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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend des
Oberbegriffs von Anspruch 1 und ein Verfahren entsprechend des Oberbegriffs
von Anspruch 5 für
das Schneiden von Stangen, z.B. von Einkristallstangen aus SiC etc,
die in elektronischen Konstruktionsteilen verwendet werden.
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Stand der
Technik
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Elektronische
Konstruktionsteile bedeuten im Wesentlichen Konstruktionsteile im
festen Zustand auf der Grundlage von Halbleitern mit Breit-Abständen mit
physikalischen Eigenschaften, die besser als die von Silizium sind,
z.B. SiC und Diamant, die härtere
Spezifikationen als die von Silizium haben. Die Bandabstände von
SiC und Diamant, die in elektronischen Konstruktionsteilen verwendet
werden, liegen in dem Bereich von 2,5 bis 6 eV, verglichen mit 1,1
eV von Silizium.
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Die
Geschichte der Halbleiter begann mit Germanium, dem von Silizium
mit einem größeren Bandabstand
gefolgt wurde. Ein großer
Bandabstand bringt eine größere Haftverbindungskraft
zwischen den Atomen, die eine Substanz bilden, mit sich. Demzufolge
sind die physikalischen Eigenschaften, die für die elektronischen Konstruktionsteile
erforderlich sind, z.B. die Materialhärte, die Isolierungs-Durchschlagsspannungen,
die Trägersättigungs-Abtriebsgeschwindigkeiten
und thermischen Leitfähigkeiten viel
besser als die von Silizium. Z.B. ist der Johnson-Index für eine Hochgeschwindigkeits-Vorrichtung
mit großer
Ausgangsleistung einer der Leistungs-Indizes, die in elektronischen
Konstruktionsteilen verwendet werden. Wie in der 1 gezeigt
ist, wenn für
den Index angenommen wird, dass er für Silizium 1 ist, sind die
der Halbleiter, die in elektronischen Konstruktionsteilen verwendet
werden, einhundert bis eintausend mal größer. Demzufolge werden die
Halbleiter auf der Grundlage von elektronischen Konstruktionsteilen
als sehr hoffnungsvoll betrachte, um als Ersatz für herkömmliche
Silizium- Halbleiter auf verschiedenen Gebieten zu dienen, z.B.
als Hoch-Energie Elektronikteile, die typischerweise für Leistungsvorrichtungen
verwendet werden, elektronische Konstruktionsteile für Informationstechnologien
auf der Grundlage von hauptsächlich
Millimeterwellen- und
Mikrowellen-Nachrichtentechnik und elektronische Konstruktionsteile
für extreme
Umgebungen, die Nuklearkraft, geothermische Wärme und Raumtechnologien einschließen.
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Von
den verschiedenen Materialien für
elektronische Konstruktionsteile haben Leistungsvorrichtungen, die
SiC verwenden, die am weitesten entwickelte Stufe der Forschung.
Jedoch selbst obwohl solche SiC-Vorrichtungen am führenden
Rand von Forschung und Entwicklung sind gibt es, weil dieses Material
eine starke chemische Haftverbindungskraft hat und sehr hart ist,
Probleme in der Herstellung der Vorrichtungen, die aus SiC-Material
hergestellt sind, und herkömmliche
Technologien, die für
die Verarbeitung von Silizium verwendet werden, können nicht
direkt angewandt werden.
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D.h.,
um eine Vorrichtung aus einer Stange des Einkristall aus SiC herzustellen
muss die Stange in flache Wafer, in derselben Weise wie es herkömmlich getan
wird, geschnitten werden. Entsprechend der herkömmlichen Technologie für Verarbeitung
von Silizium wird die Stange geschnitten unter Verwendung von entweder
(1) eines Außenkantenschneiders,
(2) eines Innenkantenschneiders, (3) einer Drahtsäge oder
einer streifenförmigen
Säge oder Schleifsteines.
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Der
typische Außenkantenschneider
ist in der 2 gezeigt. Ein dünner scheibenförmiger Schneider
mit einer Schneidkante 2 wird bei hoher Drehzahl um seine
Mittelwelle 2a gedreht und seine Außenkante schneidet die Stange 1.
Dieser Schneider-Typ
wird herkömmlich
verwendet, um ein Einkristall aus SiC zu schneiden. Jedoch bei diesem
Typ der Schneideeinrichtung bedeutet es, wenn der Durchmesser der
Stange 3 Zoll (ungefähr
75 mm) beträgt, beträgt die Dicke
der Schneidkante ungefähr
0,8 mm und der Durchmesser der Scheibe 8 Zoll (ungefähr 200 mm).
Demzufolge ist die Dicke des Materialverlustes beim Schneiden (entsprechend
der Kantendicke + Auslauf) größer als
die Dicke des Erzeugnisses (ungefähr 0,3 mm). D.h., das Problem
betrifft den Verlust einer großen
Menge von teueren Einkristall aus SiC. Zusätzlich ist der Durchmesser
des Einkristall aus SiC auf 4 Zoll oder mehr (ungefähr 100 mm oder
mehr) erhöht
worden, da es die Forderung für große Vorrichtungen
gibt und sich die Herstellungstechnologie weiter entwickelt hat.
In diesem Fall beträgt
der Durchmesser der Schneidscheibe ungefähr 10 Zoll (ungefähr 250 mm)
und die Größe des Schnitts
beträgt
ungefähr
1,0 mm, so dass der Verlust noch größer wird.
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Zusätzlich ist,
wenn der Durchmesser der Schneidscheibe groß ist, ein weiteres Problem
das, dass Sägemarkierungen
auf der Schnittoberfläche erzeugt
werden.
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Der
Innenkantenschneider ist in der 3 schematisch
gezeigt. Eine dünne
Schneidscheibe 3 mit einer Bohrung 3a in der Mitte
wird mit hoher Geschwindigkeit gedreht und die Stange 1 wird
durch Schleifmaterial, das elektrolytisch auf dem Innenumfang abgelagert
wird, geschnitten. Die Schneidscheibe 3 ist eine Metallplatte
mit einer Dicke so klein wie 0,2 bis 0,3 mm und der Außenumfang
wird durch ein weiteres Ringteil (nicht dargestellt) gelagert, um
die Platte flach zu halten.
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Bei
diesem Typ der Schneideinrichtung können die Schnittverluste in
dem Fall einer leicht zu schneidenden Siliziumstange reduziert werden,
weil die Schneidkante dünner
als die Schneidkante 2 in der 2 ist. Wenn
jedoch ein hartes Kristall aus SiC geschnitten wird, ist die Lebensdauer
der Schneidkante kurz, weil es nur eine Schicht der elektrolytisch abgelagerten
Schleifpartikel gibt. So ergibt sich das Problem von kurzen Austauschintervallen.
Auch ist der Montageaufbau der Schneidkante 3 kompliziert und
die Installation erfordert ein fachkundiges Personal, so dass die
Austauscharbeit zeitaufwändig
wird. Zusätzlich
gibt es ein weiteres Problem, weil die betriebliche Leistungsfähigkeit
der Schneidvorrichtung niedrig ist.
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Bei
der Drahtsäge
wird, wie in der 4 dargestellt, ein feiner Draht 4,
0,2 bis 0,3 mm im Durchmesser, der zwischen den Führungsriemenscheiben quer
in einer endlosen Weise gezogen wird, gespannt. Die Stange wird
durch ein Schleifmittel, das Schleifkörner enthält, das zwischen die Stange 1 und den
Draht 4 zugeführt
wird, geschnitten. Weil dieser Typ des Schleifverfahrens mit der
Hilfe eines Schleifmittels langsam schneidet, wird normalerweise
eine Anzahl von Wafern (4 bis 8 Wafer) durch eine Länge des
Drahtes 4, wie in der 4 gezeigt,
gleichzeitig geschnitten.
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Obwohl
diese Schneideinrichtung nur eine kleine Menge von Schnittverlusten
erzeugt, wenn ein hartes Einkristall aus SiC geschnitten wird, wird
der Draht schnell verbraucht und bricht häufig. Insbesondere wird der
Draht oft an dem Außenumfang
der Stange 1 wegen der beträchtlichen Schwingungen eingekerbt.
Wenn einmal der Draht bricht, ist das Einkristall aus SiC insgesamt
verloren, so dass der große
Verlust einer Stange das Problem ist. Auch ist ein Einkristall aus
SiC hart und schwierig zu schneiden, so dass eine große Menge
von Schleifmittel erforderlich ist, was zu einer Erhöhung der
Kosten führt.
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Wie
oben beschrieben, müssen,
wenn ein Einkristall aus SiC geschnitten wird, die folgenden Anforderungen
erfüllt
werden.
- (1) Das harte, widerstandsfähige Einkristall
aus SiC muss effektiv geschnitten werden.
- (2) Die Schneideinrichtung muss auf ein Kristall mit einem Durchmesser
größer als
4 Zoll (1 dm) anwendbar sein.
- (3) Die Breite des Schnittes sollte so klein sein, dass nur
eine kleine Menge von teurem Einkristall aus SiC während des
Schneidens verloren geht.
- (4) Das Verwerfen der Schnittebene (d.h., des gesamten Wafers)
muss klein sein.
Diese Erfordernis hinsichtlich des Verwerfens
ist insbesondere wichtig, weil das Beeinträchtigen nicht während des
anschließenden
Läppens
etc. korrigiert wer den kann, und die maximale Größe des Beeinträchtigens
sollte 30 μm
oder weniger betragen.
- (5) Keine Sägemarkierungen.
- (6) Die Bearbeitungsbeschädigung
an dem Kristall sollte gering sein.
- (7) Die laufenden Kosten müssen
gering sein.
- (8) Die erforderlich menschliche Arbeitskraft sollte gering
sein.
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Diese
Probleme sind teilweise durch eine Stangenschneidvorrichtung und
ein Verfahren gelöst, die
durch das Dokument
US 4920946 gezeigt
werden. Die durch diese Dokument gezeigte Stangenschneidvorrichtung
weist einen streifenförmigen Schleifstein
auf.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung zielt bei der Lösung des Problems auf eine
weitere Verbesserung der Vorrichtung und des Verfahrens für das Schneiden
von Stangen, wie in dem Dokument
US
4920946 gezeigt. Mit anderen Worten, ein Ziel der vorliegenden
Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Schneiden
von Stangen derart zu schaffen, dass eine große, harte und widerstandsfähige Stange
effektiver mit einer kleineren Größe von Schneideverlusten, einem
kleineren Grad des Verwerfens und der Dickenunregelmäßigkeiten
der fertig bearbeiteten Oberfläche,
einer kleineren Rauhigkeit der Schnittoberfläche, einer minimalen Beschädigung in dem
Kristall während
des Bearbeitens, niedrigeren Betriebskosten und kleineren Erfordernissen
an menschlicher Arbeitskraft geschnitten werden kann. Dieses Problem
wird durch eine Vorrichtung entsprechend des unabhängigen Anspruchs
1 und dem Verfahren entsprechend Anspruch 5 gelöst. Die unabhängigen Ansprüche zeigen
außerdem
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
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Die
Stangenschneidvorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung gerichtet
ist, ist mit versehen einem streifenförmigen Schleifstein (12),
einer Zugvorrichtung (14), die einen Zug auf den vorerwähnten streifenförmigen Schleifstein
(12), um den Schleifstein flach zu halten, auferlegt, einer
hin- und hergehenden Vorrichtung (16), um den streifenförmigen Schleifstein
(12) nach hinten oder nach vorn in der Längsrichtung
desselben zu bewegen, und einer Schneidvorrichtung (18),
die den streifenförmigen Schleifstein
in die Richtung des Durchmessers des zylindrischen Stange (1)
bewegt.
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Zusätzlich ist
die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren des Schneidens von Stangen
gerichtet. In dem Verfahren wird ein Zug auf einen dünnen streifenförmigen Schleifstein
(12) auferlegt, um den streifenförmigen Schleifstein flach beizubehalten, wird
der streifenförmigen
Schleifstein nach hinten oder nach vorn in der Längsrich tung bewegt, wobei der
streifenförmigen
Schleifstein in der radialen Richtung der zylindrischen Stange (1)
bewegt wird und die Stange geschnitten wird.
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Entsprechend
der vorerwähnten
Vorrichtung und des Verfahrens, die durch das Dokument
US 4920946 gezeigt werden, weil der
streifenförmige Schleifstein
(
12) nach hinten oder nach vorn in der Längsrichtung
während
des Schneidens einer zylindrischen Stange (
1) bewegt wird,
kann die Stange selbst dann effektiv geschnitten werden, wenn die Stange
im Durchmesser groß und
kaum zu schneiden ist. Verglichen mit anderen herkömmlichen
Einrichtungen, die eine Außen-
oder Innen-Schneidkantenscheibenschneider
verwenden, ist das Schneidwerkzeug (der streifenförmige Schleifstein)
kleiner und billiger, so dass die laufenden Kosten reduziert werden
können.
Da zusätzlich
der streifenförmige Schleifstein
unter Zug steht und flach beibehalten wird, kann ein dünner streifenförmiger Schleifstein mit
einer Dicke von z.B. 0,2 bis 0,3 mm verwendet werden, so dass das
Auslaufen des Schleifsteines reduziert werden kann. Demzufolge können die Schneideverluste
vermindert werden und das Verwerfen oder eine unebene Dicke der
fertig bearbeiteten Oberfläche
kann ebenso vermindert werden. Weil überdies der streifenförmige Schleifstein
resistenter gegenüber
einem Bruch als Draht ist, kann der Verlust einer teuren Stange
(z.B. eines Einkristall aus SiC) beträchtlich reduziert werden.
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Die
Zugvorrichtung (14) ist aus einem Paar von feststehenden
Bauteilen (14a), die mit beiden Enden des streifenförmigen Schleifsteins
(12) verbunden sind, und einem Bauteil für das Ziehen
(14a), das die vorerwähnten
feststehenden Bauteile in der Längsrichtung
des streifenförmigen
Schleifsteins zieht, zusammengesetzt. Die hin- und hergehende Vorrichtung
(16) ist aus einem Doppelwirkungsbett, die die vorerwähnte Zugvorrichtung
(14) nach hinten oder nach vorn in der horizontalen oder
in der vertikalen Richtung antreibt, zusammengesetzt. Die Schneidvorrichtung
(18) ist zusammengesetzt aus einer Bewegungsvorrichtung,
die die Stange (1) hält und
in einer Richtung parallel zu der Ebene des streifenförmigen Schleifsteins
antreibt.
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Diese
Konfiguration vereinfacht den Aufbau der Vorrichtung, reduziert
die Maschinenfehler, erhöht
die Arbeitseffektivität,
reduziert die laufenden Kosten, kann leicht automatisiert werden
und spart menschliche Arbeitskraft.
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Überdies
sollte die vorerwähnte
Zugvorrichtung (14) vorzugsweise eine Anzahl von parallel
zueinander montierten streifenförmigen
Schleifsteinen (12) lagern. Eine derartige Konfiguration,
wie oben beschrieben, ist für
Mehrfachschneiden (die Stange wird gleichzeitig an einer Anzahl
von Orten geschnitten) unter Verwendung einer Mehrzahl von streifenförmigen Schleifsteinen
vorgesehen, so das die Konfiguration auch die Schneidegeschwindigkeit
erhöhen
kann.
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Auch
ist der streifenförmige
Schleifstein (12) ein metall-haftverbundener Schleifstein
und ist versehen mit zumindest einem Elektrodenpaar (23),
angeordnet auf beiden Seiten der Stange in der radialen Richtung,
getrennt von beiden Oberflächen
des metall-haftverbundener Schleifsteines, einer Einrichtung (22)
für das
Anlegen einer Spannung, um Gleichspannungsimpulse auf die vorerwähnten Elektroden mit
dem metall-haftverbundenen Schleifstein als die positive Elektrode
zuzuführen,
und einer Einrichtung (24), um ein Bearbeitungs-Fluid zuzuführen, um
ein leitendes Bearbeitungs-Fluid (25) zwischen den metall-haftverbundenen
Schleifstein und die vorerwähnten
Elektroden zuzuführen.
Ein Minimum von einem Elektrodenpaar (23) ist benachbart
zu beiden Oberflächen
des metall-haftverbundenen Schleifsteines auf beiden Seiten der
Stange in der radialen Richtung angeordnet. Die Gleichspannungsimpulse
werden auf die Elektroden mit dem metall-haftverbundenen Schleifstein
als die positive Elektrode angelegt und zur selben Zeit wird das
leitende Bearbeitungs-Fluid (25) zwischen den metall-haftverbundenen
Schleifstein und die Elektroden zugeführt, wobei die zylindrischen
Stange (1) durch den metall-haftverbundenen Schleifstein
geschnitten wird und gleichzeitig werden beide Oberflächen elektrolytisch
auf beiden Seiten desselben abgerichtet.
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Unter
Verwendung der Vorrichtung und der Verfahren kann ein so genanntes
elektrolytisches In-Verfahren-Abrichtschleifen (ELID-Schleifen)
ausgeführt
werden, wobei eine Stange geschnitten werden kann, während beide
Oberflächen
des metallhaftverbundenen Schleifsteines elektrolytisch abgerichtet
werden. Als ein Ergebnis des elektrolytischen Abrichtens werden
die Schleifkörner
gewetzt, so dass selbst eine harte Einkristall SiC-Stange effektiv geschnitten
werden. Zusätzlich
kann, da die Oberfläche
des metall-haftverbundenen Schleifsteines mit einem hohen Genauigkeitsgrad
durch das vorerwähnte
elektrolytische Abrichten gewetzt werden können, können mikroskopische Schleifkörner verwendet
werden und die Schnittoberfläche
kann fertig bearbeitet werden, um eine flache, ausgezeichnete Oberfläche mit
einem nahezu Spiegeloberflächenschliff
fertig zu bearbeiten. Überdies
kann die Größe des anschließenden Bearbeitens
(das Polieren) beträchtlich
reduziert werden und auch die Beschädigung an dem Kristall durch
das Bearbeiten kann minimiert werden.
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Der
vorerwähnte
streifenförmige
Schleifstein (12) ist aus einem Metallstreifen (13)
und einem metall-haftverbundenen Schleifstein (12a), gebildet
an der Kante desselben durch elektrisches Gießen, zusammengesetzt. Mit dieser
Konfiguration kann ein metall-haftverbundener Schleifstein (12a),
der dem Zug, der notwendig ist, um den Schleifstein flach zu halten,
widerstehen und leicht hergestellt werden.
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Weiter
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
Beschreibung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen offenbart.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 vergleicht
die Leistung von harten elektronischen Substanzen mit herkömmlichen
Si.
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2 ist
eine Begriffsdarstellung eines herkömmlichen Außenkantenschneiders.
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3 zeigt
einen herkömmlichen
Innenkantenschneider.
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4 zeigt
eine herkömmliche
Drahtsäge.
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5 ist
ein schematische Ansicht eines Stangenschneidvorrichtung entsprechend
der vorliegenden Erfindung.
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Die 6A und 6B zeigen
Hauptkomponenten der in der 5 gezeigten
Vorrichtung.
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Die 7A bis 7C stellen
den Betrieb der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung
dar.
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8 zeigt
ein weiteres Beispiel der Stangenschneidvorrichtung entsprechend
der vorliegenden Erfindung.
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Kurze Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
In jeder Zeichnung werden gemeinsame Abschnitte mit denselben Bezugszahlen
bezeichnet und es wird keine doppelte Beschreibung vorgenommen.
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5 zeigt
eine typische Konfiguration der Stangenschneidvorrichtung entsprechend
der vorliegenden Erfindung. In der 5 ist angeordnet
die Stangenschneidvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung
mit einem dünnen
streifenförmigen Schleifstein 12,
einer Zugvorrichtung 14, die einen Zug auf den streifenförmigen Schleifstein 12 anwendet
und den streifenförmigen
Schleifstein flach beibehält,
eine hin- und hergehende Vorrichtung 16, die den streifenförmigen Schleifstein 12 nach
hinten oder nach vorn in der Längsrichtung
bewegt, und eine Schneidvorrichtung 18, die den streifenförmigen Schleifstein 12 in
der radialen Richtung der zylindrischen Stange 1 bewegt.
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Die
zylindrische Stange 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel
ein eine Einkristall-SiC-Stange
mit einem Außendurchmesser
von ungefähr
4 Zoll, die aber auf unterschiedliche Stangen, die Siliziumstangen
einschließen,
anwendbar.
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Der
streifenförmige
Schleifstein 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Streifen
aus Metall 13 und einem metall-haftverbundenen Schleifstein 12a,
der an der Kante desselben gebildet ist, zusammengesetzt. Der Metallstreifen 13 ist
z.B. ein Metallstreifen, der so dünn wie 0,2 bis 0,3 mm ist. Auch
wird der metall-haftverbundene Schleifstein 12a durch elektrisches
Gießen,
das Schleifkörner
auf einem Teil des Metallstreifens 13 gießt, hergestellt und
die Gesamtdicke ist ähnlich
oder leicht größer als die
des Metallstreifens 13. Der metall-haftverbundene Schleifstein 12a ist
aus Schleifkörner
(z.B. Schleifkörner
aus Diamant) und einem metall-haftverbundenen Material zusammengesetzt
und wird durch elektrisches Gießen
gebildet. Die Größe der Schleifkörner sollte
so klein wie möglich
für den
Zweck des Herstellens einer ausgezeichneten flachen Oberfläche mit
einem nahezu Spiegeloberflächenschliff
sein. Z.B. wird es bevorzugt, dass der bevorzugte Korndurchmesser
2 μm (entsprechend
der Körnung #3,000,000)
für praktische
Anwendungen beträgt. Zum
Erhöhen
der Schneideffektivität
kann auch eine gröbere
Körnung,
z.B. #325 bis 4 μm
(entsprechend #4000) verwendet werden. Bei der Verwendung von gröberen Schleifkörnern kann
ein effizienteres Schneiden erreicht werden, und bei Verwendung
von feinen Schleifkörnern
kann nahezu ein Spiegeloberflächenschliff
erreicht werden.
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Die
vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht auf die oben vorgestellte
Erfindung begrenzt werden, sondern der streifenförmige Schleifstein 12 kann auch
ein gewöhnlicher
Schleifstein an Stelle des metall-haftverbundenen Schleifsteins
sein.
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Die
Zugvorrichtung 14 ist aus einem Paar von feststehenden
Bauteilen 14a zusammengesetzt, die beide Enden des streifenförmigen Schleifsteins 12 einklemmen
und fixieren, und einem Zugbauteil 14b, das den streifenförmigen Schleifstein 12 in
der Längsrichtung
(in diesem Beispiel in der horizontalen Richtung) nach außen zieht.
Die Befestigungsteile 14a sind in diesem Ausführungsbeispiel
aus flachen Plattenbauteilen 15a gebildet, die beide Enden
des streifenförmigen
Schleifsteins 12 von beiden Seiten halten und fixieren.
In den Befestigungsteilen 14a sind Durchgangsbohrungen
vorgesehen und beide Enden des streifenförmigen Schleifsteins 12 können in
den flachen Plattenbauteilen 15a durch Befestigungsmuttern
und Schrauben etc., die in den Durchgangsbohrungen eingesetzt sind,
sicher eingebracht und befestigt werden. Die Zugbauteile 14b in
diesem Ausführungsbauteil
sind horizontale Schrauben, die die vertikalen Bauteile 15b an
den flachen Plattenbauteilen 15a befestigen. Durch das
Befestigen dieser horizontalen Schrauben werden die flachen Plattenbauteile 15a in
der Längsrichtung
(in der horizontalen Richtung nach außen) nach außen gezogen, und
der Zug in dem streifenförmigen
Schleifstein 12 wird ein gestellt, wodurch der streifenförmige Schleifstein 12 in
einem flachen Zustand gehalten werden kann.
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Die
hin- und hergehende Vorrichtung 16 ist ein Doppelwirkungsbett,
das die Zugvorrichtung 14 in diesem Beispiel horizontal
nach hinten oder nach vorn bewegt. Das Paar der vertikalen Bauteile 15b ist an
der Spitze des Doppelwirkungsbettes befestigt. Das Doppelwirkungsbett
wird durch eine lineare Führung,
nicht dargestellt geführt
und horizontal durch eine hin- und hergehende Vorrichtung angetrieben.
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Die
Schneidvorrichtung 18 ist in diesem Ausführungsbeispiel
eine Bewegungsvorrichtung, die die Stange 1 lagert und
sie in die Richtung parallel zu dem streifenförmigen Schleifstein 12 bewegt.
Die Bewegungsvorrichtung 18 ist mit einer Werkstückbasis 19a,
die die Stange 1 trägt,
und einer vertikalen Antriebsvorrichtung (nicht dargestellt), die
die Werkstückbasis 19a in
der Richtung nach oben anhebt, konfiguriert. In diesem Beispiel
ist ein Kohlenstoffblock mit dem Boden der zylindrischen Stange 1 haftverbunden
und der Kohlenstoffblock ist an der oberen Oberfläche der
Werkstückbasis 19a befestigt.
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Die
Schneidvorrichtung 18 kann auch konfiguriert werden, um
den streifenförmigen
Schleifstein 12 in die Richtung parallel zu der Oberfläche desselben,
an Stelle des Bewegens der zylindrischen Stange 1, zu bewegen.
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Die 6A und 6B zeigen
die Anordnung der in der 5 gezeigten Hauptteile. 6A ist
eine Vorderansicht und 6B ist eine Schnittdarstellung
entlang der Linie B-B. Wie in der 6A gezeigt,
ist die Stangenschneidvorrichtung 10 entsprechend der vorliegenden
Erfindung außerdem
mit zumindest einem Elektrodenpaar 23, einer Einrichtung 22 zum
Anlegen einer Spannung und einer Einrichtung 24 zum Zuführen eines
Bearbeitungs-Fluids versehen.
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Ein
Minimum von einem Elektrodenpaar 23, angeordnet eine auf
jeder Seite der zylindrischen Stange 1, ist mit einem Spalt
zwischen der Elektrode und jeder Seite des metall-haftverbundenen
Schleifsteins 12a versehen. D.h., in diesem Beispiel wird
ein Elektrodenpaar 23 mit U-förmigen Querschnitten durch
Hebevorrichtungen 26 (z.B. impulsbetriebene Zylinder),
die mit der oberen Oberfläche
der Werkstückbasis 19a verbunden
sind, gelagert. Zusätzlich ist
ein Unterseitensensor 27 zum Erfassen der Position des
Bodens des streifenförmigen
Schleifsteins 12 an der Werkstückbasis 19a befestigt.
In dieser Konfiguration wir die Position des Bodens des Schleifsteines
durch den Unterseitensensor 27 erfasst und anschließend wird
das Elektrodenpaar 23 durch die Hebevorrichtungen 26 abgesenkt,
so dass die Elektroden 23 auf diametral gegenüberliegenden Seiten
der zylindrischen Stange 1 nahe an den vorbestimmten Spalten
von jeder Seite und dem Boden des metall-haftverbundenen Schleifsteins 12a beibehalten
werden.
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Die
Einrichtung 22 zum Anlegen einer Spannung ist aus einer
Energiezuführung 22a,
einem Verbinder 22b und einem Stromkabel 22c zusammengesetzt.
Die Gleichspannungsimpulse werden, zugeführt durch den Verbinder, zwischen
den metallhaftverbundenen Schleifstein 12a und die Elektroden aufgebracht,
mit dem Schleifstein als positive Elektrode auferlegt. Die Energiezuführung 22a sollte
vorzugsweise eine ELID-Stromzuführung
mit Gleichstrom sein, die Gleichspannungsimpulse zuführen kann.
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Die
Einrichtung 24 zum Zuführen
eines Bearbeitungs-Fluids ist versehen mit Düsen 24a, die in die Richtung
zu den Spalten zwischen den metall-haftverbundenen Schleifstein 12a und
den Elektroden 23 und zu der Stelle, wo der metall-haftverbundene Schleifstein 12a die
zylindrische Stange 1 berührt, gerichtet sind, und mit
Bearbeitungs-Fluidleitungen 24b zum Zuführen eines leitenden Bearbeitungs-Fluids 25 zu
den Düsen 24a,
und die das leitende Bearbeitungs-Fluid 25 zu dem Spalt
zwischen dem Schleifstein 11 und der Stelle, wo er die
zylindrische Stange 1 berührt, zuführen.
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Die 7A bis 7C stellen
den Betrieb der Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung
dar. 7A zeigt den Zustand, in dem die hin- und hergehende
Vorrichtung 16 den metall-haftverbundenen Schleifstein 12a in
die Richtung zu der rechten Seite der Figur bewegt hat. 7B zeigt
einen Zwischenort. 7C repräsentiert den Zustand, in dem
er sich nach links bewegt hat. D.h., dem metall-haftverbundenen
Schleifstein 12a wird eine hin- und hergehende Bewegung
in der horizontalen Richtung in Bezug auf die zylindrische Stange 1 durch
die hin- und hergehende Vorrichtung 16 verliehen und diese
wiederholt fortwährend
die Bewegungen, wie in den 7A→7B→7C→7B→7A gezeigt
ist.
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Entsprechend
der Verfahren der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der
Stangenschneidvorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ein
dünnerstreifenförmiger Schleifstein 12 unter
Zug gehalten und in einem flachen Zustand beibehalten und ihm wird,
wie in den 7A bis 7C gezeigt, eine
hin- und hergehende Bewegung in der Längsrichtung verliehen, während der
streifenförmige Schleifstein 12 rechtwinklig
zu der zylindrischen Stange 1 bewegt und die Stange kontinuierlich
geschnitten wird.
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Noch
bevorzugter wird ein metall-haftverbundener Schleifstein als der
streifenförmige
Schleifstein 12 verwendet, und wie in den 7A bis 7C gezeigt,
ist zumindest ein Elektrodenpaar 23 vorgesehen, eine auf
jeder Seite der zylindrischen Stange 1, mit Spalten zwischen
ihnen und beiden Oberflächen
des metall-haftverbundenen Schleifsteins 12a, und die den
metall-haftverbundenen Schleifstein 12a als die positiven
Elektroden verwenden, wobei Gleichspannungsimpulse zwischen die positiven
Elektrode und die Elektroden 23 angelegt wird und gleichzeitig
ein leitendes Bearbeitungs-Fluid zwischen den metall-haftverbundenen
Schleifstein 12a und die Elektroden 23 zugeführt wird.
Folglich schneidet der metall-haftverbundene Schleifstein 12a die
zylindrische Stange 1 und gleichzeitig werden die Oberflächen des
metall-haftverbundenen Schleifsteins 12a auf beiden Seiten
elektrisch abgerichtet.
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8 zeigt
eine weitere Konfiguration der Stangenschneidvorrichtung entsprechend
der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel hält die Zugvorrichtung 14 eine
Mehrzahl von streifenförmigen
Schleifsteinen 12 (in diesem Beispiel drei Schleifsteine)
parallel zueinander, und die Mehrzahl der streifenförmigen Schleifsteine
schneidet eine zylindrische Stange an mehreren Positionen, wodurch
die Schneidegeschwindigkeit weiter erhöht wird. Die weiteren Details
dieser Konfiguration sind dieselben wie die in den 5 bis 7 gezeigten.
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Entsprechend
der vorerwähnten
Vorrichtung und Verfahren der vorliegenden Erfindung können, weil
sich der streifenförmige
Schleifstein 12 mit einer hin- und hergehenden Bewegung
in der Längsrichtung
bewegt und die zylindrische Stange 1 schneidet, große Durchmesser,
harte und widerstandsfähige Stangen
(z.B. ein Einkristall-SiC-Stangen) effizient geschnitten werden.
Im Vergleich mit einer herkömmlichen
Einrichtung, die einen Außenkanten-
oder einen Innenkantenschneider verwendet, ist der Kantenschneide-(streifenförmige)Schleifstein
durch die vorliegende Erfindung kleiner und billiger, so dass die laufenden
Kosten reduziert werden können.
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Da
zusätzlich
der streifenförmige
Schleifstein 12 unter einem Zug gehalten und flach beibehalten
wird, kann ein streifenförmiger
Schleifstein 12 so dünn
wie z.B. 0,2 bis 0,3 mm verwendet werden. Weil das Auslaufen des
Schleifsteines klein gemacht werden kann, gibt es geringeren Schleifabfall
als in den herkömmlichen
Verfahren und das Verwerfen und eine unebene Dicke der fertig bearbeiteten
Oberfläche
kann ebenso reduziert werden. Zusätzlich tendiert der streifenförmige Schleifstein 12 weniger
dazu zu zerbrechen als die Drahtsäge, so dass die kostenintensiven
Verluste von Stangen (z.B. Einkristall-SiC) beträchtlich vermindert werden können.
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Überdies
kann das erste Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung und der Verfahren entsprechend der vorliegenden
Erfindung das so genannte elektrolytische In-Verfahren-Abrichtschleifverfahren (ELID-Schleifen)
ausführen,
wobei beide Oberflächen des
metall-haftverbundenen Schleifsteins 12a elektrolytisch
abgerichtet werden können,
während die
Stange 1 geschnitten wird. Demzufolge kann, da die Schleifkörner durch
das elektrolytische Abrichten geschärft werden, selbst eine harte
Einkristallstange aus SiC effektiv geschnitten werden.
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Auch
können,
weil die Oberfläche
des metall-haftverbundenen Schleifsteins sehr genau mittels dieses
elektrolytischen Abrichtens geschärft werden kann, feine Schleifkörner verwendet
werden, so dass die Schnittoberfläche fertig bearbeitet werden
kann, um so flach wie eine Spiegeloberfläche zu sein. Überdies
wird die Notwendigkeit für
das anschließende
Bearbeiten (Polieren) signifikant reduziert werden und auch die
Beschädigung
an dem Kristall während des
Bearbeitens kann auf ein Minimum reduziert werden.
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Wie
oben beschrieben, sehen die Stangenschneidvorrichtung und das Schneidverfahren
entsprechend der vorliegenden Erfindung verschiedene Vorteile vor,
z.B. das eine harte, widerstandsfähige Stange mit großem Durchmesser
mit einer kleinen Menge von Schneideabfall, reduziertem Verwerfen und
unebener Dicke der fertig bearbeiteten Oberfläche, minimaler Beschädigung an
dem Kristall während
des Bearbeitens, reduzierten laufenden Kosten und reduzierten Anforderungen
an die menschliche Arbeitskraft effektiv geschnitten werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Bezug auf mehrer Ausführungsbeispiele
erläutert
worden ist, sollte der Umfang der Rechte, die durch die vorliegende
Erfindung abgedeckt werden, nicht als auf diese Ausführungsbeispiele
begrenzt angesehen werden. Umgekehrt sollte der Umfang der Rechte
in der vorliegenden Erfindung alle Modifikationen, Korrekturen und
entsprechenden Dinge, die in dem Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten
sind, enthalten.