WO2013127847A1 - Vorrichtung und verfahren zum gleichzeitigen trennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum gleichzeitigen trennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück Download PDF

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WO2013127847A1
WO2013127847A1 PCT/EP2013/053925 EP2013053925W WO2013127847A1 WO 2013127847 A1 WO2013127847 A1 WO 2013127847A1 EP 2013053925 W EP2013053925 W EP 2013053925W WO 2013127847 A1 WO2013127847 A1 WO 2013127847A1
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wire
gate
sections
workpiece
piece
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PCT/EP2013/053925
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English (en)
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Inventor
Georg Pietsch
Original Assignee
Siltronic Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
    • B28D5/04—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools
    • B28D5/045—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor by tools other than rotary type, e.g. reciprocating tools by cutting with wires or closed-loop blades

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for separating a plurality of slices from a workpiece, in particular semiconductor wafers, from a crystal by means of wire assisted slitting.
  • Semiconductor wafers for producing photovoltaic cells as substrates for structuring microelectronic or microelectromechanical components.
  • Semiconductor wafers are wafers of semiconductor materials such as elemental semiconductors (silicon, germanium), compound semiconductors (for example of a third major group of the periodic table such as aluminum, gallium or indium and a fifth main group element such as nitrogen, phosphorus or arsenic) or compounds thereof (for example Sii - x Ge x , 0 ⁇ x ⁇ 1). They are needed in particular as mostly monocrystalline base material for electronic components and have to meet particularly high demands in terms of flatness, cleanliness and poor defect.
  • elemental semiconductors silicon, germanium
  • compound semiconductors for example of a third major group of the periodic table such as aluminum, gallium or indium and a fifth main group element such as nitrogen, phosphorus or arsenic
  • compounds thereof for example Sii - x Ge x , 0 ⁇ x ⁇ 1
  • a chip-removing method such as separating lapping.
  • det The term span refers to a particle detached from the workpiece.
  • a chip removing process is lapping.
  • Lapping is a machining with a tool carrier in the presence of a sludge of lapping grain called hard materials in a carrier liquid.
  • the slurry is also referred to as "slurry.”
  • Lapping is based on a three-body interaction between the workpiece, the lapping grain and the tool carrier during lapping by brittle-erosive separation of the material cohesion by predominantly vertical force application of the lapping grain onto the workpiece. For example, a wire containing no hard materials, the chip forming in
  • a disc is a geometric body in the form of a cylinder whose height is small compared to the mean extent of its base and top surfaces. Of particular importance are discs in the form of flat cylinders with a circular or polygonal base. In particular, semiconductor wafers have a straight-circular cylindrical shape with a very small height.
  • lapping grain find particular grains of diamond, silicon carbide, boron carbide, boron nitride, silicon nitride, zirconium oxide, silicon dioxide, aluminum oxide, chromium oxide, titanium nitride, tungsten carbide, titanium carbide, vanadium carbide and mixtures of the ge ⁇ called, use.
  • the carrier liquid are ⁇ example, polyols or mixtures of polyols or mineral oils or Mixtures of mineral oils used.
  • the carrier liquid may also contain additives.
  • Trennläppen For the production of semiconductor wafers from a rod-shaped workpiece by means of Trennläppen come in particular diamond, silicon carbide or aluminum as Läppkorn, glycols and mineral oils as a carrier liquid and hardened steel ("piano ⁇ wire”), polyamide (“nylon”) or other high-tensile Kunststoff ⁇ materials such as polyester as wire material in question.
  • the Trennläppen can be distinguished by single or multiple Trennläppen.
  • multiple-severing lapping a multiplicity of disks are produced simultaneously, for example by a wire being deflected in such a way that it repeatedly engages with the workpiece in the form of a plurality of sections of the same wire and thus forms a multiplicity of separating gaps simultaneously.
  • An apparatus therefor ( “Slurry-wire saw”, “slurry wire saw”) comprises wire, at least two cylindrical Drahtuze approximately roll ⁇ , each rotatable shaft about their respective cylinder mounted and their axes are arranged horizontally and parallel to each ⁇ other and their Each lateral surfaces have a plurality concentrically around the respective axis and substantially equidistantly extending grooves, a take-off and a take-up reel, a device for biasing the wire in the wire longitudinal direction, a ZuStellvorides with which the workpiece perpendicular to the axes of the wire guide rollers on the through Axes spanned level can be delivered, and an apparatus for introducing a cutting means in the form of a slurry of loose hard materials in a carrier liquid.
  • the wire is guided under tension by means of the grooves spirally several times over the wire guide rollers that individual wire sections come to lie parallel to each other and form a wire gate.
  • the wire guide By turning the wire guide in the same direction rollers, the wire is unwound from the supply reel and wound onto the take-up spool. This move the
  • Wire sections of the wire gate respectively parallel to each other and at the same speed in the wire longitudinal direction.
  • the separation process usually comprises a uniform
  • Holding aid is attached to the workpiece.
  • the discs are separated by the separation gap caused by the wire gate and connected only like tines of a comb with a part of its shell ⁇ surface with the sawed saw bar.
  • the speed of delivery of the workpiece through the wire gate can be done at constant cross wire tension, at constant speed, or at any combination of wire cross voltages and infeed speeds.
  • the vocational step method "pilgrim step motion", "wire reciprocation”). In doing so, the entire cut is carried out with constant execution of vocational steps. leads.
  • a vocational step comprises first moving the wire in a first wire longitudinal direction a first length and second moving the wire in a second direction exactly opposite the first direction by a second length, the second length being smaller than the first length.
  • Characterized pilger passes through a total of the sum of the lengths in ⁇ respective wire length the workpiece, while the thereby coming into cutting engagement with the workpiece
  • Wire section only by a length corresponding to the difference of both lengths from the take-off to take-up reel further moved.
  • the wire is therefore used multiple times in the pilgrim step method in the ratio of the sum to the difference between the two lengths.
  • a slurry wire saw and its use for separating semiconductor wafers are described, for example, in EP0798091A2.
  • the multiple Trennläppen with a wire has a number of disadvantages inherent in the Trennläppen in principle. These disadvantages affect the achievable flatness of the cut surfaces, the parallelism of front and back of the slices obtained by the cutting operation, and the roughness and the degree of sub-surface damage.
  • the length over which a wire section and the cutting means in the separating gap are in three-body interaction with the bottom of the separating gap is referred to as the engaging length.
  • the adhering to the wire sections and reaching into the separating gap cutting material is subject to wear over the length of wear, for example, by splitting the lapping ⁇ grain into ineffective fragments, and a concentration reduction by further stripping and dripping.
  • the material removal rate and the width of the separating gap therefore decrease from wire entry into the workpiece until wire exit from the workpiece.
  • Slices a method in which by means of a slurry wire saw first a first Trennläppen with a first wire and then a second Trennläppen is performed with a second wire, wherein the first wire has a smaller diameter than the second wire and wherein the first Trennläppen a At least partially severing the rod and the second Trennläppen complete cutting of the rod comprises.
  • the object of the present invention is to provide a device and an economical method for
  • the discs simultaneously separating a large number of slices from one Specify a workpiece, the discs with a low waviness of their surfaces accessible and in which the cutting means is distributed as evenly as possible over the length of the wire engagement in the workpiece.
  • an apparatus for simultaneously separating a plurality of pulleys from a workpiece comprising two groups of wire guide rollers arranged horizontally and parallel to each other, rotatably supported and grooved with wire in the grooves around the wire guide rollers is guided, that between the wire guide rollers wire sections are present, the
  • Wire sections lies in a plane that intersects the first and the second wire gate perpendicular, and the
  • Movement direction is opposite in each pair of moving wire sections.
  • the first and the second wire gate have a constant distance h to each other with identical wire traverse voltage on all wire sections of the wire gate. At different wire cross voltages, so under load during the separation of slices from a workpiece, the first and the second wire gate generally have no constant distance from each other.
  • h denotes the smallest distance between the first and second wire gates.
  • the first wire gate is the one through which the workpiece is first moved, that is, the upper wire gate.
  • the wire forming the first and second wire gates consists either of a one-piece piece of wire or of a first and a second piece of wire, which are separate from one another, wherein the first wire gate is formed by the first piece of wire and the second wire gate by the second piece of wire.
  • the first and second wire pieces may have the same diameter, or the diameter of the first wire piece is larger than the diameter of the second wire piece.
  • the object is also achieved by a method of simultaneously separating a plurality of disks from a workpiece, comprising moving the workpiece from above through first and second wire gates of a wire saw
  • the present invention relates generally to the simultaneous separation of a plurality of discs of arbitrarily shaped workpieces from arbitrary chip lifting machinable materials.
  • the invention particularly relates to the separation of a plurality of slices of prisms with rectangular, hexagonal or octagonal base surfaces or of circular cylinders made of glass, sapphire, quartz or semiconductor material.
  • a diameter of workpieces of any shape here is the diameter of
  • Circular surface understood to the projection surface along the principal axis of inertia of the workpiece with the least
  • the workpiece is a circular cylinder such as a semiconductor rod
  • it is glued on its lateral surface and parallel to the axis with a bar of glass, plastic or graphite and clamped by means of the bar with its axis parallel to the axes of the wire guide rollers in a ZuStellvorraum.
  • the invention is particularly suitable for simultaneously separating a plurality of semiconductor wafers from a straight-circular cylindrical rod made of semiconductor material, which has a diam ⁇ ser of equal to or greater than 450 mm. The method is carried out so that the wire ⁇ sections of the first wire gate opposite to the
  • the method can be carried out while constantly reversing the directions of movement of the wire sections of both wire gates.
  • Movement reversals are each carried out so that in a first sub-step each wire section of each
  • the method may be performed such that for each measured at ⁇ attitude of the workpiece by a corresponding to the distance of the two wire gate exact amount an odd number of reversals in direction.
  • the method can use exactly one piece of wire, the sections of which form both wire gates; or the method can use exactly two pieces of wire, wherein the Drahtabschnit ⁇ te of the first piece of wire, the first wire and the gate wire sections of the second piece of wire, the second wire gate bil ⁇ .
  • the diameter of the second piece of wire whose wire sections form the second wire gate can be smaller than the diameter of the first piece of wire whose wire sections form the first wire gate.
  • the method can be carried out with the same cross-wire tension for all wire sections of both wire gates.
  • the cross-wire tension of the wire sections of the first piece of wire forming the first wire gate may be different than the wire crossing tension of the wire sections of the second piece of wire forming the second wire gate.
  • the method can be carried out with identical amounts of the speed of movement of all wire sections of both wire gates in the wire longitudinal direction.
  • Speed of movement of the wire sections of the first wire gate in the wire longitudinal direction be different from the amount of speed of movement of the wire sections of the second wire gate in the wire longitudinal direction.
  • the process may be carried out so that the first wire gate on the side of entry of the moving Drahtab ⁇ sections of the first wire web fed into the workpiece volume flow of the cutting means coincides with the volume ⁇ current to the cutting means, the second wire web on the side of the inlet the moving wire sections of the second wire gate is fed into the workpiece.
  • the process may be carried out so that the first wire gate on the side of entry of the moving Drahtab ⁇ sections of the first wire web fed into the workpiece volume flow of cutting means is different to the volume flow to the cutting means, the second wire web on the side of entry of the moving Wire sections of the second wire gate is fed into the workpiece.
  • Fig. 1 shows wire guide rollers and wire guide in a device according to the invention in a perspective view
  • Fig. 2 shows the essential elements of an inventive
  • FIG. 3 shows workpiece, separating gaps and wire sections of a device according to the invention at the beginning of
  • Fig. 4 shows workpiece, separating gaps and wire sections of a device according to the invention at the end of
  • Fig. 5 shows workpiece, wire passage through the workpiece
  • Fig. 6 shows workpiece, wire passage through the workpiece
  • Wire run from left to right.
  • Fig. 7 shows workpiece, wire passage through the workpiece
  • Fig. 8 shows an embodiment of an inventive
  • Fig. 9 shows details of a separating gap in cross section.
  • Fig. 10 shows a device according to the invention with a total of exactly one wire
  • FIG. 1 shows wire guide rollers and wire guide of a device according to the invention in a perspective view. To clarify the wire guide all other elements are omitted.
  • a left outer wire guide roller 1 is rotatably supported ⁇ direction 24 about an axis 5 and a right outer wire guide roller 2 with the same direction of rotation 24 rotatably about an axis 8.
  • the axes 5 and 8 are parallel zueinan ⁇ arranged.
  • the lateral surfaces of both wire guide rollers are each provided with a plurality of peripheral, each closed ⁇ sener and equidistantly arranged in the axial direction grooves 9.
  • the grooves 9 guide an outer wire 10. For better distinctness wire 10 is shown in dashed lines.
  • Wire 10 is so spirally placed in the grooves 9 around the two outer wire guide rollers 1 and 2 that on the
  • Wire gate 12 is formed.
  • a lower outer wire gate 13 is formed from parallel extending portion of the wire 10 by means of guide on a wire guide roller relative to the other wire guide roller offset by an axial position grooves 9. Since the wire ⁇ sections in the lower outer wire gate are axially offset from one wire guide roller to the other wire guide roller by a groove, the wire sections of the lower run outer wire gate 13 slightly oblique to the wire portions of the upper outer wire gate 12th
  • the apparatus shown in Fig.l comprises a further Anord ⁇ voltage from inner wire guide rollers 3 and 4 and an inner wire 11.
  • the axes 6 and 7 of the inner wire guide rollers 3 and 4 are parallel to each other and to axes 5 and 8 of the outer wire guide rollers 1 and 2 arranged.
  • the inner wire guide rollers 3 and 4 rotate in the same direction in the direction 25.
  • the inner wire 11 is spirally guided around the inner wire guide rollers 3 and 4, so at the top of a wire gate 14 of parallel sections of the wire 11 and at the bottom of a wire gate 15 from parallel portions of the wire 11 is formed.
  • the wire sections by grooves 9 in equal be Obersei ⁇ tig
  • Axial positions of the wire guide rollers 3 and 4 out, and on the underside of a wire guide roller to the other a change to an axially adjacent groove 9, so that the Wire sections in wire gate 15 again slightly oblique opposite the wire sections in wire gate 14 extend.
  • the inner wire 11 is fed in the direction 20 of a Drahtabwickelspule, so that the wire sections of the upper inner wire gate 14 in the same direction and at the same speed in the direction 21 and the Drahtab ⁇ sections of the lower inner Wire gate 15 in the same direction to each other and at the same speed in one, the direction 21 to the small angle due to the groove change, ge ⁇ exactly opposite direction 23 extend.
  • the movement of the wire sections takes place in respective wire ⁇ longitudinal direction and relative to the workpiece, with continued feeding of cutting means 33 and 35 and further delivery of the workpiece 26 in the direction 29 to the upper wire gate 12 and 14.
  • the result is a material removal, by means of which the wire sections work through the workpiece 26 to form a plurality of separating gaps 31.
  • only the wire sections of the upper outer wire gate 12 come into contact with the bottom 50 of the separating column 31.
  • the length over which the wire sections of the upper outer wire gate 12 are in contact with the bottom of the separating column, where the separation process proceeds, is the engagement length 43a.
  • the upper outer wire gate 12 In order for wafers to be completely separated from the workpiece, the upper outer wire gate 12 must work completely over the entire cross-section of the workpiece without the lower wire gates 13 and 15 contacting the workpiece. Accordingly, when using the embodiment of FIG. 1 and FIG. 2, the diameter of the smaller wire guide rollers 3 and 4, which span the inner wire gates 14 and 15, must be at least as large as the largest extension of the workpiece in the feed direction. In a circular cylindrical workpiece, the diameter of the inner wire guide rollers 3 and 4 must therefore be greater than the diameter of the workpiece. In addition, the diameters of the outer wire guide rollers 1 and 2 must be larger than the diameters of the inner wire guide rollers 3 and 4.
  • the wire portions of the upper inner wire gate 14 does not come into contact with the base 50 of the separation column 31 and lei ⁇ sten therefore no direct material removal at the gap base 50.
  • the length extending over which the wire portions of the wire web 14 within the resulting sawing gaps 31 is, therefore, as Passage length 43b and not designated as engagement length ⁇ net.
  • the arrangement of the wire sections in the separating gaps is illustrated once again in FIG. 3 and FIG. 4, which show workpiece 26 and separating gaps 31 in a side view.
  • Fig. 3 shows the situation shortly after the beginning of the separation process at low Incision depth 36; 4 at the end of the separation process with a large incision depth 36.
  • the separation gaps extend at this time over the entire cross section of the workpiece 26, and the wire sections of the upper outer wire gate 12 are already completely within the strip 27th
  • FIGS. 3 and 4 also show a preferred embodiment of the invention in which wire pieces of different diameter are used.
  • the wire whose sections form the upper wire gate 12, preferably has a larger diameter than the wire whose portions form the lower wire gate 14.
  • Fig. 5 shows further details of the course of the delivery of the workpiece 26 in the direction 29 against the wire sections of the wire gates 12 and 14.
  • the wire In order for there to be a chip-removing material removal, the wire must exert a force on the workpiece. This is called wire cross voltage.
  • Cross-wire tension is built up by preloading the wire in the wire longitudinal direction with a wire longitudinal tension and at the same time deflecting it by delivering the workpiece.
  • the cross-wire tension thus also depends on the elastic properties of the wire material.
  • ⁇ length constant shear the wire deflection of a parabola follows. Out of engagement there is no transverse force, and the wire is straight in the direction 17 from the left outer wire guide roller (not shown in Fig. 5) to the point of entry into the workpiece and also straight from the point of exit from the tool to the right outer wire guide. role (not shown in Fig. 5).
  • Reference numeral 37 denotes the maximum wire deflection at the apex of the parabola.
  • the separation gaps therefore have a greater depth 36a at the points of wire entry and exit due to wire deflection than a depth 36b at the center of the engagement.
  • the distance between the two wire gates is outside each other the engagement with the workpiece is greatest and lowest at the apex of the parabola.
  • the smallest distance of the wire gate from each other is designated by the reference h.
  • a blocking wall 38 of cutting means forms, which drips off the workpiece before it enters the separating column and is not available for the separating operation. To a lesser extent, stripping also takes place on the sides of the wire. Although the wire exerts no force on the side surfaces of the separating gaps, high shear stress occurs in the viscous film
  • the wire running direction 17 of the wire sections of the upper, material-removing wire gate 12 and the wire ⁇ running direction 21 of the wire sections of the lower, the Trennspal ⁇ th additional cutting means feeding wire gate 14 are chosen opposite.
  • Sl S1 (L1) the course 40 of the concentration Sl of cutting means on the wire sections of the wire gate 12 as a function of the length LI over the Engagement length 43a
  • Sl increases with increasing length LI through consumption and depletion during the material abrading contact with the Trennspaltground 50 strongly off (course 40).
  • S2 increases with increasing Length L2 less strong, as no lateral force is exerted on the wire.
  • a particularly uniform profile 42 results when the wire gate 12 acting as a "cutting gate” and the wire gate 14 acting as a "conveying gate” in the feed direction 29 have the smallest possible distance from each other.
  • the comparative moderation of the course 42 if by different
  • the wire deflection-free output distance of the gates is the sum of Draht trim ⁇ bend 37 and minimum gate pitch h.
  • a wire gate free of wire deflection is present, for example, when the wire gate does not engage in the workpiece.
  • the direction of the wire longitudinal movements 17 and 21 is reversed several times during a complete cut through the workpiece, with each pair of direction reversal pairs called "pilgrim step" moving the wire sections a greater length in one direction and a shorter length in the opposite direction
  • the reversal of the direction of movement 17 of the wire sections of wire gate 12 and the direction of movement 21 of the wire sections of wire gate 14 is preferably simultaneous, but the reversal of the directions of movement 17 and 21 can also be effected with a slight time delay, since shortly before and after the reversal, the wire speed by slowing or accelerating the wire guide rollers is comparatively slow and at this speed the stripping effect of cutting means at the location of the wire entry 51 in the workpiece 26 of the at comparatively high wire speed
  • Fig. 7 shows the situation after the reversal of the direction of movement for identical wire tension and deflection as in Fig. 5, but reversed wire directions 17 and 21.
  • Wire gates did not show alternately left to right splitting decreases. This results therefore particularly low-well, uniform surfaces. While taking advantage of the back-step process can be used without embedding ⁇ tr foundedung the flatness of the resulting discs.
  • the period corresponds to the duration of the delivery of the workpiece to the wire gate to deliver the workpiece over a length in the feed direction, which corresponds to the distance between the two wire gates.
  • a ripple possibly generated by the wire portions of the upper gate wire 12 is then compensated by a " ⁇ After lapping" by means of the wire portions of the lower wire gate 14 in exactly the opposite direction, and it resulted produce particularly smooth, undistorted and homogeneous surfaces of the slices obtained at the end of the cut.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a device according to the invention with a shorter upper outer wire gate 12.
  • the diameter of the wire guide rolls 44 and 47 can be freely selected, since the wire guide rollers spanning only one wire gate 12 (and no wire web from returning Wire sections) so that the workpiece is always full can constantly pass through the wire gate.
  • Wire guide rollers 1 and 2 The ratio of the rotational speeds of both wire guide roller pairs is inversely proportional to their diameter ratio.
  • the ratio of the rotational speeds of both wire guide roller pairs is inversely proportional to their diameter ratio.
  • Fig. 10 shows a particularly preferred embodiment of a device according to the invention with a wire 10, which consists of a one-piece piece of wire.
  • Wire 10 is fed in the direction 16 from a wire unwinding spool (not shown in FIG. 10) in the first groove 9 of the outer left wire guide roller 1 and moves further in the direction 17 as a wire portion of the upper outer wire gate 12 through the separating gap 31 of the workpiece 26 the first groove 9 of the outer right wire guide roller 4 and ⁇ around them. Then it is on the first groove 9 of the inner right wire guide roller 4 umge ⁇ steers, it passes through to H and moves further in the direction 14 - so preferably opposite to the direction 17 - as a wire ⁇ section of the upper inner wire gate 14 through the separation slit 31 of the workpiece 26 on inner left wire guide roller 3.
  • the embodiment shown in FIG. 10 is particularly advantageous ⁇ way because no lower wire gate result as in Fig. 1 and 2, 13 and 15.
  • the diameter of the wire guide rollers can thus be selected smaller than the longest extent of the workpiece in Zu ⁇ adjusting direction 29.
  • This arrangement is particularly compact and can be made even smaller overall than known wire saws which have "lower wire return gates.” It is therefore particularly advantageous for separating disks of workpieces with comparatively large diameters,
  • the outer wire guide rollers 1 and 2 can also be smaller are selected as the inner wire guide rollers 3 and 4, in which case the axes 5 and 8 of äuße ⁇ ren wire guide rollers 1 and 2 are arranged according to above the axes 6 and 7 of the wire guide rollers 3 and 4.
  • the inventive apparatus may also comprise more than two wire guide rollers ⁇ the formation of each of the two wire gate 12 and the fourteenth Fig. 11 shows an embodiment with four outer wire guide rollers 1, 2, 58, 59 for the outer wire gate 12 and three inner wire guide rollers 3, 4, 57 for the inner wire gate 14.
  • the wire 10 runs from feed ⁇ direction 16 on the first Groove 9 of wire guide roller 1 through the separating gap 31 in the workpiece 26, the first groove 9 of wire guide roller 2, the first groove 9 of wire guide ⁇ roller 59, the second groove 9 of the wire guide roller 58, the second groove 9 of the wire guide roller 1 and so on until it passes through the last groove 9 of the wire guide roller 2 and then leaves the assembly in the direction 18.
  • the wire 11 passes from feeding device 20 via the first groove 9 of the wire guide roll 4 by the separation gap 31 in the workpiece 26, via the first groove 9 of the wire guide roller 3 and the second groove 9 of the wire guide roller 57, the second groove 9 of the Drahtraw ⁇ approximately roll 4 and so on until it leaves the assembly in direction 22 through the last groove 9 of the wire guide roller 3.
  • the grooves change can be performed for the wire 10 also in the wire guide roll 2 on the wire guide roll 59 or of the wire guide roll 58 on the wire guide roll 1 and for the wire 11 also in the wire ⁇ guide roller 57 on the wire guide roller 4.
  • the axes 60, 61 and 62 of the additional wire guide rolls 57, 58 and 59 run parallel to the axes 5, 6, 7 and 8 of the wire guide rollers 1, 3, 4 and 2 and thus parallel to the axis 30 of the workpiece 26th

Landscapes

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Abstract

Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück Gegenstand der Erfindung sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück mittels Drahtsägen. Die Vorrichtung umfasst zwei Gruppen von Drahtführungsrollen, wobei ein erstes und ein zweites Drahtgatter einander überdeckend angeordnet sind und jeder Drahtabschnitt des ersten Drahtgatters mit genau einem Drahtabschnitt des zweiten Drahtgatters ein Paar von bewegten Drahtabschnitten bildet, wobei jedes Paar von bewegten Drahtabschnitten in einer Ebene liegt, die das erste und das zweite Drahtgatter lotrecht schneidet, und wobeidie Bewegungsrichtung in jedem Paar von bewegten Drahtabschnitten entgegengesetzt ist. Das Verfahren umfasst, dass die Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters in eine erste Richtung und die Drahtabschnitte deszweiten Drahtgatters in eine zweite Richtung bewegt werden, unddie erste Richtung und die zweite Richtung entgegengesetztsind.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Trennen
Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, insbesondere von Halbleiterscheiben von einem Kristall, mittels durch Draht unterstütztes Trennläppen.
Stand der Technik
Für viele Anwendungen werden dünne ebene Scheiben aus bestimmten Materialien benötigt, beispielsweise Glasscheiben als
Substrate zur Herstellung von Magnetspeicherplatten („hard drive disks", HDD) , Scheiben aus Saphir oder Siliciumcarbid als Unterlage zur Fertigung optoelektronischer Bauteile oder
Halbleiterscheiben zur Herstellung von photovoltaischen Zellen („Solarzellen") als Substrate zur Strukturierung mikroelek- tronischer oder mikro-elektromechanischer Bauelemente.
Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien wie beispielsweise Elementhalbleiter (Silicium, Germanium) , Verbindungshalbleitern (beispielsweise aus einem Element der dritten Hauptgruppe des Periodensystems wie Aluminium, Gallium oder Indium und einem Element der fünften Hauptgruppe wie Stickstoff, Phosphor oder Arsen) oder deren Verbindungen (beispielsweise Sii-xGex, 0 < x < 1) . Sie werden insbesondere als meist einkristallines Grundmaterial für elektronische Bauelemente benötigt und müssen dafür besonders hohe Anforderungen in Bezug auf Ebenheit, Sauberkeit und Defektarmut erfüllen.
Zum Abtrennen der Scheiben von einem Werkstück wird insbeson- dere ein Span abhebendes Verfahren wie das Trennläppen verwen- det. Als Span wird ein vom Werkstück abgelöstes Teilchen bezeichnet .
Ein Span abhebendes Verfahren ist das Läppen. Läppen ist ein Spanen mit einem Werkzeugträger in Gegenwart einer Aufschläm- mung von Läppkorn genannten Hartstoffen in einer Trägerflüssigkeit. Die Aufschlämmung wird auch als „Slurry" bezeichnet. Der Materialabtrag erfolgt beim Läppen durch spröd-erosive Trennung des Materialzusammenhalts durch überwiegend vertikalen Krafteintrag des Läppkorns auf das Werkstück. Läppen beruht auf einer Dreikörper-Wechselwirkung zwischen Werkstück, Läppkorn und Werkzeugträger, wobei der Werkzeugträger, beispielsweise ein Draht, keine Hartstoffe enthält, die Span bildend in
Eingriff mit dem Werkstoff gelangen.
Unter Trennläppen versteht man ein Abtrennen von Teilkörpern wie beispielsweise Scheiben aus einem Werkstück durch Bilden von Trennspalten mittels Läppen. Ist der Werkzeugträger Draht, hängt die Breite eines im Werkstück gebildeten Trennspalts im Wesentlichen vom Durchmesser des Drahtes und der Korngröße des Läppkorns ab. Als Scheibe bezeichnet man einen geometrischen Körper in Form eines Zylinders, dessen Höhe klein gegenüber der mittleren Ausdehnung seiner Grund- und Deckfläche ist. Besondere Bedeutung haben Scheiben in Form flacher Zylinder mit kreisförmiger oder polygonaler Grundfläche. Halbleiterscheiben besitzen insbesondere eine gerade-kreiszylindrische Form mit sehr geringer Höhe.
Als Läppkorn finden insbesondere Körner aus Diamant, Silicium- carbid, Borcarbid, Bornitrid, Siliciumnitrid, Zirkonoxid, Sili- ciumdioxid, Aluminiumoxid, Chromoxid, Titannitrid, Wolfram- carbid, Titancarbid, Vanadiumcarbid sowie Mischungen der ge¬ nannten, Verwendung. Als Trägerflüssigkeit werden beispiels¬ weise Polyole oder Mischungen aus Polyolen oder Mineralöle oder Mischungen aus Mineralölen, eingesetzt. Die Trägerflüssigkeit kann darüber hinaus auch Zusätze enthalten.
Zur Herstellung von Halbleiterscheiben von einem stabförmigen Werkstück mittels Trennläppen kommen insbesondere Diamant, Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid als Läppkorn, Glykole und Mineralöle als Trägerflüssigkeit und gehärteter Stahl („Piano¬ draht"), Polyamid („Nylon") oder andere hochzugfeste Kunst¬ stoffe wie Polyester als Drahtmaterial in Frage.
Das Trennläppen kann nach Einfach- oder Vielfach-Trennläppen unterschieden werden. Beim Vielfach-Trennläppen entsteht eine Vielzahl von Scheiben gleichzeitig, beispielsweise indem ein Draht so umgelenkt wird, dass er in Gestalt mehrerer Abschnitte desselben Drahts mehrfach in Eingriff mit dem Werkstück gelangt und so eine Vielzahl von Trennspalten gleichzeitig bildet. Eine dafür geeignete Vorrichtung („Slurry-Drahtsäge" , „slurry wire saw") umfasst Draht, mindestens zwei zylindrische Drahtfüh¬ rungsrollen, die jeweils drehbar um ihre jeweilige Zylinder- achse gelagert und deren Achsen horizontal und parallel zuein¬ ander angeordnet sind und deren Mantelflächen jeweils eine Vielzahl konzentrisch um die jeweilige Achse und weitgehend äquidistant zueinander verlaufende Rillen aufweisen, eine Ab- und eine Aufwickelspule, eine Vorrichtung zum Vorspannen des Drahtes in Drahtlängsrichtung, eine ZuStellvorrichtung, mit der das Werkstück senkrecht zu den Achsen der Drahtführungsrollen auf die durch die Achsen aufgespannte Ebene zugestellt werden kann, und eine Vorrichtung zum Einbringen eines Schneidmittels in Form einer Aufschlämmung von losen Hartstoffen in einer Trägerflüssigkeit.
Der Draht wird unter Spannung mittels der Rillen spiralförmig mehrfach so über die Drahtführungsrollen geführt, dass einzelne Drahtabschnitte parallel zueinander zu liegen kommen und ein Drahtgatter bilden. Durch gleichsinnige Drehung der Drahtfüh- rungsrollen wird der Draht von der Abwickelspule ab- und auf die Aufwickelspule aufgewickelt. Dabei bewegen sich die
Drahtabschnitte des Drahtgatters jeweils parallel zueinander und mit gleicher Geschwindigkeit in Drahtlängsrichtung.
Der Trennvorgang umfasst üblicherweise ein gleichförmiges
Bewegen der Drahtabschnitte im Drahtgatter durch gleichsinnige Drehung der Drahtführungsrollen; ein langsames Zustellen des Werkstücks parallel zur Senkrechten des Drahtgatters auf das bewegte Drahtgatter hin; ein In-Kontakt-Bringen des Werkstücks mit dem bewegten Drahtgatter unter Zuführung von Schneidmittel; das Bewegen des Werkstücks durch das Drahtgatter unter fortgesetzter Zuführung des Schneidmittels und schließlich das Beenden von Zustellung des Werkstücks und Drehung der Drahtfüh- rungsrollen, wenn das Drahtgatter sich durch den gesamten
Querschnitt des Werkstücks hindurch gearbeitet hat und sich vollständig innerhalb einer Sägeleiste befindet, die als
Haltehilfe am Werkstück befestigt ist. Am Ende des Trennläppverfahrens liegt eine Vielzahl vollständig vom Werkstück abgetrennter Scheiben vor. Die Scheiben sind durch die vom Drahtgatter bewirkten Trennspalte getrennt und nur noch wie Zinken eines Kamms mit einem Teil ihrer Mantel¬ fläche mit der angesägten Sägeleiste verbunden. Nach dem
Herausziehen des Kamms aus dem Drahtgatter und Entfernen des Kamms aus der Drahtsäge werden die Scheiben vereinzelt und einer anwendungsabhängigen Folgebearbeitung zugeführt.
Die Geschwindigkeit der Zustellung des Werkstücks durch das Drahtgatter kann bei konstanter Drahtquerspannung erfolgen, mit konstanter Geschwindigkeit oder bei beliebigen Kombinationen von Drahtquerspannungen und Zustellgeschwindigkeiten. Besondere Bedeutung hat das Pilgerschritt-Verfahren („pilgrim step motion", „wire reciprocation" ) . Dabei wird der gesamte Schnitt unter fortwährender Ausführung von Pilgerschritten durchge- führt. Ein Pilgerschritt umfasst ein erstes Bewegen des Drahtes in eine erste Drahtlängsrichtung um eine erste Länge und ein zweites Bewegen des Drahtes in eine zweite, der ersten Richtung genau entgegengesetzte Richtung um eine zweite Länge, wobei die zweite Länge kleiner als die erste Länge gewählt wird. Je
Pilgerschritt durchläuft dadurch insgesamt eine der Summe bei¬ der Längen entsprechende Drahtlänge das Werkstück, während sich der dabei in Schneideingriff mit dem Werkstück gelangende
Drahtabschnitt nur um eine der Differenz beider Längen entspre- chende Länge von der Ab- zur Aufwickelspule hin weiterbewegt. Der Draht wird beim Pilgerschritt-Verfahren demnach im Verhältnis von der Summe zur Differenz der beiden Längen mehrfach genutzt. Eine Slurry-Drahtsäge und ihre Verwendung zum Trennen von Halbleiterscheiben sind beispielsweise in EP0798091A2 beschrieben.
Das Vielfach-Trennläppen mit einem Draht weist eine Reihe von Nachteilen auf, die dem Trennläppen prinzipiell innewohnen. Diese Nachteile beeinträchtigen die erzielbare Ebenheit der Schnittflächen, die Parallelität von Vorder- und Rückseite der durch den Trennvorgang erhaltenen Scheiben und die Rauigkeit und den Grad der Tiefenschädigung („sub-surface damage") .
Bedeutsam sind insbesondere oberflächennahe Schäden der
Kristallstruktur beim Trennläppen von Halbleitermaterial.
Während des Trennläppens gerät nur ein Bruchteil des
eingesetzten Schneidmittels tatsächlich in Kontakt mit dem Grund des Trennspalts. Der überwiegende Teil des eingesetzten Schneidmittels wird beim Eintritt der Drahtabschnitte in das Werkstück abgestreift. An der Mantelfläche bildet sich ein
Schwall gestauten Schneidmittels, der ungenutzt abtropft. Vom in den Sägespalt transportierten Schneidmittel gelangt wiederum nur ein Bruchteil zwischen Draht und den Spaltgrund und wird Span abhebend wirksam. Daher wird das Schneidmittel in der Regel mehrfach verwendet und in der Regel aufbereitet („Recycling") . Die Länge, über die ein Drahtabschnitt und das Schneidmittel im Trennspalt in Dreikörper-Wechselwirkung mit dem Grund des Trennspalts gelangen, wird als Eingriffslänge bezeichnet .
Das an den Drahtabschnitten anhaftende und in den Trennspalt gelangende Schneidmittel unterliegt über die Eingriffslänge einem Verschleiß, beispielsweise durch Zersplittern des Läpp¬ korns in unwirksame Bruchstücke, und einer Konzentrationsver- ringerung durch weiteres Abstreifen und Abtropfen. Die Materialabtragsrate und die Weite des Trennspalts nehmen daher vom Drahteintritt in das Werkstück bis zum Drahtaustritt aus dem Werkstück ab. Beim Trennläppen mit konstanter Drahtlaufrichtung entstehen dadurch keilförmige Scheiben mit vom Drahteintritt zum Drahtaustritt zunehmender Scheibendicke. Das Trennläppen mit fortwährender Umkehr der Drahtlaufrichtung (Pilgerschritt- Verfahren) liefert eine nahe der Werkstückmantelfläche sehr wellige Oberfläche aus Riefen (Drahteintritt) und Erhebungen (Drahtaustritt) , deren Wellenlänge durch den Schnittfortgang in Trennrichtung während eines vollständigen Pilgerschritts be¬ stimmt ist. Bei halber Eingriffslänge gleichen sich die erzeug¬ ten Welligkeiten aus, und die Scheibenoberfläche ist dort weit¬ gehend glatt. Eine im Pilgerschrittverfahren abgetrennte Schei¬ be ist dann zwar am Rand wellig, weist jedoch zumindest keine Keiligkeit in Drahtdurchlaufrichtung auf.
Welligkeit und Keiligkeit sind unerwünscht, da zu deren Besei¬ tigung höhere Mindestmaterialabträge in den Folgebearbeitungs¬ schritten erforderlich werden und dadurch die Bearbeitungs- kosten steigen und die Ausbeute sinkt.
Verschleiß und Verarmung des Schneidmittels über die Eingriffs¬ länge führen auch zu einer großen Querauslenkung (Durchbiegung) des Drahts über die Eingriffslänge. Das erhöht die Wahrschein- lichkeit eines Drahtrisses. Ein Drahtriss ist besonders schäd- lieh, da dann meist das gesamte, teilgeschnittene Werkstück verworfen werden muss.
DE 100 64 066 AI schlägt zur Verbesserung der Zufuhr von
Schneidmittel in die Trennspalte vor, Drahtgatter und Werkstück während des Trennvorgangs fortwährend gegeneinander zu ver¬ schwenken („Pendelsäge", „Rotationssäge"). Dadurch wird die Eingriffslänge stark verkürzt und dem Verarmungseffekt entge¬ gengewirkt. Es hat sich jedoch in der Praxis als nahezu unmög- lieh erwiesen, damit Scheiben mit planparallelen Oberflächen zu erhalten .
DE 10 2006 060 358 AI schlägt zur Verbesserung der Zufuhr von Schneidmittel in die Trennspalte vor, das Drahtgatter und einen Teil des Werkstücks in ein Bad aus Schneidmittel zu tauchen. Es zeigt sich jedoch, dass aufgrund des großen Aspektverhältnisses von Spaltbreite zu Spalttiefe und der Viskosität des Schneid¬ mittels ein wirkungsvoller Transport des Schneidmittels zum Grund der Trennspalte nicht stattfindet.
US 7,261,099 B2 schlägt zur Verbesserung der Ebenheit der
Scheiben ein Verfahren vor, bei dem mittels einer Slurry- Drahtsäge zunächst ein erstes Trennläppen mit einem ersten Draht und nachfolgend ein zweites Trennläppen mit einem zweiten Draht durchgeführt wird, wobei der erste Draht einen geringeren Durchmesser aufweist als der zweite Draht und wobei das erste Trennläppen ein mindestens teilweises Durchtrennen des Stabes und das zweite Trennläppen ein vollständiges Durchtrennen des Stabes umfasst.
Aufgabe
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung und ein wirtschaftliches Verfahren zum
gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück anzugeben, die Scheiben mit einer geringen Welligkeit ihrer Oberflächen zugänglich machen und bei denen das Schneidmittel möglichst gleichmäßig über die Länge des Drahteingriffs in das Werkstück verteilt ist.
Lösung
Die vorgenannte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, umfassend zwei Gruppen von Drahtführungsrollen, die horizontal und parallel zueinander angeordnet, drehbar gelagert und mit Rillen versehen sind, wobei Draht so in den Rillen um die Drahtführungsrollen herum geführt ist, dass zwischen den Drahtführungsrollen Drahtabschnitte vorhanden sind, die
parallel zueinander liegen und die ein erstes und ein zweites Drahtgatter bilden, wobei das erste und das zweite Drahtgatter einander in einem Abstand überdeckend angeordnet sind, und jeder Drahtabschnitt des ersten Drahtgatters mit genau einem Drahtabschnitt des zweiten Drahtgatters ein Paar von bewegten Drahtabschnitten bildet, wobei jedes Paar von bewegten
Drahtabschnitten in einer Ebene liegt, die das erste und das zweite Drahtgatter lotrecht schneidet, und die
Bewegungsrichtung in jedem Paar von bewegten Drahtabschnitten entgegengesetzt ist.
Das erste und das zweite Drahtgatter haben bei identischer Drahtquerspannung auf alle Drahtabschnitte der Drahtgatter einen konstanten Abstand h zueinander. Bei unterschiedlichen Drahtquerspannungen, also unter Last während des Trennens von Scheiben von einem Werkstück, haben das erste und das zweite Drahtgatter im Allgemeinen keinen konstanten Abstand zueinander. In diesem Fall bezeichnet h den geringsten Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Drahtgatter. Der Abstand h beträgt vorzugsweise nicht weniger als h = ld und nicht mehr als h = 50d, wobei d den mittleren Durchmesser der Drahtab- schnitte der Drahtgatter bezeichnet. Das erste Drahtgatter ist dasjenige, durch das das Werkstück zuerst bewegt wird, also das obere Drahtgatter. Der das erste und zweite Drahtgatter formende Draht besteht entweder aus einem einteiligen Drahtstück oder aus einem ersten und einem zweiten Drahtstück, die voneinander getrennt vorliegen, wobei das erste Drahtgatter vom ersten Drahtstück und das zweite Drahtgatter vom zweiten Drahtstück gebildet werden.
Das erste und das zweite Drahtstück können denselben Durchmesser haben, oder der Durchmesser des ersten Drahtstücks ist größer, als der Durchmesser des zweiten Drahtstücks. Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, umfassend das Bewegen des Werkstücks von oben durch ein erstes und ein zweites Drahtgatter einer Drahtsäge in
Gegenwart einer Aufschlämmung von Hartstoffen in einer Träger- flüssigkeit als Schneidmittel, wobei die Drahtgatter einander in einem Abstand überdecken und von Drahtabschnitten gebildet werden, die in Drahtlängsrichtung bewegt werden und beim Bewegen des Werkstücks durch die Drahtgatter Trennspalte im Werk¬ stück erzeugen, wobei im Verlauf des Bewegens des Werkstücks durch die Drahtgatter jeweils genau ein Drahtabschnitt des ersten Drahtgatters und genau ein Drahtabschnitt des zweiten Drahtgatters gleichzeitig in einem gemeinsamen Trennspalt vorhanden sind, und die Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters in eine erste Richtung und die Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters in eine zweite Richtung bewegt werden, und die erste Richtung und die zweite Richtung entgegengesetzt sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das gleichzeitige Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von belie- big geformten Werkstücken aus beliebigen Span abhebend bearbeitbaren Materialien. Die Erfindung bezieht sich besonders auf das Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von Prismen mit rechteckigen, hexagonalen oder oktogonalen Grundflächen oder von Kreiszylindern aus Glas, Saphir, Quarz oder Halbleitermate- rial. Das Verhältnis der Dicke t in Höhenrichtung der Scheiben zu deren Durchmesser D beträgt vorzugsweise nicht weniger als t/D = 0,0005 und nicht mehr als t/D = 0,02. Als Durchmesser von Werkstücken beliebiger Form wird hier der Durchmesser der
Kreisfläche verstanden, die zur Projektionsfläche entlang der Hauptträgheitsachse des Werkstücks mit dem geringsten
Trägheitsmoment flächenäquivalent ist.
Ist das Werkstück ein Kreiszylinder wie beispielsweise ein Halbleiterstab, so ist dieser an seiner Mantelfläche und parallel zur Achse mit einer Leiste aus beispielsweise Glas, Kunststoff oder Graphit verklebt und mittels der Leiste mit seiner Achse parallel zu den Achsen der Drahtführungsrollen in einer ZuStellvorrichtung aufgespannt. Die Erfindung eignet sich besonders zum gleichzeitigen Trennen einen Vielzahl von Halbleiterscheiben von einem gerade-kreiszylindrischem Stab aus Halbleitermaterial, der einen Durchmes¬ ser von gleich oder größer 450 mm hat. Das Verfahren wird so durchgeführt, dass sich die Draht¬ abschnitte des ersten Drahtgatters entgegengesetzt zu den
Drahtabschnitten des zweiten Drahtgatters bewegen.
Das Verfahren kann unter fortwährender gleichzeitiger Umkehr der Bewegungsrichtungen der Drahtabschnitte beider Drahtgatter durchgeführt werden. Insbesondere können dabei Paare von
Bewegungsumkehrungen jeweils so ausgeführt werden, dass sich in einem ersten Teilschritt jeder Drahtabschnitt eines jeden
Drahtgatters um eine jeweils erste Länge in eine jeweils erste Drahtlängsrichtung und in einem zweiten Teilschritt jeder Drahtabschnitt eines jeden Drahtgatters um eine jeweils zweite Länge in eine jeweils zweite, der ersten Richtung genau entge¬ gengesetzte Richtung bewegt, wobei die zweite Länge kleiner als die erste Länge gewählt wird.
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass bei jeder Zu¬ stellung des Werkstücks um einen dem Abstand der beiden Drahtgatter entsprechenden Betrag genau eine ungeradzahlige Anzahl von Richtungsumkehrungen erfolgt.
Das Verfahren kann genau ein einteiliges Drahtstück verwenden, dessen Abschnitte beide Drahtgatter bilden; oder das Verfahren kann genau zwei Drahtstücke verwenden, wobei die Drahtabschnit¬ te des ersten Drahtstückes das erste Drahtgatter und die Draht- abschnitte des zweiten Drahtstückes das zweite Drahtgatter bil¬ den .
Bei Verwendung von zwei Drahtstücken kann der Durchmesser des zweiten Drahtstücks, dessen Drahtabschnitte das zweite Draht- gatter bilden, kleiner sein als der Durchmesser des ersten Drahtstückes, dessen Drahtabschnitte das erste Drahtgatter bilden .
Das Verfahren kann mit gleicher Drahtquerspannung für alle Drahtabschnitte beider Drahtgatter durchgeführt werden.
Bei Verwendung von zwei Drahtstücken kann die Drahtquerspannung der Drahtabschnitte des ersten Drahtstückes, die das erste Drahtgatter bilden, verschieden sein von der Drahtquerspannung der Drahtabschnitte des zweiten Drahtstückes, die das zweite Drahtgatter bilden.
Das Verfahren kann mit identischen Beträgen der Geschwindigkeit der Bewegung aller Drahtabschnitte beider Drahtgatter in Draht- längsrichtung durchgeführt werden. Bei Verwendung von zwei Drahtstücken kann der Betrag der
Geschwindigkeit der Bewegung der Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters in Drahtlängsrichtung verschieden sein vom Betrag der Geschwindigkeit der Bewegung der Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters in Drahtlängsrichtung.
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass der dem ersten Drahtgatter auf der Seite des Eintritts der bewegten Drahtab¬ schnitte des ersten Drahtgatters in das Werkstück zugeführte Volumenstrom an Schneidmittel übereinstimmt mit dem Volumen¬ strom an Schneidmittel, der dem zweiten Drahtgatter auf der Seite des Eintritts der bewegten Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters in das Werkstück zugeführt wird.
Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass der dem ersten Drahtgatter auf der Seite des Eintritts der bewegten Drahtab¬ schnitte des ersten Drahtgatters in das Werkstück zugeführte Volumenstrom an Schneidmittel unterschiedlich ist zum Volumenstrom an Schneidmittel, der dem zweiten Drahtgatter auf der Seite des Eintritts der bewegten Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters in das Werkstück zugeführt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren ausführlich beschrieben .
Kurzbeschreibung der Figuren
Fig. 1 zeigt Drahtführungsrollen und Drahtführung in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht
Fig. 2 zeigt die wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in Frontalansicht. Fig. 3 zeigt Werkstück, Trennspalte und Drahtabschnitte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Anfang des
Trennläppvorgangs in Seitenansicht.
Fig. 4 zeigt Werkstück, Trennspalte und Drahtabschnitte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung am Ende des
Trennläppvorgangs in Seitenansicht.
Fig. 5 zeigt Werkstück, Drahtdurchlauf durchs Werkstück
während des Trennvorgangs und Slurryverteilung im
Trennspalt für ein erfindungsgemäßes Trennläppverfahren bei geringer Drahtquerspannung des oberen Drahtgatters und Drahtdurchlauf von links nach rechts.
Fig. 6 zeigt Werkstück, Drahtdurchlauf durchs Werkstück
während des Trennvorgangs und Slurryverteilung im
Trennspalt für ein erfindungsgemäßes Trennläppverfahren bei hoher Drahtquerspannung des oberen Drahtgatters und
Drahtdurchlauf von links nach rechts.
Fig. 7 zeigt Werkstück, Drahtdurchlauf durchs Werkstück
während des Trennvorgangs und Slurryverteilung im
Trennspalt für ein erfindungsgemäßes Trennläppverfahren bei geringer Drahtquerspannung des oberen Drahtgatters und Drahtdurchlauf von rechts nach links.
Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung mit kürzerem oberem Drahtgatter.
Fig. 9 zeigt Details eines Trennspalts im Querschnitt.
Fig. 10 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit insgesamt genau einem Draht
Liste der Bezugszeichen und Abkürzungen 1 linke äußere Drahtführungsrolle
2 rechte äußere Drahtführungsrolle
3 linke innere Drahtführungsrolle
4 rechte innere Drahtführungsrolle
5 Drehachse der linken äußeren Drahtführungsrolle
6 Drehachse der linken inneren Drahtführungsrolle Drehachse der rechten inneren Drahtführungsrolle
Drehachse der rechten äußeren Drahtführungsrolle
Drahtführungsrille
äußerer Draht (Schneidedraht)
innerer Draht (Slurry-Zuführungsdraht)
äußeres oberes Drahtgatter
äußeres unteres Drahtgatter
inneres oberes Drahtgatter
inneres unteres Drahtgatter
Einlaufrichtung des äußeren Drahtes von der Abwickelspule Längsbewegungsrichtung des äußeren oberen Drahtgatters Auslaufrichtung des äußeren Drahtes auf die Aufwickelspul Längsbewegungsrichtung des äußeren unteren Drahtgatters Einlaufrichtung des inneren Drahtes von der Abwickelspule Längsbewegungsrichtung des inneren oberen Drahtgatters Auslaufrichtung des inneren Drahtes auf die Aufwickelspul Längsbewegungsrichtung des inneren unteren Drahtgatters Drehrichtung der beiden äußeren Drahtführungsrollen
Drehrichtung der beiden inneren Drahtführungsrolle
Werkstück
Kittleiste
Klebstofffuge
Zustellrichtung des Werkstücks auf die oberen Drahtgatter Werkstückachse
Kamm mit Trennspalten
linke Slurry-Düse
Slurry-Strahl der linken Düse
rechte Slurry-Düse
Slurry-Strahl der rechten Düse
mittlere Einschnitttiefe
a Einschnitttiefe am Werkstückrand
b Einschnitttiefe im Werkstückzentrum
Durchbiegung des äußeren Drahts
Aufstauung des Schneidmittels am Eintritt des äußeren Drahts in das Werkstück 39 Aufstauung des Schneidmittels am Eintritt des inneren Drahts in das Werkstück
40 Verlauf der Konzentration des Schneidmittels des äußeren Drahts mit der Eingriffslänge
41 Verlauf der Konzentration des Schneidmittels des inneren Drahts mit der Eingrifflänge
42 Verlauf der Gesamtkonzentration des Schneidmittels von innerem und äußerem Draht mit der Eingrifflänge
43 mittlere Eingriffs- bzw. Durchtrittslänge von äußerem und innerem Drahtgatter
43a Eingriffslänge des äußeren Drahtgatters
43b Durchtrittslänge des inneren Drahtgatters
44 obere linke Drahtführungsrolle
45 Drehachse der oberen linken Drahtführungsrolle
46 Drehrichtung der oberen Drahtführungsrollen
47 obere rechte Drahtführungsrolle
48 Drehachse der oberen rechten Drahtführungsrolle
50 Grund des Trennspalts
51 Ort des Drahteintritts der Drahtabschnitte des oberen äußeren Drahtgatters in das Werkstück
52 Ort des Drahteintritts der Drahtabschnitte des unteren äußeren Drahtgatters in das Werkstück
53 Läppkorn (Hartstoff)
54 an Läppkorn verarmter Bereich
55 Torsionsbewegung des Drahtes
56 an Läppkorn reicher Bereich
57 untere innere Drahtführungsrolle
58 erste untere äußere Drahtführungsrolle
59 zweite untere äußere Drahtführungsrolle
60 Achse der unteren inneren Drahtführungsrolle
61 Achse der ersten unteren äußeren Drahtführungsrolle
62 Achse der zweiten unteren äußeren Drahtführungsrolle h minimaler Abstand beider Drahtgatter in Zustellrichtung L mittlere Eingriffslänge
LI Eingriffslänge des ersten Drahtgatters L2 Eingriffslänge des zweiten Drahtgatters
S mittlere Konzentration an Schneidmittel im Trennspalt
Sl Konzentration des durch das erste Drahtgatter in den
Trennspalt mitgeführten Schneidmittels
S2 Konzentration des durch das zweite Drahtgatter in den
Trennspalt mitgeführten Schneidmittels
Ausführliche Erfindungsbeschreibung Fig. 1 zeigt Drahtführungsrollen und Drahtführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht. Zur Verdeutlichung der Drahtführung sind alle weiteren Elemente fortgelassen. Eine linke äußere Drahtführungsrolle 1 ist mit Dreh¬ richtung 24 drehbar um eine Achse 5 gelagert und eine rechte äußere Drahtführungsrolle 2 mit gleicher Drehrichtung 24 drehbar um eine Achse 8. Die Achsen 5 und 8 sind parallel zueinan¬ der angeordnet. Die Mantelflächen beider Drahtführungsrollen sind jeweils mit einer Vielzahl umlaufender, jeweils geschlos¬ sener und äquidistant in Achsrichtung angeordneter Rillen 9 versehen. Die Rillen 9 führen einen äußeren Draht 10. Zur besseren Unterscheidbarkeit ist Draht 10 gestrichelt gezeigt.
Draht 10 ist so spiralförmig in den Rillen 9 um die beiden äußeren Drahtführungsrollen 1 und 2 gelegt, dass auf der
Oberseite mittels Führung durch Rillen 9 in gleichen Axial- Positionen beider Drahtführungsrollen 1 und 2 aus parallel verlaufenden Abschnitten des Drahts 10 ein oberes äußeres
Drahtgatter 12 gebildet wird. Auf der Unterseite wird mittels Führung durch auf einer Drahtführungsrolle gegenüber der anderen Drahtführungsrolle um eine Axialposition versetzte Rillen 9 ebenso ein unteres äußeres Drahtgatter 13 aus parallel verlaufenden Abschnittes des Drahts 10 gebildet. Da die Draht¬ abschnitte im unteren äußeren Drahtgatter von einer Drahtführungsrolle zur anderen Drahtführungsrolle um eine Rille axial versetzt werden, verlaufen die Drahtabschnitte des unteren äußeren Drahtgatters 13 leicht schräg zu den Drahtabschnitten des oberen äußeren Drahtgatters 12.
Im in Fig. 1 gezeigten Drahtverlauf wird der äußere Draht 10 mit Richtung 16 von links von einer in Fig.l nicht gezeigten
Drahtabwickelspule der ersten Rille 9 der linken äußeren Draht¬ führungsrolle 1 zugeführt. Durch Rotation 24 der Drahtführungs¬ rollen 1 und 2 bewegen sich alle Drahtabschnitte des oberen äußeren Drahtgatters gleichsinnig und mit gleicher Geschwindig- keit in Richtung 17 und alle Drahtabschnitte des unteren äuße¬ ren Drahtgatters gleichsinnig und mit gleicher Geschwindigkeit in Richtung 19. Dabei verläuft Richtung 19 des unteren äußeren Drahtgatters 13 bis auf eine geringe Winkelabweichung aufgrund des Rillenversatzes der Drahtabschnitte genau entgegengesetzt zur Richtung 17 des oberen äußeren Drahtgatters 12. Nach Durchlaufen aller Rillen 9 der Drahtführungsrollen 1 und 2 verlässt der äußere Draht 10 die Anordnung in Richtung 18 zu einer
Drahtaufwickelspule hin. Die in Fig.l gezeigte Vorrichtung umfasst eine weitere Anord¬ nung aus inneren Drahtführungsrollen 3 und 4 und einem inneren Draht 11. Die Achsen 6 und 7 der inneren Drahtführungsrollen 3 und 4 sind parallel zueinander und zu den Achsen 5 und 8 der äußeren Drahtführungsrollen 1 und 2 angeordnet. Die inneren Drahtführungsrollen 3 und 4 drehen sich gleichsinnig in Richtung 25. Der innere Draht 11 ist spiralförmig um die inneren Drahtführungsrollen 3 und 4 geführt, sodass an der Oberseite ein Drahtgatter 14 aus parallel verlaufenden Abschnitten des Drahts 11 und an der Unterseite ein Drahtgatter 15 aus parallel verlaufenden Abschnitten des Drahts 11 gebildet wird. Obersei¬ tig werden die Drahtabschnitte durch Rillen 9 in gleichen
Axialpositionen der Drahtführungsrollen 3 und 4 geführt, und unterseitig erfolgt von einer Drahtführungsrolle zur anderen ein Wechsel auf eine axial benachbarte Rille 9, sodass die Drahtabschnitte in Drahtgatter 15 wieder etwas schräg gegenüber den Drahtabschnitten in Drahtgatter 14 verlaufen.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der innere Draht 11 in Richtung 20 von einer Drahtabwickelspule zugeführt, sodass sich die Drahtabschnitte des oberen inneren Drahtgatters 14 gleichsinnig zueinander und mit gleicher Geschwindigkeit in Richtung 21 und die Drahtab¬ schnitte des unteren inneren Drahtgatters 15 gleichsinnig zuei- nander und mit gleicher Geschwindigkeit in einer, der Richtung 21 bis auf den kleinen Winkel aufgrund des Rillenwechsels, ge¬ nau entgegengesetzten Richtung 23 verlaufen.
Erfindungsgemäß verlaufen die Drahtabschnitte des äußeren obe- ren Drahtgatters 12 parallel und deckungsgleich zu den Draht¬ abschnitten des inneren oberen Drahtgatters 14. Im Verlauf des Trennvorgangs durchlaufen jeweils ein Drahtabschnitt des Draht¬ gatters 12 und jeweils ein Drahtabschnitt des Drahtgatters 14 jeweils einen gemeinsamen Trennspalt im Werkstück. Dies ver- deutlicht Fig. 2. Sie zeigt das Werkstück 26 mit einer Achse
30, die parallel zu den Achsen 5 bis 8 der Drahtführungsrollen angeordnet ist, eine linke Düse 32 und eine rechte Düse 34, die links und rechts des Werkstücks 26 Strahlen 33 und 35 einer Aufschlämmung aus Hartstoffen in einer Trägerflüssigkeit als Schneidmittel auf alle Drahtabschnitte der beiden oberen Draht¬ gatter 12 und 14 sprühen, und eine Leiste 27, die mit einer Klebefuge 28 mit dem Werkstück 26 verklebt ist und die eine Zustellvorrichtung repräsentiert, die das Werkstück 26 in einer Richtung 29 senkrecht auf die oberen Drahtgatter 12 und 14 hin zustellt.
Die Bewegung der Drahtabschnitte erfolgt in jeweiliger Draht¬ längsrichtung und relativ zum Werkstück, unter fortgesetztem Zuführen von Schneidmittel 33 und 35 und weiterem Zustellen des Werkstücks 26 in Richtung 29 auf die oberen Drahtgatter 12 und 14. Es resultiert ein Materialabtrag, mittels dessen sich die Drahtabschnitte unter Bildung einer Vielzahl von Trennspalten 31 durch das Werkstück 26 hindurcharbeiten. Dabei gelangen jeweils nur die Drahtabschnitte des oberen äußeren Drahtgatters 12 in Kontakt mit dem Grund 50 der Trennspalte 31. Die Länge, über die die Drahtabschnitte des oberen äußeren Drahtgatters 12 dabei in Kontakt mit dem Grund der Trennspalte, an dem der Trennvorgang voranschreitet, stehen, ist die Eingriffslänge 43a.
Damit Scheiben vollständig vom Werkstück abgetrennt werden können, muss sich das obere äußere Drahtgatter 12 vollständig über den gesamten Querschnitt des Werkstücks hindurcharbeiten, ohne dass die unteren Drahtgatter 13 und 15 das Werkstück berühren. Demzufolge muss bei Verwendung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 2 der Durchmesser der kleineren Drahtführungsrollen 3 und 4, die die inneren Drahtgatter 14 und 15 aufspannen, mindestens so groß sein wie die größte Ausdehnung des Werkstücks in Zustellrichtung. Bei kreiszylindrischem Werkstück muss der Durchmesser der inneren Drahtführungsrollen 3 und 4 also größer als der Durchmesser des Werkstücks sein. Außerdem müssen die Durchmesser der äußeren Drahtführungsrollen 1 und 2 größer als die Durchmesser der inneren Drahtführungsrollen 3 und 4 sein.
Die Drahtabschnitte des oberen inneren Drahtgatters 14 gelangen nicht in Kontakt mit dem Grund 50 der Trennspalte 31 und lei¬ sten daher keinen unmittelbaren Materialabtrag am Spaltgrund 50. Die Länge, über die die Drahtabschnitte des Drahtgatters 14 innerhalb der entstandenen Sägespalte 31 verlaufen, wird daher als Durchtrittslänge 43b und nicht als Eingriffslänge bezeich¬ net. Die Anordnung der Drahtabschnitte in den Trennspalten ist noch einmal in Fig. 3 und Fig. 4 verdeutlicht, die Werkstück 26 und Trennspalte 31 in Seitenansicht zeigen. Fig. 3 zeigt dabei die Situation kurz nach Beginn des Trennvorgangs bei geringer Einschnittstiefe 36; Fig. 4 am Ende des Trennvorgangs bei großer Einschnittstiefe 36. Die Trennspalte erstrecken sich zu diesem Zeitpunkt über den gesamten Querschnitt des Werkstücks 26, und die Drahtabschnitte des oberen äußeren Drahtgatters 12 befinden sich schon vollständig innerhalb der Leiste 27.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen auch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der Drahtstücke mit unterschiedlichem Durchmesser eingesetzt werden. Dabei besitzt der Draht, dessen Ab- schnitte das obere Drahtgatter 12 bilden, bevorzugt einen größeren Durchmesser als der Draht, dessen Abschnitte das untere Drahtgatter 14 bilden.
Fig. 5 zeigt weitere Einzelheiten zum Verlauf der Zustellung des Werkstücks 26 in Richtung 29 gegen die Drahtabschnitte der Drahtgatter 12 und 14. Damit es zu einem Span abhebenden Materialabtrag kommt, muss der Draht eine Kraft auf das Werkstück ausüben. Diese wird als Drahtquerspannung bezeichnet. Die
Drahtquerspannung wird aufgebaut, indem der Draht in Draht- längsrichtung mit einer Drahtlängsspannung vorgespannt wird und gleichzeitig durch Zustellung des Werkstücks ausgelenkt wird. Die Drahtquerspannung hängt damit auch von den elastischen Eigenschaften des Drahtmaterials ab. Bei über die Eingriffs¬ länge konstanter Querkraft folgt die Drahtauslenkung einer Parabel. Außerhalb des Eingriffs wirkt keine Querkraft, und der Draht verläuft gerade in Richtung 17 von der linken äußeren Drahtführungsrolle (in Fig. 5 nicht gezeigt) zum Punkt des Eintritts in das Werkstück und ebenfalls gerade vom Punkt des Austritts aus dem Werkzeug zur rechten äußeren Drahtführungs- rolle (in Fig. 5 nicht gezeigt) . Das Bezugszeichen 37 bezeichnet die maximale Drahtauslenkung am Scheitelpunkt der Parabel. Die Trennspalte besitzen aufgrund der Drahtdurchbiegung daher an den Punkten des Drahtein- und Drahtaustritts eine größere Tiefe 36a als eine Tiefe 36b im Zentrum des Eingriffs. Entspre- chend ist der Abstand beider Drahtgatter voneinander außerhalb des Eingriffs mit dem Werkstück am größten und am Scheitelpunkt der Parabel am geringsten. Der kleinste Abstand der Drahtgatter voneinander ist durch das Bezugszeichen h bezeichnet. Am Ort des Eintritts 51 in das Werkstück 26 liegen die Drahtab¬ schnitte des äußeren oberen Drahtgatters 12 mit der Drahtquerspannung am Grund 50 der Trennspalte an. Das über Düse 32 mittels Sprühstrahl 33 aufgebrachte Schneidmittel wird beim Drahteintritt daher größtenteils abgestreift. Es bildet sich ein Stauschwall 38 an Schneidmittel, das vor Eintritt in die Trennspalte am Werkstück abtropft und für den Trennvorgang nicht zur Verfügung steht. In geringerem Umfang erfolgt ein Abstreifen auch an den Seiten des Drahtes. Dort übt der Draht zwar keine Kraft auf die Seitenflächen der Trennspalte aus, aber es tritt eine hohe Scherspannung im viskosen Film des
Schneidmittels zwischen Draht und Trennspalt-Seitenfläche auf, die einem vollständigen Transport des an den Drahtseiten anhaftenden Schneidmittels in den Trennspalt entgegenwirkt. Die Drahtabschnitte des unteren Drahtgatters 14 haben keinen
Kontakt mit dem Grund 50 der Trennspalte. Daher werden auf sie durch Zustellung der Werkstücks 50 auch keine Drahtquerkräfte ausgeübt und sie erfahren keine Auslenkung. Aus diesem Grund wird am Ort 52 des Eintritts der Drahtabschnitte des Drahtgat- ters 14 in das Werkstück das von Düse 34 mittels Sprühstrahl 35 aufgebrachte Schneidmittel auch kaum abgestreift. Es bildet sich ein nur kleiner Stauschwall 39. Der größte Teil des auf den Draht aufgebrachten Schneidmittels gelangt in die Trenn¬ spalte 31.
Bevorzugt werden die Drahtlaufrichtung 17 der Drahtabschnitte des oberen, Material abtragenden Drahtgatters 12 und die Draht¬ laufrichtung 21 der Drahtabschnitte des unteren, den Trennspal¬ ten zusätzliches Schneidmittel zuführenden Drahtgatters 14 ent- gegengesetzt gewählt. Dies hat den Vorteil, dass das Drahtgat- ter 14 dort am meisten zusätzliches Schneidmittel zur Verfügung stellt, wo es durch Verschleiß und Abstreifen über die Ein¬ griffslänge 43a an Drahtgatter 12 am meisten verarmt ist. Durch das mehrfache Umlenken beim Abwickeln, Zuführen und
Spannen des Drahts und insbesondere durch das Abrollen des Drahts an den Wänden der Rillen der Drahtführungsrollen erfahren die Drahtabschnitte eine zeitlich stets schwankende Verdrillung (Torsion) . Fig. 9a zeigt den Ausschnitt eines
Trennspalts 31 mit einem Drahtabschnitt des oberen Drahtgatters 12 und einem Drahtabschnitt des unteren Drahtgatters 14 im Querschnitt. Der Bereich 54 am Grund 50 des Trennspalts 31 ist durch Abstreifen und Verschleiß durch Splitterung an Schneidmittel 53 verarmt. Durch Torsionsbewegung 55 der Drahtabschnit- te wird Schneidkorn 53 im Trennspalt 31 und zwischen den Draht¬ abschnitten der Drahtgatter 12 und 14 ausgetauscht. Dies zeigt Fig. 9b. Die besonders viel Schneidmittel 53 führenden Drahtab¬ schnitte des Drahtgatters 14 „pumpen" so Schneidkorn 53 auch zum Grund 50 des Trennspalts 31, sodass dort wieder ein Bereich 56 mit einer hohen Konzentration an Schneidmittel 53 zur Verfügung steht. Drahtgatter 14 sorgt so für eine gleichbleibende Zufuhr von Schneidmittel zum Material abtragenden Drahtgatter 12 über die ganze Länge des Eingriffs. Fig. 5 zeigt weiterhin im Diagramm Sl = S1(L1) den Verlauf 40 der Konzentration Sl an Schneidmittel an den Drahtabschnitten des Drahtgatters 12 in Abhängigkeit von der Länge LI über die Eingriffslänge 43a, und im Diagramm S2 = S2(L2) den Verlauf 41 der Konzentration S2 an Schneidmittel an den Drahtabschnitten des Drahtgatters 14 in Abhängigkeit von der Länge L2 über die Durchtrittslänge 43b. Sl nimmt mit zunehmender Länge LI durch Verbrauch und Verarmung während des Material abtragenden Kontakts mit dem Trennspaltgrund 50 stark ab (Verlauf 40) . S2 nimmt mit zunehmender Länge L2 weniger stark ab, da auf den Draht keine Querkraft ausgeübt wird. Die Summe S = S (L) beider Konzentrationen Sl und S2 über die mittlere Länge L zeigt Ver¬ lauf 42: Über die gesamte mittlere Länge 43 des Drahteingriffs am Drahtgatter 12 bzw. des Drahtdurchtritts am Drahtgatter 14 bleibt die Konzentration S = S (L) des Schleifmittels im Ar- beitsspalt weitgehend konstant (Verlauf 42).
Ein besonders gleichmäßiger Verlauf 42 ergibt sich, wenn das als „Schneidgatter" wirkende Drahtgatter 12 und das als „Fördergatter" wirkende Drahtgatter 14 in Vorschubrichtung 29 einen möglichst geringen Abstand zueinander haben. Neben möglichst nah beieinander liegenden Drahtabschnitten im Trennspalt fördert auch eine möglichst geringe Drahtlängsspannung, also lei¬ chte Auslenkbarkeit des Drahts, oder eine hohe Zustellgeschwin¬ digkeit, also große Auslenkung 37 des Drahtgatters 12 die Ver- gleichmäßigung des Verlaufs 42, wenn durch unterschiedliche
Auslenkung beider Gatter ein besonders geringer Abstand beider Gatter bewirkt wird. Durch den sehr geringen Abstand beider Drahtabschnitte im Bereich der maximalen Auslenkung des Drahtgatters 12, ist dann dort die Förderwirkung des Drahtgatters 14 am größten, wo die Verarmung an Schneidmittel des Drahtgatters 12 ohne „Fördergatter" 14 am größten wäre. Weiter zum Austritt des Drahtgatters 12 aus dem Werkstück hin nimmt die Konzentra¬ tion an Schneidmittel ohne Drahtgatter 14 zwar noch weiter ab und die Förderwirkung von Drahtgatter 14 lässt wegen des zuneh- menden Abstands der Drähte nach; jedoch ist hier, noch nahe am Eintrittsort 52 des Drahtgatters 14 in das Werkstück, die Kon¬ zentration des durch Drahtgatter 14 eingebrachten Schneidmittels besonders hoch, sodass sich insgesamt eine sehr ausgegli¬ chene Konzentration an Schneidmittel über die gesamte mittlere Länge 43 des Drahteingriffsbeziehungsweise Drahtdurchtritts beider Drahtgatter ergibt.
Fig. 6 zeigt die Situation für größere Abstände der Drahtgatter 12 und 14 oder geringe Drahtlängsspannung oder geringe Zustell- geschwindigkeit für identischen drahtauslenkungsfreien Aus- gangsabstand der Gatter wie in Fig. 5. Der drahtauslenkungs- freie Ausgangsabstand der Gatter ist die Summe aus Drahtdurch¬ biegung 37 und minimalem Gatterabstand h. Ein von Drahtauslenkung freies Drahtgatter liegt beispielsweise vor, wenn das Drahtgatter nicht in das Werkstück eingreift. Die Förderwirkung von Drahtgatter 14 ist wegen des größeren Drahtabstands zu gering, als dass die Abnahme gemäß Verlauf 40 der Konzentration an Schneidmittel Sl = S1(L1) am Drahtgatter 12 allein vollständig ausgeglichen werden könnte. Im Verlauf 42 der Gesamtkon- zentration S = S (L) über die Länge L dominiert die Konzentra¬ tionsabnahme gemäß Verlauf 40 des Drahtgatters 12.
Es ist besonders bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit dem Pilgerschrittverfahren durchzuführen. Beim Pilgerschrittverfahren wird die Richtung der Drahtlängsbewegungen 17 und 21 mehrfach während eines vollständigen Schnitts durch das Werkstück umgekehrt, wobei in jedem einzelnen dieser „Pilgerschritt" genannten Paare aus Richtungsumkehrungen die Drahtabschnitte um eine größere Länge in die eine und eine kleinere Länge in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden. Die Umkehrung der Bewegungsrichtung 17 der Drahtabschnitte von Drahtgatter 12 und der Bewegungsrichtung 21 der Drahtabschnitte von Drahtgatter 14 erfolgt bevorzugt gleichzeitig. Die Umkehrung der Bewegungsrichtungen 17 und 21 kann jedoch auch mit leichtem zeitlichem Versatz erfolgen, da kurz vor und nach der Umkehr die Drahtgeschwindigkeit durch das Abbremsen bzw. Beschleunigen der Drahtführungsrollen vergleichsweise langsam ist und bei dieser Geschwindigkeit die AbstreifWirkung von Schneidmittel am Ort des Drahteintritts 51 in Werkstück 26 von der bei vergleichsweise hoher Drahtgeschwindigkeit
abweicht. Es kann also ein anderes „Förderverhalten" vorteil¬ haft werden, das über zeitlichen Versatz des Umkehrzeitpunkts der Bewegungsrichtungen 17 und 21 realisiert werden kann. Fig. 7 zeigt die Situation nach der Umkehr der Bewegungsrichtung für identische Drahtspannung und Durchbiegung wie Fig. 5, jedoch umgekehrten Drahtlaufrichtungen 17 und 21. Die Konzentration an Schneidmittel Sl = S1(L1) des Drahtgatters 12, S2 = S2(L2) des Drahtgatters 14 und die resultierende Gesamtkonzen¬ tration an Schneidmittel S = S (L) beider Drahtgatter, dargestellt durch die Verläufe 40, 41 und 42 in Fig. 7, verhalten sich genau spiegelbildlich zu denen in Fig. 5. Da die Gesamtkonzentration S = S (L) für beide Drahtlaufrichtungen über die Länge L ziemlich konstant ist, treten bei Durchführung des Pilgerschritt-Verfahrens die vom Drahtsägen mit nur einem
Drahtgatter bekannten abwechselnd von links nach rechts verlaufenden Spaltweitenabnahmen nicht auf. Es resultieren daher besonders wellarme, gleichförmige Oberflächen. Gleichzeitig können die Vorteile des Pilgerschritt-Verfahrens ohne Beein¬ trächtigung der Ebenheit der erhaltenen Scheiben genutzt werden .
Es ist darüber hinaus besonders bevorzugt, das Verfahren unter fortwährender Umkehr der Bewegungsrichtung der Drahtabschnitte der Drahtgatter 12 und 14 über die Dauer des gesamten Schnitts auszuführen- und während eines Zeitraums eine ungerade Anzahl von Umkehrungen der Bewegungsrichtung herbeizuführen. Der Zeitraum entspricht der Dauer der Zustellung des Werkstücks auf die Drahtgatter, um das Werkstück über eine Länge in Zustellrichtung zuzustellen, die dem Abstand der beiden Drahtgatter entspricht. Dies hat den Vorteil, dass dann die Drahtabschnitte des unteren Drahtgatters 14 einen jeden Ort im Trennspalt genau umgekehrt zur Richtung durchlaufen, mit der zuvor die Drahtab- schnitte des oberen Drahtgatters 12 diesen Ort durchlaufen haben. Eine durch die Drahtabschnitte des oberen Drahtgatters 12 ggf. erzeugte Restwelligkeit wird dann durch ein „Nach¬ läppen" mittels der Drahtabschnitte des unteren Drahtgatters 14 in genau entgegengesetzter Richtung ausgeglichen, und es resul- tieren besonders glatte, wellfreie und homogene Oberflächen der bei Schnittende erhaltenen Scheiben.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsge- mäßen Vorrichtung mit kürzerem oberem äußerem Drahtgatter 12. Bei Verwendung von nur genau je zwei Drahtführungsrollen für beide Drahtgatter 12 und 14, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, ergibt sich ein großer Abstand zwischen den äußeren Drahtführungsrollen 1 und 2 mit sehr großen Längen der Drahtabschnitte des Drahtgatters 12. Das Drahtgatter wird dadurch sehr „weich", und es resultieren auch für große Drahtlängsspannungen und langsames Zustellen hohe Auslenkungen der Drahtabschnitte des Drahtgatters 12. Dies vermeidet die in Fig. 8 gezeigte Ausfüh¬ rung mit zwei zusätzlichen Drahtführungsrollen 44 und 47 mit Drehachsen 45 und 48 und Rillen 9, die die Drahtabschnitte führen. Der Durchmesser der Drahtführungsrollen 44 und 47 kann frei gewählt werden, da die Drahtführungsrollen nur ein Drahtgatter 12 aufspannen (und kein Drahtgatter aus rücklaufenden Drahtabschnitten) , sodass das Werkstück stets vollständig durch das Drahtgatter hindurchtreten kann. Die Drehrichtungen 46 der oberen Drahtführungsrollen 44 und 47 und die Drehgeschwindigkeiten ergeben sich aus den Drehrichtungen 24 der äußeren
Drahtführungsrollen 1 und 2. Das Verhältnis der Drehgeschwindigkeiten beider Drahtführungsrollen-Paare ist umgekehrt pro- portional zu deren Durchmesserverhältnis. Bevorzugt ist der
Abstand der Achsen 5 und 45 in Zustellrichtung 29 (Vertikalab¬ stand) etwas geringer als die Summe der Radien der Drahtführungsrollen 1 und 44 gewählt und ebenso der Abstand der Achsen 8 und 48 in Zustellrichtung 29 etwas geringer als die Summe der Radien der Drahtführungsrollen 4 und 47, so dass die Drahtführungsrollen 44 und 47 das Drahtgatter 12 in Zustellrichtung 29 und auf das Drahtgatter 14 hin querauslenken . Dadurch ergibt sich dann die erhöhte Steifigkeit des Drahtgatters 12, die ei¬ nen Vorteil der Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor- richtung nach Fig. 8 bewirkt. Fig. 10 zeigt eine besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Draht 10, der aus einem einteiligen Drahtstück besteht. Draht 10 wird in Richtung 16 von einer Drahtabwickelspule (nicht in Fig. 10 gezeigt) in der ersten Rille 9 der äußeren linken Drahtführungsrolle 1 geführt und bewegt sich weiter in Richtung 17 als Drahtabschnitt des oberen äußeren Drahtgatters 12 durch den Trennspalt 31 des Werkstücks 26 in die erste Rille 9 der äußeren rechten Draht- führungsrolle 4 und zu Ή um diese herum. Dann wird er auf die erste Rille 9 der inneren rechten Drahtführungsrolle 4 umge¬ lenkt, durchläuft diese zu H und bewegt sich weiter in Richtung 14 - also wie bevorzugt gegenläufig zu Richtung 17 - als Draht¬ abschnitt des oberen inneren Drahtgatters 14 durch den Trenn- spalt 31 des Werkstück 26 auf innere linke Drahtführungsrolle 3. Diese umläuft er zu H und wird dann auf die zweite Rille 9 der äußeren linken Drahtführungsrolle 1 umgelenkt. Nachdem der Draht auf diese Weise alle Rillen 9 der Drahtführungsrollen 1 bis 4 durchlaufen hat, verlässt er die Anordnung in Richtung 18 einer Drahtaufwickelspule (nicht in Fig. 10 gezeigt) .
Die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform ist besonders vorteil¬ haft, weil sich keine unteren Drahtgatter 13 und 15 wie in Fig. 1 und 2 ergeben. Die Durchmesser der Drahtführungsrollen können somit kleiner als die längste Ausdehnung des Werkstücks in Zu¬ stellrichtung 29 gewählt werden. Diese Anordnung ist besonders kompakt und kann insgesamt sogar kleiner ausgeführt werden als bekannte Drahtsägen, die „untere Drahtrückführungsgatter" aufweisen. Sie ist daher besonders vorteilhaft zum Trennen von Scheiben von Werkstücken mit vergleichsweise besonders großen Durchmessern. Insbesondere können auch die äußeren Drahtführungsrollen 1 und 2 kleiner als die inneren Drahtführungsrollen 3 und 4 gewählt werden, wobei dann die Achsen 5 und 8 der äuße¬ ren Drahtführungsrollen 1 und 2 entsprechend oberhalb der Ach- sen 6 und 7 der Drahtführungsrollen 3 und 4 angeordnet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch mehr als zwei Draht¬ führungsrollen zur Bildung eines jeden der beiden Drahtgatter 12 und 14 umfassen. Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform mit vier äußeren Drahtführungsrollen 1, 2, 58, 59 für das äußere Drahtgatter 12 und drei inneren Drahtführungsrollen 3, 4, 57 für das innere Drahtgatter 14. Der Draht 10 läuft dabei aus Zuführungs¬ richtung 16 über die erste Rille 9 von Drahtführungsrolle 1 durch den Trennspalt 31 im Werkstück 26, über die erste Rille 9 von Drahtführungsrolle 2, die erste Rille 9 von Drahtführungs¬ rolle 59, die zweite Rille 9 der Drahtführungsrolle 58, die zweite Rille 9 der Drahtführungsrolle 1 und so weiter, bis er durch die letzte Rille 9 der Drahtführungsrolle 2 läuft und dann die Anordnung in Richtung 18 verlässt. Der Draht 11 läuft aus Zuführungsrichtung 20 über die erste Rille 9 von Drahtführungsrolle 4 durch den Trennspalt 31 im Werkstück 26, über die erste Rille 9 der Drahtführungsrolle 3 und die zweite Rille 9 der Drahtführungsrolle 57, die zweite Rille 9 der Drahtfüh¬ rungsrolle 4 und so weiter, bis er durch die letzte Rille 9 der Drahtführungsrolle 3 die Anordnung in Richtung 22 verlässt. Der Rillenwechsel kann für Draht 10 auch von Drahtführungsrolle 2 auf Drahtführungsrolle 59 oder von Drahtführungsrolle 58 auf Drahtführungsrolle 1 erfolgen und für Draht 11 auch von Draht¬ führungsrolle 57 auf Drahtführungsrolle 4. Die Achsen 60, 61 und 62 der zusätzlichen Drahtführungsrollen 57, 58 und 59 verlaufen dabei parallel zu den Achsen 5, 6, 7 und 8 der Drahtführungsrollen 1, 3, 4 und 2 und somit parallel zur Achse 30 des Werkstücks 26.

Claims

Ansprüche :
1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, umfassend zwei Gruppen von
Drahtführungsrollen, die horizontal und parallel zueinander angeordnet, drehbar gelagert und mit Rillen versehen sind, wobei Draht so in den Rillen um die Drahtführungsrollen herum geführt ist, dass zwischen den Drahtführungsrollen Drahtabschnitte vorhanden sind, die parallel zueinander liegen und die ein erstes und ein zweites Drahtgatter bilden, wobei das erste und das zweite Drahtgatter einander in einem Abstand
überdeckend angeordnet sind und jeder Drahtabschnitt des ersten Sägegatters mit genau einem Drahtabschnitt des zweiten Draht¬ gatters ein Paar von bewegten Drahtabschnitten bildet, wobei jedes Paar von bewegten Drahtabschnitten in einer Ebene liegt, die das erste und das zweite Drahtgatter lotrecht schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsrichtung in jedem Paar von bewegten Drahtabschnitten entgegengesetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Drahtgatter in Abwesenheit des Werk¬ stücks einen konstanten Abstand zueinander haben.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet dass der Draht aus einem einteiligen Drahtstück besteht .
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus einem ersten und einem zweiten Drahtstück besteht, die voneinander getrennt vorliegen, wobei das erste Drahtgatter vom ersten Drahtstück und das zweite Drahtgatter vom zweiten Drahtstück gebildet werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Drahtstück einen Durchmesser haben, und der Durchmesser des ersten Drahtstücks größer ist, als der Durchmesser des zweiten Drahtstücks.
6. Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, umfassend das Bewegen des
Werkstücks von oben durch ein erstes und ein zweites Draht¬ gatter einer Drahtsäge in Gegenwart einer Aufschlämmung von Hartstoffen in einer Trägerflüssigkeit als Schneidmittel, wobei die Drahtgatter einander in einem Abstand überdecken und von Drahtabschnitten gebildet werden, die in Drahtlängsrichtung bewegt werden und beim Bewegen des Werkstücks durch die Draht¬ gatter Trennspalte im Werkstück erzeugen, wobei im Verlauf des Bewegens des Werkstücks durch die Drahtgatter jeweils genau ein Drahtabschnitt des ersten Drahtgatters und genau ein
Drahtabschnitt des zweiten Drahtgatters gleichzeitig in einem gemeinsamen Trennspalt vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters in eine erste Richtung und die Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters in eine zweite Richtung bewegt werden, und die erste Richtung und die zweite Richtung entgegengesetzt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine Bewegungsrichtung der Drahtabschnitte gleichzeitig fortwährend umgekehrt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Bewegungsrichtung während eines Zeitraums einer ungeraden Anzahl entsprechend umgekehrt wird, und der Zeitraum einer Dauer entspricht, die das Bewegen des Werkstücks durch die Drahtgatter entlang einer Strecke in Anspruch nimmt, die dem Abstand der Drahtgatter entspricht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die
Drahtgatter von einem einteiligen Drahtstück gebildet werden, und die Drahtabschnitte der Drahtgatter mit einer Drahtquer- Spannung beaufschlagt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das erste Drahtgatter von einem ersten Drahtstück und das zweite Drahtgatter von einem zweiten Drahtstück gebildet werden und das erste Drahtstück und das zweite Drahtstück getrennt voneinander vorliegen, und die Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters und die Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters mit einer Draht¬ querspannung beaufschlagt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die
Drahtabschnitte des ersten und des zweiten Drahtgatters mit der selben Drahtquerspannung beaufschlagt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, wobei die
Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters mit einer ersten
Drahtquerspannung und die Drahtabschnitte des zweiten Draht¬ gatters mit einer zweiten Drahtquerspannung beaufschlagt werden, und die erste und die zweite Drahtquerspannung unterschiedlich sind.
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Durchmesser des zweiten Drahtstücks kleiner ist als der Durchmesser des ersten Drahtstücks .
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei die Drahtabschnitte mit dem selben Betrag der Geschwindigkeit bewegt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters mit einer ersten Geschwindigkeit und die Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters mit einer zweiten Geschwindigkeit bewegt werden, und der Betrag der ersten und der Betrag der zweiten Geschwindigkeit unterschiedlich sind.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 15, wobei ein erster Volumenstrom des Schneidmittels dem ersten Drahtgatter auf einer Seite des Eintritts der bewegten Drahtabschnitte des ersten Drahtgatters in das Werkstück zugeführt wird und ein zweiter Volumenstrom des Schneidmittels dem zweiten Drahtgatter auf einer Seite des Eintritts der bewegten Drahtabschnitte des zweiten Drahtgatters in das Werkstück zugeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste und der zweite Volumenstrom gleich sind.
18. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste und der zweite Volumenstrom unterschiedlich sind.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, wobei das Werkstück ein Stab aus Halbleitermaterial ist.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Stab einen Durchmesser von gleich oder größer als 450 mm aufweist.
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