-
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Drahtsäge zum Einsatz bei der
Bearbeitung von elektronischen Materialien, wie beispielsweise beim Schneiden eines
Siliziumrohlings mit großem Durchmesser in Wafer und beim Bearbeiten von optischen
Materialien, wie beispielsweise dem Glaslinsenschneiden, sowie ein Verfahren zum
Herstellen einer derartigen Drahtsäge.
-
Bisher sind Innensägen oder Innendurchmesserschneiden aus Diamant eingesetzt
worden, um einen Siliziumrohling in Wafer zu schneiden, in jüngster Zeit jedoch werden, da
Siliziumrohlinge immer größere Durchmesser haben, vorwiegend lose Schleifmittel und
Drahtsägen aufgrund der Ausbeute, der Produktivität, der betroffenen Schichten, der
Maßeinschränkungen und ähnlicher Faktoren für derartige Arbeiten eingesetzt.
-
Da jedoch die Bearbeitung mit losen Schleifmitteln nicht nur ein Problem bezüglich des
Umweltschutzes darstellt, sondern ein Reinigungsvorgang, der dafür erforderlich ist, zu
einer längeren Bearbeitungslinie bzw. Bearbeitungszeit zusätzlich zu der
unzureichenden Bearbeitungseffektivität und -genauigkeit führt, besteht in der Industrie mittlerweile
ein starker Bedarf nach dem Einsatz von Drahtsägen, die Drähte mit fixierten
Superschleifmitteln umfassen, für derartige Bearbeitungsvorgänge.
-
Eine Drahtsäge des obenerwähnten Typis ist beispielsweise in der japanischen
vorläufigen Offenlegungsschrift Nr. Sho 50-102993 offenbart worden, und sie umfasst einen
Kerndraht mit daran angeklebten Superschleifmitteln, sowie eine Abrichtschicht, die auf
die Außenfläche des Kerndrahtes mit der Superschleifschicht aufgetragen ist, während
in der japanischen vorläufigen Offenlegungsveröffentlichung Nr. Hei 8-126953
ausführlich die kennzeichnenden Merkmale von Drahtsägen erläutert werden, wenn diese für
das Schneiden von Silizium-Wafern eingesetzt wird, wobei als Vorteil der Einsatz von
Polyethylen, Nylon oder dergleichen als Material für Kerndrähte für derartige Drahtsägen
vorgeschlagen wird.
-
In der japanischen vorläufigen Offenlegungsveröffentlichung Nr. Hei 9-155631 wird der
Einsatz eines Galvanisierungsvorgangs oder einer Kunstharz-Bindemittellösung zum
Fixieren von Diamant-Schleifmitteln auf einem Kerndraht vorgeschlagen.
-
Die erwähnten Lösungen weisen sicher jeweils Verbesserungen gegenüber dem
vorangehenden Stand der Technik auf. Um jedoch die industrielle Herstellung derartiger
Drahtsägen zu ermöglichen, damit sie praktisch eingesetzt werden können, ist es
erforderlich, eine Struktur einer Drahtsäge mit fixierten harten Schleifmitteln, die von
herkömmlichen Schleifmitteln, wie beispielsweise SiC und Al&sub2;O&sub3;, bis zu sogenannten
Superschleifmitteln, wie beispielsweise Diamant und CBN (cubic boron nitride - kubisches
Bornitrid), reichen, zusammen mit Vorteilen zu offenbaren und zu schaffen, die sich
durch diese Struktur ergeben, und des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen einer
derartigen Drahtsäge zu schaffen.
-
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die
obenstehenden Probleme des Standes der Technik zu lösen, indem eine Drahtsäge und ein
Verfahren zum Herstellen derselben geschaffen werden, wobei gemäß einem ersten
Aspekt ein hochfester Kerndraht, an dessen Außenumfangsfläche Schleifmittel fixiert
sind, sowie eine Harzbinderschicht bereitgestellt werden, wobei die Korngröße der
Schleifmittel nicht kleiner ist als zwei Drittel der Dicke der Harzbinderschicht, jedoch eine
Hälfte des Durchmessers des Kerndrahtes nicht übersteigt und der Harzbinder der
Harzbinderschicht ein Harz mit einem Elastizitätsmodul von 100 kg/mm² oder darüber
sowie einer Erweichungstemperatur von 200ºC oder darüber aufweist und das Harz
einen Füllstoff mit einer Korngröße von weniger als drei Drittel der Dicke der
Harzbinderschicht enthält.
-
Die erwähnte Schleifmittel-Korngröße muss größer sein als zwei Drittel der Dicke der
Harzbinderschicht oder zwei Drittel derselben entsprechen, da, wenn sie kleiner ist als
die Dicke, es für die Schleifmittel schwieriger ist, zu einem Teil derselben an der
Oberfläche der Harzbinderschicht vorhanden zu sein und gleichzeitig von der Fläche nach
außen vorzustehen.
-
Des Weiteren ist es, wenn die Schleifmittel-Korngröße die Hälfte des
Kerndrahtdurchmessers überschreitet, schwierig, die Schleifkörnchen festzuhalten, wodurch sich die
Schneidfähigkeit verringert. Des Weiteren sollte die Größe der Schleifkörnchen, um eine
hohe Schneidgenauigkeit über eine lange Zeit zu gewährleisten, vorzugsweise bis
ungefähr ein Drittel des Kerndrahtdurchmessers ausmachen.
-
Der Füllstoff, der in die Harzbinderschicht eingebettet ist, um den Harzbinder zu
verstärken, kann eine Korngröße von weniger als zwei Drittel der Dicke der Harzbinderschicht
haben.
-
Als der hochfeste Kerndraht kann ein Faden aus Metall, Metalloxid, Metallkarbid,
Metallnitrid, organischem Material oder Kohlenstoffmaterial eingesetzt werden. Am meisten zu
bevorzugen ist der Einsatz eines Klavierdrahtes, da er leicht bearbeitet und zu einem
superfeinen Draht endbearbeitet werden kann und hohe Homogenität und Festigkeit
aufweist. Klavierdrähte können ohne spezielle Behandlung eingesetzt werden,
vorzugsweise werden jedoch Drähte eingesetzt, nachdem sie einer Oberflächenbehandlung
unterzogen wurden, um die Haftung an einem Harzbinder und das Halten der
Schleifkörnchen zu verbessern.
-
Die Oberflächenbehandlung schließt das Metallisieren bzw. Überziehen eines
Klavierdrahtes mit Messing oder Kupfer im Voraus oder das Auftragen einer
Grundierungsbeschichtung aus Harz auf den Klavierdraht ein.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind der Gehalt der
Schleifkörnchen und des Füllstoffs speziell definiert. Das heißt, der Gehalt an Schleifkörnchen
in dem Harzbinder reicht von 1 Vol.-% bis 30 Vol.-%, während der Gehalt an Füllstoff in
dem Harzbinder von 1 Vol.-% bis 50 Vol.-% reicht.
-
Bei einem Gehalt an Schleifkörnchen unter 1 Vol.-% nimmt die Schneidgeschwindigkeit
aufgrund eines zu hohen Schneidwiderstandes pro Schleifkörnchen erheblich ab,
während ein Gehalt an Schleifkörnchen über 30 Vol.-% ebenfalls zu einer verringerten
Schneidgeschwindigkeit führt, da die Abführung des durch das Schneiden erzeugten
Spans unzureichend ist.
-
Dementsprechend liegt der Gehalt an Schleifkörnchen vorzugsweise zwischen 4 Vol.-%
und 25 Vol.-%.
-
Bei einem Füllstoffgehalt des Harzbinders von nicht weniger als 1 Vol.-% ist es möglich,
den Halt, die Verschleißfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit des Schleifkörnchens zu
verbessern, während bei einem Füllstoffgehalt von über 50 Vol.-% die Flexibilität der
Harzbinderschicht abnimmt und umgekehrt zu einem geringeren Halt und geringerer
Verschleißfestigkeit führt.
-
Dementsprechend liegt der Füllstoffgehalt vorzugsweise zwischen 5 Vol.-% und
40 Vol.-%.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Einsatz eines
Diamant- oder gleichartigen Superschleifkorns angesichts der Schneidqualität und der
Lebensdauer der entstehenden Drahtsäge am meisten bevorzugt. Um die Bindefähigkeit
zwischen dem Superschleifkorn und dem Harzbinder zu verbessern, werden die
Oberflächen des Superschleifkorns im Voraus mit einem Metall, wie beispielsweise Ni oder
Cu, überzogen. Als ein Füllstoff wird des Weiteren vorzugsweise ein hartes Material, wie
beispielsweise ein Superschleifkorn oder ein herkömmliches Schleifkom, eingesetzt,
wenn der erwähnte Halt, die Verschleißfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit in Betracht
gezogen werden.
-
Da gemäß der vorliegenden Erfindung eine Harzbinderschicht aus einem Schleifkom
und einem Füllstoff hergestellt wird, die jeweils eine vorgegebene Korngröße haben und
in einem Harz mit einem hohen Elastizitätsmodul und einer hohen
Erweichungstemperatur enthalten sind, kann, wie oben beschrieben die entstehende Drahtsäge zum
Schneiden und für andere Vorgänge in einem kontinuierlichen Verfahren eingesetzt
werden.
-
Des Weiteren dienen gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Schleifmittel Körner mit
bestimmten Größen, die größer sind als die Füllstoffkörner, umfassen, die
Schleifkörnchen dem Schneidvorgang, wobei ihre Enden mit einem Werkstück, das geschnitten
wird, auch dann in Kontakt gebracht werden, wenn die Schleifkörnchen im wesentlichen
bündig mit der Oberfläche der Harzbinderschicht angeordnet sind, ohne nennenswert
über diese Fläche hinaus vorzustehen. Da die Drahtsäge anschließend für den
Schneidvorgang eingesetzt wird, weicht die Oberfläche der Harzbinderschicht aufgrund des
Ver
schleißes durch das Schneiden nach innen zurück, und Schleifkörnchen stehen relativ
über diese Fläche vor, wodurch die Schneidqualität verbessert wird. Es versteht sich
natürlich von selbst, dass vorzugsweise so vorgegangen wird, dass ein Teil der
Schleifkörnchen bei der Herstellung der Drahtsäge anfänglich über die Oberfläche der
Harzbinderschicht vorsteht, da bei einer derartigen Anordnung die vorstehenden Enden der
Schleifkörnchen anfänglich als Schneidkanten wirken, wenn die Drahtsäge das erste
Mal Schneidfunktion ausführt, wobei derartige vorstehende Enden auch als
Spanhohlräume dienen.
-
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Drahtes für die erwähnte Drahtsäge ist es
vorteilhaft, sozusagen einen Emailliervorgang einzusetzen, bei dem der erwähnte
Kerndraht zunächst mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird, das ein Gemisch aus
dem erwähnten Schleifkom und Füllmittel umfasst, wobei eine Lösung das darin gelöste
erwähnte Harz enthält, und dann die Beschichtung getrocknet und ausgehärtet wird, da
ein derartiger Vorgang bewirkt, dass die Schleifkörnchen ohne Probleme herausragen
und vorstehen.
-
Das Emaillieren kann leicht ausgeführt werden, indem der Kerndraht eingetaucht durch
das Beschichtungsbad geführt wird und er dann einer Trocken-und-Aushärt-Stufe
zugeführt wird. Sowohl der Einleitabschnitt zu der Trocken-und-Aushärt-Stufe als auch die
Trocken-und-Aushärt-Stufe sind vorzugsweise vom vertikalen Typ, so dass homogene
Dispersion des Schleifkörnchens und einheitliche Dicke der Harzbinderschicht
gewährleistet sind.
-
Des Weiteren wird vorzugsweise eine schwebende Matrize in dem Einleitabschnitt
eingesetzt, um den Zustand der Haftung des Beschichtungsfluids an dem Kerndraht zu
steuern.
-
Der Anteil des Lösungsmittels an der Beschichtungszusammensetzung liegt
vorzugsweise zwischen 25 Vol.-% und 75 Vol.-% der gesamten
Beschichtungszusammensetzung. Um die Beschichtungseigenschaften und das Vorstehen der Schleifkörnchen zu
beeinflussen, wenn die Körnchen durch Trocknen fixiert werden, darf die
Beschichtungszusammensetzung nicht weniger als 25 Vol.-% des Lösungsmittels enthalten,
während ein Anteil von über 75 Vol.-% problematisch ist, da dadurch die
Trockengeschwin
digkeit abnimmt und das Lösungsmittel während des Trockenvorgangs einer plötzlichen
Verflüchtigung ausgesetzt ist, so dass es zur Schaumbildung in der Harzbinderschicht
kommt, wodurch Haltefestigkeit und Verschleißbeständigkeit des Schleifkorns
verlorengehen. Daher liegt der Anteil des Lösungsmittels an der
Beschichtungszusammensetzung am besten zwischen 40 Vol.-% und 60 Vol.-%, wenn man berücksichtigt, dass die
Viskosität der Beschichtungszusammensetzung die Bearbeitbarkeit und die Ausbildung
des Vorstehens der Schleifkörnchen beeinflusst.
-
Für den Harzbinder können alle Harze, die die erwähnten Bedingungen bezüglich des
Elastizitätsmoduls und der Erweichungstemperatur erfüllen, eingesetzt werden.
Vorzugsweise können unter dem Aspekt der Einfachheit der Beschichtung und der
physikalischen Eigenschaften Alkydharze, Phenolharz, Formalinharz, Polyurethanharz,
Polyesterharz, Polyimidharz, Epoxydharz, Melaminharz, Harnstoffharz, ungesättigtes
Polyesterharz, Allylharz, Polyester-Imid-Harz, Polyamid-Imid-Harz, Polyester-Polyurethan-
Harz, Bismaleimidharz, Bismaleimid-Triazin-Harz, Cyanatesterharz, Polyether-Imid-
Harz, Polyparabanatharz, aromatisches Polyamidharz usw. eingesetzt werden.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung können jegliche Lösungsmittel, die Lösung der
erwähnten Harze ermöglichen, eingesetzt werden, wobei dazu Alkylbenzole wie
beispielsweise Xylol, Toluol, Benzol, Ethylbenzol, usw., Phenole, wie beispielsweise
Phenol, Cresol, Xylenol usw., Alkohole, wie beispielsweise Ethanol, Butanol usw., Ketone,
wie beispielsweise Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon usw., Ether, wie
beispielsweise Tetrahydrofuran, Dioxan usw. und aprotische Lösungsmittel, wie beispielsweise
NM&sub2;P, DMF, DMAC, DMSO usw., gehören, wobei die Auswahl von dem jeweils
eingesetzten Harz abhängt.
-
Es ist des Weiteren notwendig, die Festigkeit und Verschleißfestigkeit der
Harzbinderschicht zu verbessern, indem der erwähnten Harzlösung ein Füllstoff zugesetzt wird, der
feinkörnigen Diamat, Al&sub2;O&sub3;, SiC, SiO&sub2;, CrO&sub2;, BN, Glimmer, Talk, Kalziumcarbonat,
Kaolin, Ton, Titanoxid, Bariumsulfat, Zinkoxid, Magnesiumhydroxid, Kaliumtitanat,
Magnesiumsulfat oder Metallpulver, wie beispielsweise Cu oder Fe, einschließt. Unter anderem
wird feinkörniger Diamant am meisten bevorzugt, da er sehr wirkungsvoll bei der
Verbesserung der Festigkeit und der Verschleißbeständigkeit der Harzbinderschicht sowie
der Wärmeleitfähigkeit der letzteren ist, sowie unter dem Aspekt der Lebensdauer und
der Schneidgenauigkeit der entstehenden Drahtsäge. Neben feinkörnigem Diamant
werden harte Materialien, wie beispielsweise SiC und Al&sub2;O&sub3;, ebenfalls bevorzugt. Der
Füllstoff sollte eine Korngröße haben, die kleiner ist als zwei Drittel der Dicke der
Harzbinderschicht, und Füllstoffe mit flach geformten oder nadelartigen Körnchen können
ebenfalls als in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallend eingesetzt werden,
solange sie eine Dicke oder einen Durchmesser haben, der kleiner ist als zwei Drittel der
Dicke der Harzbinderschicht.
-
Der Beschichtungsvorgang kann ebenfalls ausgeführt werden, indem zunächst ein Harz,
das als der Binder verwendet wird, durch Wärme zum Schmelzen gebracht wird, dann
dem geschmolzenen Harz das Schleifkorn und der Füllstoff zugesetzt werden und
anschließend die entstehende Gemischlösung in einen Schmelzextruder gefüllt wird, durch
den der Kerndraht geführt wird, so dass die Außenumfangsfläche desselben mit einer
Zusammensetzung der Gemischlösung extrusionsbeschichtet wird.
-
Im letzteren Fall hat der entstehende beschichtete Draht eine Struktur, wie sie im Schnitt
in Fig. 2 dargestellt ist, durch die geringeres Vorspringen und Vorstehen der
Schleifkörnchen als bei dem vorangehenden Beschichtungsverfahren entstehen.
-
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht, die eine Struktur einer Drahtsäge 1 gemäß
der vorliegenden Erfindung mit einem Kerndraht 2, Schleifkorn 3, Füllstoff 4 und
einer Harzbinderschicht 5 darstellt, wobei Schleifkörnchen in der
Harzbinderschicht 5 so fixiert sind, dass wenigstens ein Teil derselben über die
Außenfläche der Schicht vorsteht bzw. vorragt.
-
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht einer Drahtsage gemäß einer weiteren
Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei die Schleifkörnchen 3 lediglich in
geringer Höhe über die Außenfläche der Harzbinderschicht 5 vorstehen und im
Extremfall die äußeren Enden der Schleifkörnchen im Wesentlichen bündig mit
der Oberfläche dieser Schicht sind, wie dies dargestellt ist.
-
Fig. 3 ist eine Mikrofotografie, die eine Außenumfangsfläche der Drahtsäge in Fig. 1
bei 200facher Vergrößerung betrachtet zeigt, wobei Diamantkörnchen als die
Schleifkörnchen eingesetzt werden, die in Teilchenformen an der
Außenumfangsfläche vorstehen.
-
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung ausführlicher anhand von vier bevorzugten
Versuchsbeispielen, die ausgeführt wurden, um experiementell die Struktur der
Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, und von 29 bevorzugten
Beispielen, die ausgeführt wurden, um strukturelle Anforderungen der Drahtsage gemäß
der vorliegenden Erfindung zu bestimmen, im Vergleich mit fünf Vergleichsbeispielen
beschrieben.
Bevorzugtes Versuchsbeispiel 1
-
Eine Beschichtungszusammensetzung wurde hergestellt, indem feinkörniger Diamant
mit einer durchschnittlichen Korngröße von 25 um und SiO&sub2; mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 10 um einer Polyurethanharzlösung (Polyurethanharzgehalt: 45 Vol.-%)
zugesetzt wurden, die von Totoku Paint Co., Ltd. hergestellt wird, wobei die Harzlösung
ein Polyurethanharz umfasst, das in einem Gemisch aus wenigstens einem Phenol und
wenigstens einem Alkylbenzol gelöst wurde, so dass die entstehende
Beschichtungszusammensetzung 2,2 ct/cm³ feinkörnigen Diamant mit einer durchschnittlichen Korngröße
von 25 um bzw. SiO&sub2; mit einer durchschnittlichen Korngröße von 10 um enthielt.
-
Dann wurde die entstehende Beschichtungszusammensetzung auf einen mit Messing
überzogenen Klavierdraht mit einem Durchmesser von 0,18 mm aufgetragen, und der
beschichtete Draht wurde, nachdem er durch eine Schwebematrize mit einem
Lagerdurchmesser (bearing diameter) von 0,24 mm geleitet worden war, zum Aushärten in
einem vertikalen Trockenofen bei 300ºC getrocknet, um eine Drahtsäge daraus
herzustellen.
-
Die entstehende Drahtsäge hatte einen Drahtdurchmesser von 0,22 mm sowie eine
Harzfilmdicke (Dicke der Harzbinderschicht) von ungefähr 14 um.
Bevorzugtes Versuchsbeispiel 2
-
Eine Drahtsäge wurde auf ähnliche Weise wie bei dem obenstehenden
Versuchsbeispiel 1 hergestellt, wobei jedoch eine Beschichtungszusammensetzung, die eingesetzt
wurde, hergestellt wurde, indem feinkörniger Diamant mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 25 um und SiO&sub2; mit einer durchschnittlichen Korngröße von 5 um einer
Phenolharzlösung (Phenolharzgehalt: 50 Gew.-%) zugesetzt wurden, die ein Phenolharz
(hergestellt von Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) umfasste, das in Cresol gelöst war, so
dass die entstehende Beschichtungszusammensetzung 2,2 ct/cm³ feinkörnigen Diamant
bzw. 1,1 ct/cm³ SiO&sub2; enthielt.
-
Die entstehende Drahtsage hatte einen Drahtdurchmesser von 0,22 mm sowie eine
Harzfilmdicke von ungefähr 15 um.
Bevorzugtes Versuchsbeispiel 3
-
Eine Beschichtungszusammensetzung wurde hergestellt, indem feinkörniger Diamant
mit einer durchschnittlichen Korngröße von 25 um und ein Cu-Pulver mit einer
durchschnittlichen Korngröße von 5 um einer Bismaleimidharzlösung zugesetzt wurde, die auf
ähnliche Weise wie bei dem vorangehenden Versuchsbeispiel 2 hergestellt wurde,
wobei jedoch ein Bismaleimidharz (hergestellt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc., derzeit
Mitsui Chemicals, Inc.) anstelle des Phenolharzes eingesetzt wurde, so dass die
entstehende Beschichtungszusammensetzung 3,3 ct/cm³ feinkörnigen Diamant bzw.
6,3 Vol.-% Cu enthielt. Eine Drahtsäge wurde auf ähnliche Weise wie bei dem
vorangehenden Versuchsbeispiel 2 hergestellt.
-
Die entstehende Drahtsäge hatte einen Drahtdurchmesser von 0,22 mm und eine
Harzfilmdicke von ungefähr 15 um.
Bevorzugtes Versuchsbeispiel 4
-
Ein Phenolharz (hergestellt von Sumitomo Bakelite Co., Ltd.) wurde in Cresol gelöst, um
eine Phenolharzlösung zu gewinnen, die 45 Vol.-% des Phenolharzes enthielt. Der
entstehenden Phenollösung wurden feinkörniger Diamant mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 35 um und SiC mit einer durchschnittlichen Korngröße von 5 um
zugesetzt, so dass die entstehende Beschichtungszusammensetzung die Phenolharzlösung,
feinkörnigen Diamant sowie SiC in einem Verhältnis von 60 : 10 : 30 (Volumen) enthält.
Dann wurde die entstehende Beschichtungszusammensetzung auf einen mit Messing
überzogenen Klavierdraht mit einem Durchmesser von 0,18 mm aufgetragen, und der
beschichtete Draht wurde, nachdem er durch eine Schwebematrize mit einem
Lagerdurchmesser von 0,28 mm geleitet worden war, zum Aushärten in einem Trockenofen
bei 300ºC getrocknet, um daraus eine Drahtsäge herzustellen.
-
Die entstehende Drahtsäge hatte einen Drahtdurchmesser von 0,25 mm und eine
Harzfilmdicke von ungefähr 18 um.
Schneidversuche mit den Drahtsägen bevorzugter Versuchsbeispiele
-
Die in dem obenstehenden Versuchsbeispiel 3 hergestellte Drahtsäge wurde einem Test
zum Schneiden eines Einkristall-Siliziumblocks unterzogen. Der Einkristall-Siliziumblock,
der verwendet wurde, war 100 mm im Quadrat und 30 mm dick, so dass eine
Schneidflache von 100 mm · 30 mm möglich war.
-
Die eingesetzte Drahtsäge war 30 m lang. Was die Bearbeitungsbedingungen anging,
so wurde die Drahtsäge bei einer Drahtspannung von 2,5 kgf unter Verwendung von
Leitungswasser als Bearbeitungsfluid mit 400 mm/min hin- und herbewegt.
-
Der Schneidschlitz hatte eine Breite von 0,25 mm, und die
Schneid-Vorschubgeschwindigkeit betrug über eine Schnitt-Querschnittsfläche von 1500 cm² stabil 3,7 mm/min.
-
Die in dem obenstehenden Versuchsbeispiel 4 hergestellte Drahtsäge wurde einem Test
zum Schneiden eines Einkristall-Siliziumblocks unterzogen. Der verwendete Einkristall-
Siliziumblock maß 100 mm im Quadrat und war 30 mm dick, so dass eine Schneidfläche
von 100 mm · 30 mm möglich war.
-
Die eingesetzte Drahtsäge war 30 m lang. Was die Bearbeitungsbedingungen anging,
so wurde die Drahtsäge bei einer Drahtspannung von 2,5 kgf unter Verwendung von
Leitungswasser als Bearbeitungsfluid mit 500 mm/min hin- und herbewegt.
-
Der Schneidschlitz hatte eine Breite von 0,29 mm, und die
Schneid-Vorschubgeschwindigkeit betrug über eine Schnitt-Querschnittsfläche von 1500 cm² stabil 4,6 mm/min.
Bevorzugtes Beispiel 1
-
Eine Beschichtungszusammensetzung wurde hergestellt, indem ein Phenolharz-
Beschichtungsmaterial (BRP-5980, hergestellt von Showa Highpolymer Co., Ltd., in
Cresol gelöst), ein Diamant-Füllstoff (IRM2-4, hergestellt von Tomei Diamond Co., Ltd.)
mit einer durchschnittlichen Korngröße von 2,6 um und ein Diamant-Schleifkorn (IRM30-
40, hergestellt von Tomei Daiamond Co., Ltd.) mit einer durchschnittlichen Korngröße
von 30 um in einem Verhältnis von 60 Vol.-%: 20 Vol.-%: 20 Vol.-% als Feststoffanteile
gemischt wurden und ihnen Cresol als ein Lösungsmittel zugesetzt wurde, so dass die
entstehende Beschichtungszusammensetzung 50 Vol.-% des Lösungsmittels enthielt.
Dann wurde die entstehende Beschichtungszusammensetzung auf einen mit Messing
überzogenen Klavierdraht mit einem Durchmesser von 0,18 mm aufgetragen, und der
beschichtete Draht wurde, nachdem er durch eine Schwebematrize mit einem
Durchmesser von 0,28 mm geleitet worden war, in einem vertikalen Emaillierofen bei 300ºC
getrocknet und ausgehärtet, um eine Drahtsäge daraus herzustellen. Die entstehende
Drahtsäge hatte einen Drahtdurchmesser von 0,239 mm sowie eine Dicke der
Harzbinderschicht von ungefähr 19 um, nachdem sie zum Aushärten getrocknet worden war.
Die Struktur der entstehenden Drahtsäge ist schematisch im Schnitt in Fig. 1 dargestellt,
und ein Zustand ihrer Außenumfangsfläche ist in einer Mikrofotografie in Fig. 3 in
200facher Vergrößerung dargestellt.
-
Tabelle 1 zeigt die Nenn-Korngrößenverteilung des erwähnten Diamant-Füllstoffs mit
einer durchschnittlichen Korngröße von 2,6 um und der Diamant-Schleifkörnchen mit
einer durchschnittlichen Korngröße von 30 um, gemessen mit einem
Laser-Diffraktometrie-Teilchengrößenverteilungs-Messsystem (SALD-2000A, hergestellt von Shimadzu
Corporation).
Tabelle 1
-
Wenn davon ausgegangen wird, dass die Drahtsäge gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Dicke der Harzbinderschicht (Harzfilmschicht) von 20 um hat, sollte das
Schleifkörnchen eine Korngröße von 20 um · 2/3 = 13 um oder mehr haben, und die
Korngröße des Füllstoffs sollte kleiner sein als 13 um.
-
So könnte auf der Grundlage der in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse IRM2-4 als ein
Füllstoff verwendet werden, der ungefähr 1% Schleifkörnchen enthält, und IRM30-40
sowie IRM20-30 könnten als Schleifkörnchen eingesetzt werden, die ungefähr 4% bzw.
ungefähr 12% Füllstoff enthalten.
-
Das Phenolharz-Beschichtungsmaterial, das bei dem bevorzugten Beispiel 1 eingesetzt
wurde, wurde auf eine Lage aus Aluminiumfolie aufgetragen und zwei Stunden lang
zum Aushärten in einer thermostatischen Kammer bei 200ºC getrocknet. Dadurch
wurde ein Phenolharzfilm, der ungefähr 30 um dick war, auf der Oberfläche der
Aluminiumfolie ausgebildet. Bei der Messung auf einer Zugversuchseinrichtung (AG-1000E,
hergestellt von Shimadzu Corporation) wies der Film einen Elastizitätsmodul von
170 kg/mm² auf.
-
Bei der Messung entsprechend dem Bewertungsverfahren für Emaildrähte, die JIS
C-3003 unterliegen, wies die Harzbinderschicht der Drahtsage, die im bevorzugten
Beispiel 1 hergestellt wurde, eine Erweichungstemperatur von 330ºC auf.
-
Die Drahtsäge des bevorzugten Beispiels 1 mit dem erwähnten Aufbau und der
Anordnung wurde einem Schneidtest unterzogen, bei dem ein Einkristall-Siliziumblock, der
100 mm im Quadrat maß, mit einer Drahtsägegeschwindigkeit von 400 m/min bei einem
Niederhaltedruck von 2,5 kgf beim Vorhandensein von fließendem Kühlwasser
geschnitten wurde. Der Schneidvorgang lief bei einer Schneidgeschwindigkeit von
6,8 mm/min unmittelbar nach dem Beginn des Schneidens und von 4,6 mm/min 1
Stunde danach erfolgreich ab.
Bevorzugte Beispiele 2 bis 6 sowie Vergleichsbeispiele 1 bis 3
-
Anstelle der Phenolharzbeschichtung, die bei dem obenstehenden bevorzugten Beispiel
eingesetzt wurde, wurden ein Polyester-Beschichtungsmaterial (Delacoat E-220,
hergestellt von Nitto Denko Corporation, bevorzugtes Beispiel 2), ein
Polyester-Imid-Beschichtungsmaterial (Isomid 40, hergestellt von Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd.
bevorzugtes Beispiel 3), ein Polyamid-Imid-Beschichtungsmaterial (HI-406, hergestellt von
Hitachi Chemical Co., Ltd., bevorzugtes Beispiel 4), ein
Polyurethan-Beschichtungsmaterial (TPU-6155, hergestellt von Totoku Paint Co., Ltd., bevorzugtes Beispiel 5), eine
Bismaleimidharz-Beschichtung (BMI-S, hergestellt von Mitsui Toatsu Chemicals, Inc.
(derzeit Mitsui Chemicals, Inc.), gelöst in Cresol, bevorzugtes Beispiel 6), ein
Polyamidharz-Beschichtungsmaterial (CM3001, hergestellt von Toray Industries, Inc., gelöst in
Cresol, Vergleichsbeispiel 1), ein Phenoxyharz-Beschichtungsmaterial (YP-50,
hergestellt von Toto Chemical Industry Co., Ltd., gelöst in Cresol, Vergleichsbeispiel 2), bzw.
ein Silikonharz-Beschichtungsmaterial (H-19, hergestellt von Toray Silicone, Ltd., in
Cresol gelöst, Vergleichsbeispiel 3) verwendet. Drahtsagen wurden hergestellt und
Schneidtests an Einkristall-Siliziumblöcken auf ansonsten gleiche Weise wie bei dem
vorangehenden bevorzugten Beispiel 1 unterzogen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 2
aufgeführt sind.
-
Die Erweichungstemperaturen der jeweiligen entstehenden Drahtsägen sowie der
Elastizitätsmodul derselben sind ebenfalls in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
-
Schneidgeschwindigkeit A: Schneidgeschwindigkeit unmittelbar nach dem Beginn des Schneidens
-
Schneidgeschwindigkeit B: Schneidgeschwindigkeit 1 Stunde nach Beginn des Schneidvorgangs
Bevorzugte Beispiele 7 bis 13
-
Drahtsägen wurden auf ähnliche Weise wie bei dem bevorzugten Beispiel 1 hergestellt,
wobei jedoch der Feststoffgehalt des Phenolharzes, des Diamant-Füllstoffs, der
Diamant-Schleifkörnchen auf 75 Vol.-%, 5 Vol.-% und 20 Vol.-% (bevorzugtes Beispiel 7),
70 Vol.-%, 10 Vol.-% und 20 Vol.-% (bevorzugtes Beispiel 8) bzw. 50 Vol.-%, 30 Vol.-%
und 20 Vol.-% (bevorzugtes Beispiel 9) verändert wurden. Die entstehenden jeweiligen
Drahtsägen wurden Schneidtests an Einkristall-Siliziumblöcken unterzogen, wobei die
Ergebnisse in Tabelle 3 aufgeführt sind. Die Tabelle zeigt auch die Ergebnisse von
Schneidtests mit den bevorzugten Beispielen 10 und 11, bei denen ein geringerer
Füllstoffgehalt verwendet wurde, sowie den bevorzugten Beispielen 12 und 13, bei denen
umgekehrt ein größerer Feststoffgehalt verwendet wurde. Bei dem bevorzugten Beispiel
10 wurde durch Änderungen der Verteilung der Schleifkörnchengröße der 1%ige Gehalt
an Füllstoff durch die Schleifkörnchen ersetzt, obwohl das Mischverhältnis des Füllstoffs
0% betrug, wie dies in der Tabelle dargestellt ist.
Tabelle 3
-
Schneidgeschwindigkeit A: Schneidgeschwindigkeit unmittelbar nach dem Beginn des Schneidens
-
Gehalt an Füllstoff: Vol.-% des Volumens (Harz + Füllstoff + Schleifkörnchen) (bestimmt anhand der
Korngrößenverteilung)
Bevorzugte Beispiele 14 bis 16
-
Drahtsägen wurden auf ähnliche Weise wie beim bevorzugten Beispiel 1 hergestellt,
wobei jedoch anstelle des Diamant-Schleifkörnchens mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 30 um ein Diamant-Schleifkörnchen mit einer durchschnittlichen Korngröße
von 21 um (IRM20-30, hergestellt von Tomei Diamond Co., Ltd., bevorzugtes Beispiel
14), ein mit Nickel überzogenes Diamantkörnchen mit einer durchschnittlichen
Korngröße von 30 um (IRM-NP30-40, hergestellt von Tomei Diamond Co., Ltd., bevorzugtes
Beispiel 15) bzw. ein mit Nickel überzogenes Diamantkörnchen mit einer
durchschnittlichen Korngröße von 21 um (IRM-NP20-30, bevorzugtes Beispiel 16) eingesetzt wurden.
Die jeweiligen entstehenden Drahtsägen wurden Schneidtests an
Einkristall-Siliziumblöcken unterzogen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 4 aufgeführt sind.
-
Des Weiteren wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 die Korngrößenverteilung der
Diamantkörnchen mit einer durchschnittlichen Korngröße von 21 um gemessen, wobei
die Ergebnisse in der vorangehenden Tabelle 1 aufgeführt sind.
Tabelle 4
-
Schneidgeschwindigkeit A: Schneidgeschwindigkeit unmittelbar nach Beginn des Schneidens
-
Schneidgeschwindigkeit B: Schneidgeschwindigkeit 1 Stunde nach dem Beginn des
Schneidvorgangs
-
Gehalt an Füllstoff: Vol.-% des Volumens (Harz + Füllstoff + Schleifkörnchen) (bestimmt anhand der
Korngrößenverteilung)
Bevorzugte Beispiele 17 und 18
-
Drahtsägen wurden auf ähnliche Weise wie bei dem bevorzugten Beispiel 1 hergestellt,
wobei jedoch anstelle des Diamant-Schleifkorns mit einer durchschnittlichen Korngröße
von 30 um ein SiC-Schleifkorn mit einer durchschnittlichen Korngröße von 32 um
(Green SiC Mesh 400, hergestellt von FUJIMI Abrasive Materials Co., Ltd., bevorzugtes
Beispiel 17) eingesetzt wurde und SiC mit einer durchschnittlichen Korngröße von
1, 2 um (Green SiC Mesh 8000, hergestellt von FUJIMI Abrasive Materials Co., Ltd.,
bevorzugtes Beispiel 18) anstelle des Füllstoffs mit einer durchschnittlichen Korngröße von
2,6 um eingesetzt wurde. Die jeweiligen entstehenden Drahtsägen wurden Schneidtests
an Einkristall-Siliziumblöcken unterzogen, wobei die Ergebnisse ebenfalls in der
obenstehenden Tabelle 4 aufgeführt sind.
Bevorzugte Beispiele 19 bis 21 und Vergleichsbeispiele 4 und 5
-
Drahtsägen wurden auf ähnliche Weise wie im bevorzugten Beispiel 1 hergestellt, wobei
jedoch Schleifkörnchen aus mit Nickel überzogenem Diamant und Diamant-Füllstoffe mit
der Schleifkörnchengröße und Volumen-Mischverhältnissen eingesetzt wurden, wie sie
in Tabelle 5 dargestellt sind. Die jeweiligen entstehenden Drahtsägen wurden
Schneidtests an Einkristall-Siliziumblöcken unterzogen, wobei die Ergebnisse ebenfalls in
Tabelle 5 dargestellt sind. Obwohl mit dem bevorzugten Beispiel 21 höhere
Schneidgeschwindigkeiten sowohl für A als auch für B erreicht wurden, wies die Schnittfläche
größere Unregelmäßigkeiten als bei den anderen bevorzugten Beispielen auf. So wies das
Vergleichsbeispiel 4, bei dem eine geringere durchschnittliche Korngröße eingesetzt
wurde, sehr niedrige Schneidgeschwindigkeiten auf, während das Vergleichsbeispiel 5,
bei dem eine durchschnittliche Korngröße eingesetzt wurde, die größer war als die
Hälfte des Kerndrahtdurchmessers, dazu führte, dass es nicht möglich war, die
Schleifkörnchen durch Trocknen zu fixieren.
Tabelle 5
Bevorzugte Beispiele 22 bis 29
-
Drahtsägen wurden auf ähnliche Weise wie im bevorzugten Beispiel 1 hergestellt, wobei
jedoch Schleifkörnchen aus mit Nickel überzogenem Diamant und Diamant-Füllstoffe in
der Schleifkörnchengröße und den Volumen-Mischverhältnissen eingesetzt wurden, wie
sie in Tabelle 6 dargestellt sind. Die entstehenden Drahtsägen wurden Schneidtests an
Einkristall-Siliziumblöcken unterzogen, wobei die Ergebnisse ebenfalls in Tabelle 6
dargestellt sind.
Tabelle 6
-
Wie aus den Ergebnissen der obenstehenden bevorzugten Versuchsbeispiele, der
bevorzugten Beispiele und Vergleichsbeispiele deutlich ersichtlich wird, sind die
Drahtsägen der vorliegenden Erfindung den Drahtsägen der Vergleichsbeispiele sowohl
hinsichtlich der Schneidgeschwindigkeit unmittelbar nach dem Beginn des
Schneidvorgangs als auch der Schneidgeschwindigkeit eine Stunde danach weit überlegen. Des
Weiteren behielten die Drahtsägen gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn sie
anschließend weiteren Schneidtests unterzogen wurden, eine im Wesentlichen konstante
Geschwindigkeit mit einer relativ kleinen Verringerung gegenüber dem Wert eine Stunde
nach dem Beginn des Schneidens bei, so dass ein kontinuierlicher Schneidvorgang
möglich ist.
-
Es könnte angenommen werden, dass die erwähnte hohe Leistung der Drahtsäge
gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Tatsache beruht, dass die Schleifkörnchen, die
nach außen vorstehen, fest am Außenumfang des hochfesten Kerndrahtes fixiert sind,
wobei der füllstoffhaltige Harzbinder eine hohe Warmebeständigkeit und
Abriebbeständigkeit verleiht, durch die Beständigkeit gegenüber Arbeitsdruck und Wärme während
der Schneidvorgänge gewährleistet ist.
-
Um eine derartige feste Fixierung der vorspringenden und vorstehenden
Schleifkömchen sicherzustellen, ist es notwendig, dass das eingesetzte Harz einen
Elastizitätsmodul von 100 kg/mm² oder mehr und eine Erweichungstemperatur von 200ºC oder
darüber aufweist und einen harten Füllstoff enthält.
-
Der erwähnte eingesetzte Füllstoff, der eine Korngröße von weniger als zwei Drittel der
Dicke der Harzbinderschicht hat, verstärkt den Harzbinder, indem er in die
Harzbinderschicht eingebettet wird, während das erwähnte eingesetzte Schleifkom gemäß der
vorliegenden Erfindung, das eine Korngröße hat, die zwei Drittel der Dicke der
Harzbinderschicht ausmacht bzw. ihr entspricht, es ermöglicht, die
Beschichtungszusammensetzung auf dem erwähnten Außenumfang des Kerndrahtes auszuhärten, wenn sie
getrocknet wird, so dass die Schleifkörner über die Oberfläche der Harzbinderschicht
vorstehen und vorspringen und Schneidkanten sowie Spanhohlräume bilden.
-
Dementsprechend versteht es sich von selbst, dass der Kerndrahtdurchmesser, der Typ
und die Menge des Harzes, des Schleifkorns und des Füllstoffs sowie die Korngröße
des Schleifkorns und des Füllstoffs sowie die Höhe des Vorstehens der Schleifkörnchen
je nach Erfordernis innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, wie er
von den beigefügten Ansprüchen definiert wird, je nach den speziellen zu schneidenden
Gegenständen und den Schneidbedingungen ausgewählt werden, so dass ein optimaler
Bearbeitungswirkungsgrad und Bearbeitungsgenauigkeit gewährleistet werden können.
-
Die vorliegende Erfindung schafft, wie oben ausführlich beschrieben, auf einfache Weise
und wirtschaftlich machbar eine Schleifkorn-Drahtsäge, die Schneidbearbeitung mit
einer Drahtsäge als verbesserten Ersatz für das Wafer-Schneiden mit losen
Schneidmitteln nach dem Stand der Technik ermöglicht. Des Weiteren ermöglicht die Drahtsäge
gemäß der vorliegenden Erfindung ein Schneidvermögen, das wenigstens 10 mal höher
ist als das des Typs mit losen Schleifkörnern, und dies zusammen mit einer
entsprechenden Bearbeitungsleistung und -genauigkeit.