die zwischen Trennscheibe (1) und den Spannkantenringen (10) und (13) zu übertragen ist, immer größer, wodurch der Reibschluß an dieser Stelle zunehmend gefährdet wird.

Im Zuge immer größer werdendender Werkstücke müssen auch Trennscheiben 1 mit immer größer werdenden Abmessungen verwirklicht werden. Die dabei zwischen Trennscheibe (1) und den Spannkantenringen (10) und (13) relativ zu übertragenden Radialkräfte werden dabei immer größer, wodurch die sichere Reibkraftübertragung an dieser Stelle zusätzlich kritisch wird.

Die Verwendung größerer Trennscheiben (1) bedingt außerdem die Verwendung dickerer Bleche. Dickere Bleche erfordern ihrerseits jedoch höhere Spannkräfte, die radial zwischen Trennscheiben (1) und den Spannkantenringen (10) und (13) zu übertragenden Radialkräfte werden größer, wodurch der Reibschluß an dieser Stelle zusätzlich gefährdet wird.

Bei Spannversuchen großer, hochfester Trennscheiben (1) läßt sich dann auch ein Überschreiten der materialspezifischen Reibzahl feststellen. In lokal begrenzten Bereichen rutscht die Trennscheibe (1) zwischen den Spannkantenringen (10) und (13) um einen geringfügigen Betrag radial nach innen. Durch diese Bewegung reduziert sich die Radialkraft sprunghaft, so daß die Rutschbewegung sofort auch wieder gestoppt wird. Aus diesem Grund ist die Rutschbewegung auch nur schlecht feststellbar. Die Rutschbewegung kommt nur lokal zustande, während benachbarte Bereiche davon weniger oder überhaupt nicht betroffen sind. Dies führt dazu, daß sich die Trennscheibe (1) in Umfangsrichtung wellt. Dieser Axialschlag seinerseits hat jedoch sehr negative Auswirkungen auf den Trennprozeß, weil unter dem Einfluß der rotierenden Trennscheibe (1) axiale Kräfte und Schwingungen in den Schnittspalt eingeleitet werden. Bei größer werdenden Axialschlag wird sogar die Realisierbarkeit des Trennvorganges gestört und die Funktion der Maschine in Frage gestellt.

Durch die US-Patentschrift 32 56 645 ist eine Methode bekannt, die reibschlüssige Aufspannung einer Schleifscheibe auf ihrem Aufnahmeflansch dadurch zu verbessern, daß zwischen Schleifscheibe und Aufnahmeflansch eine Zwischenlage eingefügt wird, die im wesentlichen aus weichem, faserigen Material besteht und durch die gleichmäßige Verteilung der Flächenpressung im Reibschluß eine Steigerung der Reibzahl bewirkt.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die radialkraftübertragende Stelle zwischen Trennscheibe (1) und den Spannkantenringen (10) und (13) ohne Änderungen des konstruktiven Umfeldes so weiterzubilden, daß der Reibwert nochmals deutlich gesteigert wird, so daß Rutscherscheinungen nicht mehr auftreten können. Zu diesem Zweck wird an der Übertragungsstelle der Radialkraft eine Zwischenlage aus einer harten, feinkörnigen Substanz eingebracht, die den Reibwert steigert. Diese reibwertsteigernde Zwischenlage wird sinnvollerweise sowohl zwischen Trennscheibe (1) und oberen Spannkantenring (13) als auch zwischen der Trennscheibe (1) und dem unteren Spannkantenring (10) eingebracht. Diese reibwertsteigernde Zwischenlage kann sowohl als separates Bauteil eingefügt werden oder aber auch durch Beschichtung auf den Spannkantenringen (10) und (13) aufgebracht werden.

Fig. 3 zeigt diese Maßnahme im Zusammenspiel mit dem konstruktiven Umfeld: Dabei müssen die reibwertsteigernden Zwischenlagen (25) in ihrer Dicke sehr gleichmäßig sein, da andernfalls die Trennscheibe (1) durch Dickenstreuungen der Zwischenlagen (25) eine ungleichmäßige axial Auslenkung und damit einen Axialschlag in Umfangsrichtung erfahren würde.

Die reibwertsteigernde Zwischenlage (25) als separates Bauteil besteht aus einer Trägerschicht und darauf aufgebrachten hartem Korn. Die Beschichtung der Trägerschicht kann auf einer oder auf beiden Flächen erfolgen. Erfolgt diese Beschichtung nur einseitig, so muß sichergestellt werden, daß unter Einwirkung der von der Schraube (14) aufgebrachten Klemmkraft und der damit verbundenen Flächenpressung sich das Korn so in die Trägerschicht eindrückt, daß es beidseitig aus dieser herausschaut und in die Kontaktflächen sowohl des jeweiligen Spannkantenrings (13) bzw. (10) als auch der Trennscheibe (1) eingedrückt wird, um so die geforderte Reibzahlsteigerung hervorzurufen. Die Beschichtung kann auch direkt auf den beiden Spannkantenring (10) und (13) aufgebracht werden.

Claims (1)

1. Spannkopf für Innenlochtrennscheiben, wobei die Trennscheibe durch Reibschluß zwischen zwei ebenen Klemmflächen eingeklemmt und durch mechanische oder hydraulische Hilfsmittel gespannt ist und an den Kontaktflächen zwischen Trennscheibe und Spannkantenringen eine reibwertsteigernde Zwischenlage eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenlage (25) im wesentlichen aus einer harten, feinkörnigen Substanz besteht, wobei die Zwischenlage (25) entweder aus einem separaten Bauteil aus einer Trägerschicht mit darauf aufgebrachten, feinen, harten Korn besteht oder die harte, feinkörnige Substanz direkt auf den Kontaktflächen der Spannkantenringe (10, 13) aufgebracht ist.