SE429313B - Metod for att skiva ett emne av ett hart enkristallmaterial - Google Patents

Description

'1805925-0 upprätt läge, så att dess längdaxel 16 (visad i fig. 1A) bildar rät vinkel med skärklingan lb. Dessa patent beaktar ej kiselklumpens kristallorientering. Kisel- klumpen 10 i fig. lA har en kristallorienteringsaxel 20, som i flertalet fall avviker minst 3 till ho från längdaxeln l6. Såsom ett resultat hade de med denna metod framställda skivorna ingen kritisk (l,l,l) eller (l,l,0) kristailorientering, vilket är nödvändigt för användning i halvledaranordningar. 7 Kort därefter anammade halvledarindustrin en procedur, som beskrivs i det amerikanska patentet 3662733, där klumpen ej roterar. Såsom visas i fig. 2 och 2A år materialblocket 30 så orienterat att längdaxeln 36 har en viss vinkel relativt skärbladet 3h, medan krístallorienteringsaxeln bildar rät vinkel med bladet. Det icke roterande blocket förflyttas därefter mot den skärande blad- kanten 32 under bevarande av blockorienteringen, till dess en skiva har skurits från blocket. Inom halvledarindustrin har det visat sig, att denna metod ger skivor med korrekt (l,l,l) eller (l,l,0) orientering, så länge som blookoríenteringen hålles inom 1 0,50; För närvarande har uppkomsten av magnetbubbeldomåntekniken skapat ett behov av att skiva hårda enkristallklumpar av granatmaterial, t.ex. gadolinium- galliumgranat, GGG. Detta material är mycket hårdare än kisel (hårdhetsgrad vid Knopprov 1200 mot 650 för kisel). Bubbeldomänindustrin och dess avnämare har därför accepterat den metod för skivning av granatâmnen, som visas i fig. 2.

Den ökade hårdheten hos GGGflnaterial orsakar emellertid allvarliga problem med denna skivningsmetod, vilka ej existerar i samband med kisel.

Ett huvudproblem är den reducerade livslängden för innerdiametersågbladet.

Medan ett innerdiameterblad kunde användas för att skära ca 2000 kiselskivor, ' kunde_samma blad blott skära ca 25-50 GGG-skivor av samma storlek. Antalet er- forderliga ytterligare blad liksom även tid och utrustning för bladbyte ökar avsevärt kostnaden för att skiva GGG-ämnen.

Magnetbubbeldomânanordningar kräver en GGG-yta, som är slät, plan, parallell och i huvudsak fri från gitterstörningar. GGG-skivytor, som erhållits genom skiv- ning med den konventionella innerdiameterskärmetoden med icke roterande ämne, är ojämna, ej plana, ej parallella (d.v.s. kilformiga) och har gitterstörningar till ett betydande djup. För att dessa skivor skall kunna användas är det nöd- vändigt att de får genomgå ett slipsteg och ett poleringssteg, som avser båda sidorna. Slipsteget ökar betydligt kostnaden för den färdiga skivan därför att_ detta steg dels år tidskrävande, dels förbrukar en avsevärd mängd skivmaterial.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en förbättrad metod för skivning av enkristallämnen.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkoma en process för att med användning av ett tunt innerdiametersågblad skiva enkristallämnen med en 7805925-0 Knep-hårdhet överstigande 700.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkoma en skivskärprocess, som medför ökad sägbladlivslângd.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en skivskärprocess, som ger en slät skivyta.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en metod för att skiva enkristall- ämnen, vilken metod ger en plan, parallell skivyta med relativt få gitterstörningar. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en process för att skiva ämnen, vilken ger en skivyta som är lämplig för polering utan ett mellan- liggande slipsteg. J Ovannämnda och andra ändamål realíseras genom en metod för att skära ämnen av ett hårt enkristallmaterial, t.ex. gadoliniumgalliumgranat, i skivor. Ämnet har preparerats, företrädesvis genom slipning, så att dess längdaxel överensstämmer eller är parallell med den kristallografiska orienteringsaxeln. Ämnet monteras därefter i en fixtur och orienteras så att den gemensamma längdaxeln och kristall~ orienteringsaxeln bildar rät vinkel med sågbladet. Härefter vrids ämnet - under bevarande av orienteringen hos den kombinerade gemensamma axeln - och förs mot ett roterande innerdiametersâgblad under en tid som är tillräcklig för att bladet skall skära inom ämnet och skapa en skiva. De skivor som erhålles vid denna skär- process är plana, parallella, relativt släta och har relativt få ytterstörningar.

Skivorna kan poleras direkt utan det konventionella slipsteget och får en jämn, plan yta som är väsentligen defektfri.

Ovannämnda och andra ändamål, egenskaper och fördelar med uppfinningen som definieras i nedanstående patentkrav framgår av följande, mera detaljerade be- skrivning av en föredragen utföringsform, som illustreras på bifogade ritningar.

Fig. l är en översiktsillustration av ett tidigare känt innerdianeter~ skivningssystem med roterande ämne.

Fig. 1A är en tvärsnittsillustration av ämnet i fig. l.

Fíg. 2 är en överskiktsillustration av ett tidigare känt innerdiameter- skärsystem med ett icke roterande ämne.

Fig. 2A är en tvärsnittsillustration av ämnet i fig. 2.

Fig. 3 är ett flödesschema, som visar processen enligt uppfinningen.

Pig. h är en överskiktsillustration av innerdiameterskärsystemet enligt föreliggande uppfinning för roterande ämne.

Fíg. MA är en tvärsnittsillustration av ämnet i fig. B.

I fíg. 3 på ritningen är det första steget i den aktuella skivskårprocessen ämnets beredning. Ämnet av enkrístallmaterial, t.ex. gadoliniumgallinmgranat (GGG), gros på konventionellt sätt, t.ex. enligt Czochralski-metoden. Den aktuella skiv- skårprocessen är tillämpbar på varje enkristallmaterial men är särskilt lämpligt '7805925-0 för hårda enkristallmaterial med en hårdhet överstigande ca 700 (vid Knop-prov).

Processen kommer att beskrivas med användning av ett enkristall-GGG-ämne, men det är underförstått att den lämpar sig för varje hårt enkristallmaterial, t.ex. andra granater, safir och dylikt.

GGG-ämnets kristallografiska orientering bestämmes genom en lämplig metod, t.ex. genom konventionell röntgenstråleteknik. Sedan ämnets kristallorientering har bestämts, slipas ämnet på sådant sätt att kristallorienteringen BO blir parallell med eller motsvarar längdaxeln ü2 för ämnet hk såsom visas i fig. ÄA.

Kristallorienteringsaxeln och längdaxeln bör ligga inom 0,050. Om kristalloriente- ringsaxeln och längdaxeln ej är väsentligen lika, kommer de resulterande skivor som skärs ej att ha korrekt kristallografisk orientering.

Nästa steg år ämnets inrättning. Ämnet hä, som har behandlats enligt fig.

EA, monteras därefter i en hållare med en chuck eller annan lämplig anordning hö för att fasthålla eller på annat sätt montera ämnet. Hållaren H6 är ansluten till ej visade medel för att vrida ämnet samtidigt som dettas exakta inrättning be- varas. _ Såsom visas i figÅ Ä år ämnet bh så monterat, att både den kristallografiska orienteringen och ämnets längdaxel bildar rät vinkel med innerdiametersågbladet h6.

Sågbladet h6 har en inre skärande kant hö. Ämnet bh vrids och förflyttas, så att det kommer i kontakt med den skärande kanten hö. Under skäroperationen riktas kylande och/eller smörjande medel från munstycket 50 mot kontaktytan mellan ämnet och den skärande kanten. Skârbladet Ä6 roterar i ena riktningen, och ämnet hk roterar företrädesvis i samma riktning. Alternativt kan ämnet vridas i motsatta riktningen relativt skärbladets rotationsríktning. Den riktning vari kylflödet pålägges kan också varieras. Normalt vrids skärbladet H6 med relativt hög hastig- het, d.v.s. 2000 till 2500 varv per minut, av en lämplig rem eller ett kuggdrev (ej visat). Ämnet Åh vrider sig kring sin axel med relativt långsam hastighet, som i stor utsträckning beror på lagringen i det drev, som vrider ämnet, och i såg- bladspindeln. Exempelvis tillåter luftlagringar eller hydrostatiska lagringar generellt en snabbare rotation än roterande medel med kullager. Den högsta hastig- het som kan bli aktuell måste bestämmas för de individuella vridorganen. Generellt kan en rotationshastighet om 10 till 100 varv per minut utnyttjas beroende på vridorganen. Vissa vridorgan tillåter emellertid inte rotationshastigheter vid den övre gränsen av det givna området. Såsom framgår av följande tabell har rotationshastigheterna varierats för ett visst vridsystem. 7805925-0 5 Ämnets rotatíons Antal Antal_ Exempel hastighet 5 cm GGG- Sågskada skivor per Nr varv/min skivor Djup bladínställn. ' Planhet Parallellítet l 0 25 Godkänd q 5 0.00lO 0.0005 2 30 85 Godkänd 17 o .øooz 0.0002 3 hä 192 Godkänd 38 ' o . 0002 o . 0002 M 50 a Underkänd' -- -- -- a. Alltför stor sågskada.

I exempel l, där ingen ämnesrotation förekom, kan 25 5 cm GGG-skivor skäras innan bladet blev obrukbart. I enlighet med uppfinningen kunde vid en ämnesrotationshastighet om 30 varv per minut enligt fig. 2 85 skivor skäras före sågbladförsämring. I exempel 3, där åmnesrotationshastigheten är hä varv per minut, erhölls 192 skivor.

I exempel Ä, där ämnesrotationshastigheten år 50 varv per minut, fick vibrationen skivorna att bli alltför skrovliga för att kunna användas beroende på alltför stora sågskador. Sågskadans djup i skivstyckena uppskattades genom en konventionell poleringsteknik med utnyttjande av kolloidkisel Sågskadans medeldjup var godtagbart för exemplen l, 2 och 3. Det var emellertid lättare att hålla sågskadans djup godtagbart i exemplen 2 och 3 än i det tidigare kända exemplet l. Detta illustreras av det antal gånger som sågbladet måste iordnings- ställas. I exempel l måste bladet justeras efter 5 skivor, medan 17 respektive 38 skivor skars mellan justeringarna i exemplen 2 och 3.

Planhetsvärdena 0.0002 för exempel 2 och 3 var bättre än värdet 0.00l0, som erhölls för det tidigare kända exemplet 1. Parallellitetsvärdena 0.0002 för exempel 2 och 3 var också bättre än värdet 0.0005, som erhölls för det tidigare kända exemplet l. Skivorna i exemplen 2 och 3 undersöktes visuellt och visade sig 'ha en slät slipad yta.

Skivornas förbättrade planhet och parallellitet liksom även den reducerade gitterstörningen gör att en GGG-skiva kan poleras direkt utan finslipning av skivytorna. Skivan i exempel l måste finslipas på båda ytorna och poleras på båda ytorna för att bli tillräckligt plan och parallell och få tillräckligt låg defektkoncentration för att bli lämplig att användas i bubbelanordningar.

Exemplen 2 och 3 gav skivor med liknande kvalitet, d.v.s. lämpliga för använd- ning i bubbelanordningar, vid polering på båda sidor utan finslipning. Ett alter- nativ härtill skulle vara att finslipa ena sidan på GGG-skivan för att en skiva

Claims (10)

*7865925-0 med extra hög kvalitet skall erhållas. Denna process är särskilt lämplig för hårda enkristallmaterial såsom exempelvis GGG, granat, safir och dylikt därför att processen gör det möjligt att skära dessa hårda material på ett lättare sätt än konventionella metoder. Dessutom erhålles en överlägsen skiva. Processen kan också användas med gott resultat på mjukare enkristallmaterial såsom exempelvis kisel och germanium, när planhet och parallellitet fortfarande skapar problem. Patentkrav.

1. Metod för att skiva ett ämne av ett hårt enkristallmaterial, k å n n e - t e c k n a'd av bearbetning av ytan på ämnet, så att detta får en längdaxel, som i huvudsak motsvarar den kristallografiska axeln, placering av nämnda bearbetade ämne så att det orientsras i huvudsak i rät vinkel med.ett roterande inner- diametersägblad, rotation av ämnet kring långdaxeln under bevarande av orienteringen samt etablering av ingrepp mellan det roterande ämnet och det roterande sågbladet, så att ämnet skivas.

2. Metod enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n.a d därav, att ämnets yta bearbetas så, att längdaxeln ligger inom 0.l° från den kristallografiska axeln.

3. Metod enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att ämnets yta bearbetas så, att långdaxeln ligger inom 0.050 från den kristallografiska axeln. I

4. R. Metod enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att ämnet roteras mellan 10 och 100 varv per minut utan vibrationer, som ogynnsamt påverkar skivytan.

5. Metod enligt patentkravet H, k ä n n~e t e c-k n a d därav, att ämnet roteras mellan 10 och ü5 varv per minut.

6. Metod enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att ämnet och sågbladet roterar i samma riktning.

7. Metod enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att ämnet och sâgbladet roterar i motsatta riktningar.

8. Metod enligt patentkravet l, k â n n e t e c k n a d av polering av skivan under tillräcklig tid för att en slät yta skall åstadkommas, som är plan och parallell.

9. Metod enligt patentkravet 8, k å n n e t e c k n a d av polering av skivan på den andra ytan.

10. Metod enligt patentkravet 9, k ä n n e't e c k n a d av finslipning av en yta på skivan före polering.