WO2020083607A1 - Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen trennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen trennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück Download PDF

Info

Publication number
WO2020083607A1
WO2020083607A1 PCT/EP2019/076293 EP2019076293W WO2020083607A1 WO 2020083607 A1 WO2020083607 A1 WO 2020083607A1 EP 2019076293 W EP2019076293 W EP 2019076293W WO 2020083607 A1 WO2020083607 A1 WO 2020083607A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wire
wire guide
workpiece
guide rollers
sections
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/076293
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georg Pietsch
Stefan RETSCH
Robert Zierer
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siltronic Ag filed Critical Siltronic Ag
Publication of WO2020083607A1 publication Critical patent/WO2020083607A1/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D57/00—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00
    • B23D57/003—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D57/0061—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts of devices for guiding or feeding saw wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D57/00—Sawing machines or sawing devices not covered by one of the preceding groups B23D45/00 - B23D55/00
    • B23D57/003—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts
    • B23D57/0053—Sawing machines or sawing devices working with saw wires, characterised only by constructional features of particular parts of drives for saw wires; of wheel mountings; of wheels
    • 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 a method for the simultaneous separation of a plurality of disks from a workpiece, in particular a semiconductor crystal, in which a wire is guided around wire guide rollers and forms a wire gate, and a corresponding device.
  • wafers For many applications, thin and in particular uniform disks of a certain material are required.
  • Such methods and devices required for this are widely known, for example from DE 10 2016 211 883 A1 or DE 10 2013 219 468 A1.
  • a wire is guided around two, possibly also more, wire guide rollers which delimit a sawing area in such a way that a wire frame with a plurality of, in particular parallel, wire sections is clamped between the wire guide rollers.
  • the disks can be obtained in the presence of an abrasive, namely in that the wire frame is used for cutting or when cutting in the sawing area
  • the invention is based on a method mentioned at the outset for simultaneously separating a large number of disks from a workpiece, a wire being guided around two wire guide rollers delimiting a sawing area in such a way that a wire frame with a plurality of wire guides is located between the wire guide rollers
  • Wire sections is clamped.
  • the wire gate is thus formed in particular from the large number of wire sections that are currently between the
  • Wire guide rollers are on the side facing the workpiece. On the side facing the workpiece, the side on which the workpiece comes into contact with the wire (first) must be provided. It is conceivable that more than two such wire guide rollers are used, for example three or four, around which the wire is then guided. The wire is in particular guided or wound spirally around the wire guide rollers. The the Wire sections spanning wire gates are in particular guided in parallel and preferably also at the same distance from one another. With regard to the distance, it should be noted that, in order to compensate for any wear of the wire during its course, the distances can also be adjusted accordingly. The wire is guided on the wire guide rollers in so-called wire guide grooves, which are typically a kind of ring-shaped depression in the surface of the wire guide rollers and are arranged parallel to one another.
  • a relative movement between the wire guide rollers and the wire is generated and the plurality of wire sections are subjected to a tensile force.
  • a relative movement can be generated by actively rotating one of the wire guide rollers about its axis. It is also conceivable to actively turn each of the two wire guide rollers about its axis.
  • a corresponding drive with, for example, an electric motor can be provided. It would also be conceivable to move the wire by rotation from a roll from which the wire is unwound or onto which it is rewound.
  • the wire can preferably be continuously cut into one during the separation
  • the wire is guided in such a way that any piece of the wire - in particular also only a very short piece up to only one cross-section, for this purpose only one point or point on the surface of the wire can be considered - with neighboring ones
  • Wire sections of the wire gate through which the wire passes within a length of the respective wire section - i.e. each from a point at which the wire lifts off one wire guide roller or its wire guide groove until it rests on the other wire guide roller or its wire guide groove - is rotated (or rotated) about its longitudinal axis by different angles.
  • the wire is thus twisted within a wire section, specifically for (any two) adjacent wire sections of the wire frame by different or different angles.
  • a method according to US Pat. No. 6,554,686 A can counteract the formation of separation gaps of width varying with the cutting depth due to anisotropic wire wear (the wire cross section becomes oval or flattened).
  • An oval cross section of the worn wire is mostly due to anisotropy of the wire material. Due to the aforementioned torsion, this ovality is distributed largely evenly in many directions perpendicular to the longitudinal axis of the wire over many reference points on the wire, so that the separation gap averages over all of it
  • lapping the wire sections are subjected to so-called slurry as a cutting aid, which is applied, for example, by means of nozzles which are arranged with axes parallel to the axes of the wire guide rollers.
  • Slurry is a slurry of abrasive hard materials, for example silicon carbide (SiC), in a liquid carrier,
  • glycol for example glycol or oil to understand.
  • a smooth wire is a wire with a constant, in particular round, cross-sectional shape. In other words, it is a wire in the form of a cylinder with a circular base and a very large height (which then corresponds to the length of the wire).
  • Structured wire is understood to be a wire which is basically smooth and which has been provided with a plurality of, in particular uniform, protuberances and indentations in directions perpendicular to the longitudinal direction of the wire by means of additional plastic deformation.
  • abrasive hard materials such as diamonds, are firmly applied to the wire surface and in particular with it,
  • the wire preferably consists of piano wire (for example eutectoidal or hypereutectoidal pearlite with great strain hardening), since such a wire generally has a very high tensile strength and resistance to abrasion.
  • Wire movement with the addition of cooling lubricant Differences in the tensile force of adjacent wire sections can only be compensated for to a much lesser extent than with lapping.
  • the wire In the case of cut-off grinding, the wire only experiences a slight slippage in the wire guide grooves that guide it.
  • the wire hooks or "claws" to a certain extent in the usually wear-resistant coating of the wire guide rollers or wire guide grooves.
  • the two wire guide rollers with their respective wire guide grooves, in which the wire is guided around the wire guide rollers, and the wire are arranged in such a way that the wire sections of the wire gate (and thus on the side facing the workpiece) at least with one of the two wire guide rollers - but also preferred with the two
  • Wire guide rollers - each form a non-zero (i.e. 0 °) angle with the plane defined by the associated wire guide groove. This applies in particular to all wire sections forming the wire gate.
  • a plane spanned by a wire guide groove is to be understood as a plane which contains the lowest points as seen through the circumferential direction of the wire guide groove or wire guide roller (on average, such wire guide grooves generally have a round lower region, so that there is a deepest point ). Such a plane is thus in particular perpendicular to the axis of rotation of the wire guide roller in question.
  • the two wire guide rollers can be arranged with their axes of rotation parallel to one another, the corresponding ones
  • all of the wire guide grooves of the relevant - or the two - wire guide roller (s) have an opening angle of more than 0 °, it can also be provided that the opening angles of different wire guide grooves vary; for example, an increasingly larger or smaller and smaller opening angle of one wire guide groove is conceivable one end of the wire guide roller to the wire guide groove at the other end.
  • the invention further relates to a device for simultaneously separating a plurality of disks from a workpiece, which is set up to carry out a method according to the invention.
  • a device thus has, in particular, a wire which is guided spirally around two wire guide rollers delimiting a sawing area in such a way that a wire creel with a plurality of wire sections is stretched between the wire guide rollers.
  • a relative movement between the wire guide rollers and the wire can be generated and the plurality of wire sections can be subjected to a tensile force.
  • the wire frame can be brought into contact with the workpiece in the sawing area.
  • the device In order to ensure that the wire is guided in such a way that any piece of the wire in the case of adjacent wire sections of the wire frame, through which the wire passes, is rotated by different angles around its longitudinal axis within a length of the respective wire section, in particular the device Wire guide rollers with the wire guide grooves as well as the Wire formed and / or arranged in such a way as was explained above in relation to the method.
  • Figure 1 shows schematically a device for the simultaneous separation of a plurality of disks from a workpiece in a cross-sectional view
  • Figure 2 shows the device of Figure 1 in a plan view also
  • Figure 3 shows schematically a section of the workpiece when performing a method not according to the invention.
  • FIG. 4 schematically shows a device according to the invention for simultaneously separating a large number of disks from a workpiece in one preferred embodiment in a plan view when carrying out a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • the device 100 and its basic mode of operation and also the
  • a wire 10 is multiple and in particular spiral in a circular shape
  • Wire guide grooves 17 around at least two, each around an axis or
  • Rotation axis 14 rotatable, wire guide rollers 13 and 15 are guided around in such a way that on one side of the arrangement formed by the wire guide rollers 13, 15 a plurality of wire sections 18 (ie sections of the wire 10) come to lie parallel to one another and perpendicular to the axes 14 and in Open a flat wire field or a wire gate 70.
  • the wire guide rollers 13 and 15 delimit a sawing area 75.
  • the workpiece 1 to be cut into a plurality of disks is designed as a rod with an axis 2 and is connected to a saw bar 3, for example by gluing (adhesive joint 21), and to a feed device 4 such that the axis 2 or that Workpiece 1 are arranged parallel to the axes 14 of the wire guide rollers 13, 14 and perpendicular to the wire sections 18.
  • a feed device such that the axis 2 or that Workpiece 1 are arranged parallel to the axes 14 of the wire guide rollers 13, 14 and perpendicular to the wire sections 18.
  • the workpiece 1 can be fed or moved perpendicularly to the wire gate 70 in the direction 5.
  • the wire 10 After passing through the device and thus the wire gate 70, the wire 10 is removed from the wire guide roller and the wire leaves the arrangement of the wire guide via, for example, a deflection roller 29 and a tensioning device 25
  • Wire guide rollers and is supplied to a supply 24 on an old wire spool 22 rotatable about its axis 23.
  • each wire winding is offset by a groove 17 on the side facing away from the wire gate 70 and thus from the workpiece 1.
  • cutting or wire sawing is differentiated according to cutting lapping and cutting.
  • the wire sections 18 are acted upon by cooling lubricant as a cutting aid 28 from nozzles 26, the axes 27 of which are in particular parallel to the axes 14 of the wire guide rollers 13, 15. These nozzles can in particular be regularly distributed over the length of the wire guide rollers.
  • Cut-off grinding also known as multi-wire cut-off
  • material removal by means of a two-body interaction of workpiece and tool (for example diamond wire or wire coated with diamond).
  • Wire section 18 which brings hard materials or diamonds (cut-off grinding) fixed onto the wire into contact with the material of the workpiece 1 and thereby detaches chips is referred to as the separating surface.
  • the space delimited by the surfaces of the disks created during the cutting process is called the separation gap.
  • the separating surface thus separates the area 20 in which the workpiece 1 is already provided with separating gaps and an area above in which there is still there are no separation gaps.
  • the extent of a separation gap in the rod feed direction 5 is referred to as the depth of cut.
  • the pilgrim process results in economical multiple use of the wire, reduces the amount of wedge-shaped increase in thickness from the fresh wire entry side to the old wire exit side of each separation gap compared to disks obtained with unidirectional wire movement, and makes it easier to separate workpieces or rods with particularly large diameters because of this the continuous reversal of the wire movement the cooling lubricant (in the case of
  • the wire 10 has no twisting, so that in the selected reference point all diamonds 38 and 39 on the wire in the left and right separating gap 20 point in constant or identical directions perpendicular to the longitudinal axis of the wire, as indicated by two arrows.
  • the differently cut diamonds make one
  • a level is designated here by way of example at 48.
  • closed wire guide grooves run around the wire guide rollers.
  • the tracking error angle f can also be achieved by a displacement 49 in the direction of the axes 14 of one of the two wire guide rollers 13, 15 relative to the other.
  • a tracking misalignment can also be achieved in that the planes correspond in each case when the wire guide grooves are introduced
  • Wire guide grooves of the wire guide rollers 13 and 15 can be moved against each other in the axial direction 14.
  • Corresponding wire guide grooves denote those in which a respective or the same wire section 18 (on which the
  • FIG. 4 is only a schematic illustration of the wire 10 and its course or guidance in the FIGS
  • a point of the wire 10 in the left separation gap has a different orientation than, after passing through a wire winding, in the right separation gap.
  • the piece of wire has one in both separation gaps different twist on. Due to the different position of the sharp (easy-to-cut) diamond 38 in the left and right separating gap, the wire is deflected in a certain direction in the left separating gap in a different direction than in the right separating gap (using two arrows once for the two upper ones
  • the disk 40 obtained in this way has a worse one
  • curvatures of the disc (large deviation of the center line of the disc from one plane) can differ from the following ones
  • a wire guide groove 17 in a wire guide roller 13 with an axis 14 has a groove base 34 and two flanks 33.
  • the bottom of the groove is often curved, for example with a radius of curvature which corresponds to approximately half the diameter of the envelope around the wire 10.
  • the diameter of the envelope results from the sum of the diameter of the core wire and twice the thickness of the diamond coating. The result of lapping is
  • Diameter of the envelope from the sum of the wire diameter and twice the thickness of the slurry film covering the wire is used.
  • the effective diameter replaces the core diameter of the wire. This prevents, on the one hand, an inaccurate guiding of the wire in the ideal cutting plane of a groove base that is too wide, a wire guide groove that is too wide and, on the other hand, jamming (and therefore often tearing) of the wire of a wire guide groove that is too narrow. Due to the inclined position of the wire sections with respect to the planes in which the wire guide grooves run, the wire 10 does not enter the wire guide groove in the middle, but shifted by a certain distance, here designated 50, relative to the center of the wire guide groove 17.
  • the angle g is the angle through which the specific point of emergence (identified by an unfilled diamond for easier identification) is twisted on the flank when the wire is unrolled. This angle thus also corresponds to the angle through which a certain piece of wire is rotated within the length of a wire section
  • Wire guide grooves are traversed from a selected point on the wire with different, random angles of the wire twist.
  • a migration of the wire in the direction of randomly sharper diamonds 38, as shown in FIG. 5, out of the ideal cutting plane 36 thus takes place in an uncorrelated manner according to the direction and amount in between adjacent wire guide grooves, ie by different amounts and random directions.
  • the center line 41 of the front 42 and rear 43 of the resulting disk 40 formed by the resulting separation gaps do not deviate, or at most only very slightly, from an ideal plane over the cutting depth 45, and the maximum deviation occurring over the entire cutting depth remains minimal . So that the unrolling of the wire on the flanks takes place in a reliable manner, the flanks should have an opening angle ⁇ different from zero.
  • This opening angle is limited upwards and downwards in particular by the fact that an opening angle that is too small securely "catches” (tracks) the wire underneath Circumstances makes it very difficult or even prevents it.
  • the wire may then jump into the neighboring groove, which results in a wire tear or at least disks with an undesirable thickness. If the opening angle is too large, a too small, non-grooved, cylindrical part of the wire guide roller remains between adjacent wire guide grooves. If this bridge becomes too thin, the
  • Wire guide grooves are mechanically unstable and break when used or
  • the wire diameter is preferably between 80 ⁇ m and 175 mm
  • Opening angle between 45 ° and 135 °, in particular between 60 ° and 120 °.
  • an average distance between adjacent wire guide grooves can be approximately or slightly more than 300 ⁇ m, and the center distance of the wire guide rollers spanning the wire frame is 390 mm.
  • the wire, including its coating of diamond grains, can then have an outer diameter of approximately 120 ⁇ m, the wire spirally guided around the wire guide rollers in the wire creel on one Wire guide roller must be placed offset by three grooves in the axial direction with respect to the other wire guide roller.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Processing Of Stones Or Stones Resemblance Materials (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben (40) von einem Werkstück (1), wobei ein Draht (10) derart um zwei einen Sägebereich (75) begrenzende Drahtführungsrollen (13, 15) geführt wird, dass zwischen den Drahtführungsrollen (13, 15) ein Drahtgatter (70) aus einer Vielzahl von zueinander parallel verlaufenden Drahtabschnitten (18) aufgespannt wird, wobei eine Relativbewegung zwischen den Drahtführungsrollen (13, 15) und dem Draht (10) erzeugt wird und die Vielzahl von Drahtabschnitten (18) mit einer Zugkraft beaufschlagt werden, wobei das Drahtgatter (70) beim Trennen in dem Sägebereich mit dem Werkstück (1) in Kontakt gebracht wird, und wobei der Draht (10) derart geführt wird, dass ein beliebiges Stück des Drahtes (10) bei jeweils benachbarten Drahtabschnitten (18) des Drahtgatters (70), die der Draht (10) durchläuft, innerhalb einer Länge des jeweiligen Drahtabschnitts (18) um voneinander verschiedene Winkel um seine Längsachse gedreht wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von
Scheiben von einem Werkstück
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, insbesondere einem Halbleiterkristall, bei dem ein Draht um Drahtführungsrollen geführt wird und ein Drahtgatter bildet, sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Stand der Technik Für viele Anwendungen werden dünne und insbesondere gleichförmige Scheiben eines bestimmten Materials benötigt. Ein Beispiel für Scheiben, an die besonders hohe Anforderungen bezüglich Gleichförmigkeit und Planparallelität von Vorder- und Rückseite gestellt werden, sind als sog. "Wafer" bezeichnete Scheiben aus
Halbleitermaterial, die als Substrate zur Fertigung mikroelektronischer Bauelemente verwendet werden. Besondere Bedeutung zur Herstellung derartiger Scheiben besitzt das sog. Drahtsägen, bei dem gleichzeitig eine Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück getrennt bzw. abgetrennt werden, da es besonders wirtschaftlich ist.
Solche Verfahren sowie hierzu benötigte Vorrichtungen sind vielfach bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2016 211 883 A1 oder der DE 10 2013 219 468 A1. Bei solchen Verfahren wird ein Draht derart um zwei, ggf. auch mehr, Drahtführungsrollen geführt, die einen Sägebereich begrenzen, dass zwischen den Drahtführungsrollen ein Drahtgatter mit einer Vielzahl von insbesondere parallelen Drahtabschnitten aufgespannt wird. Durch eine Relativbewegung zwischen den Drahtführungsrollen und dem Draht und der Beaufschlagung der Drahtabschnitte mit einer Zugkraft können bei Anwesenheit eines Schleifmittels die Scheiben erhalten werden, nämlich indem das Drahtgatter zum bzw. beim Trennen in dem Sägebereich mit dem
Werkstück in Kontakt gebracht wird. Problematisch bei solchen Verfahren ist jedoch, dass oftmals Scheiben mit relativ hoher Welligkeit (Verkrümmung der Mittellinie von Vorder- und Rückseite der
Scheibe, nicht nur in Bezug auf eine Oberfläche der Scheibe) bzw. geringer
Planparallelität entstehen, wenngleich sie eine gleichmäßige Dicke aufweisen mögen. Eine solche Welligkeit kann meist auch mittels anschließenden Polierens nicht beseitigt werden, da die Scheiben während des Polierens in dem welligen Bereich durch den Polierdruck elastisch plangedrückt werden, nach dem Polieren jedoch wieder in ihre ursprüngliche, wellige Form zurückfedern.
Es besteht daher Bedarf an einer Möglichkeit, Scheiben aus einem Werkstück abzutrennen, die eine möglichst geringe Welligkeit bzw. eine möglichst gute
Planparallelität aufweisen. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung geht aus von einem eingangs erwähnten Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, wobei ein Draht derart um zwei einen Sägebereich begrenzende Drahtführungsrollen geführt wird, dass zwischen den Drahtführungsrollen ein Drahtgatter mit einer Vielzahl von
Drahtabschnitten aufgespannt wird. Das Drahtgatter wird somit insbesondere von der Vielzahl an Drahtabschnitten gebildet, die sich aktuell zwischen den
Drahtführungsrollen auf der dem Werkstück zugewandten Seite befinden. Unter der dem Werkstück zugewandten Seite ist dabei insbesondere diejenige Seite zu versehen, auf der das Werkstück mit dem Draht (zuerst) in Kontakt gelangt. Denkbar ist dabei, dass auch mehr als zwei solcher Drahtführungsrollen verwendet werden, beispielswiese drei oder vier, um die dann der Draht geführt ist. Der Draht wird dabei insbesondere spiralförmig um die Drahtführungsrollen geführt bzw. gewickelt. Die das Drahtgatter aufspannenden Drahtabschnitte sind dabei insbesondere parallel und bevorzugt auch mit gleichem Abstand zueinander geführt. Hinsichtlich des Abstands sei angemerkt, dass, um etwaige Abnutzungen des Drahtes in dessen Verlauf auszugleichen, auch eine Anpassung der Abstände dahingehend vorgenommen werden kann. Auf den Drahtführungsrollen wird der Draht in sog. Drahtführungsrillen geführt, die typsicherweise eine Art ringförmige Vertiefung in der Oberfläche der Drahtführungsrollen sind und zueinander parallel angeordnet sind.
Weiterhin wird eine Relativbewegung zwischen den Drahtführungsrollen und dem Draht erzeugt und die Vielzahl von Drahtabschnitten werden mit einer Zugkraft beaufschlagt. Eine solche Relativbewegung kann erzeugt werden, indem eine der Drahtführungsrollen um ihre Achse aktiv gedreht wird. Denkbar ist auch, jede der zwei Drahtführungsrollen aktiv um ihre Achse zudrehen. Hierzu kann ein entsprechender Antrieb mit beispielsweise einem Elektromotor vorgesehen sein. Ebenso denkbar wäre, den Draht durch Rotation von einer Rolle, von der der Draht abgewickelt wird bzw. auf die er wieder aufgewickelt wird, zu bewegen.
Hierbei kann der Draht während des Trennens bevorzugt durchgehend in eine
Richtung bewegt werden. Denkbar und ebenso bevorzugt ist jedoch auch, dass der Draht während des Trennens abwechselnd um eine erste Länge in eine erste
Richtung und um eine zweite Länge, die kürzer als die erste Länge ist, in eine zweite, der ersten entgegengesetzte Richtung bewegt wird. Der Draht wird dabei also abwechselnd vor und zurückbewegt, wobei sich effektiv jedoch eine Bewegung in die erste Richtung ergibt. Dieses Vorgehen ist als sog. Pilgerschritt-Verfahren bekannt.
Weiterhin wird das Drahtgatter beim Trennen in dem Sägebereich mit dem Werkstück unter Anwesenheit eines Schleifmittels in Kontakt gebracht. Hierzu wird das
Werkstück zunächst auf das Drahtgatter zubewegt und dann, nachdem das
Werkstück mit dem Drahtgatter in Kontakt gebracht wurde, wird das Werkstück weiter in die gleiche Richtung bewegt, sodass das Drahtgatter in das Werkstück eindringt bzw. sich einsägt. Das Werkstück kann zum Zwecke der Führung bzw. des Haltens auf einer Sägeleiste oder einer vergleichbaren Haltevorrichtung befestigt sein. Auf diese Weise werden von dem Werkstück eine Vielzahl von Scheiben abgetrennt bzw. das Werkstück wird in eine Vielzahl von Scheiben aufgetrennt, wobei diese Scheiben nach dem Trennen an der Sägeleiste bzw. der Haltevorrichtung verbleiben, wovon sie dann auf geeignete Weise abgenommen werden können. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der Draht derart geführt wird, dass ein beliebiges Stück des Drahtes - insbesondere auch nur ein sehr kurzes Stück bis hin zu nur einem Querschnitt, hierzu kann auch nur ein Punkt bzw. Aufpunkt auf der Oberfläche des Drahtes betrachtet werden - bei jeweils benachbarten
Drahtabschnitten des Drahtgatters, die der Draht durchläuft (das Stück des Drahtes durchläuft diese Drahtabschnitte also zeitlich nacheinander), innerhalb einer Länge des jeweiligen Drahtabschnitts - d.h. jeweils von einem Punkt, an dem der Draht von der einen Drahtführungsrolle bzw. dessen Drahtführungsrille abhebt, bis er an der anderen Drahtführungsrolle bzw. dessen Drahtführungsrille wieder anliegt - um voneinander verschiedene Winkel um seine Längsachse gedreht (bzw. verdreht) wird. Der Draht wird somit innerhalb eines Drahtabschnitts verdrillt und zwar für (zwei beliebige) benachbarte Drahtabschnitte des Drahtgatters um unterschiedliche bzw. voneinander verschiedene Winkel.
Die Verdrillung des Stücks des Drahts um voneinander verschiedene Winkel beim Durchlaufen zweier benachbarter Drahtabschnitte gilt dabei insbesondere für alle beliebigen Paare benachbarter Drahtabschnitte im Drahtgatter und damit
insbesondere auch für beliebige, nicht notwendigerweise benachbarte,
Drahtabschnitte. Damit kann erreicht werden, dass der Draht in zwei benachbarten Trennspalten, die mit dem Draht beim Trennen in das Werkstück eingebracht werden und zwischen sich eine der erwähnten Scheiben begrenzen, die Oberflächen des Werkstücks, die später eine Vorder- und Rückseite der Scheibe bilden, aufgrund der unterschiedlichen Verdrehung bzw. Verdrillung unterschiedlich bearbeitet.
Generell kann eine gewisse Unebenheit oder Welligkeit einer einzelnen Oberfläche einer solchen Scheibe nicht vermieden werden. Durch das vorgeschlagene Vorgehen werden bei den zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen einer Scheibe nun aber unterschiedliche Unebenheiten bzw. Welligkeiten erreicht, was auf eine nicht in aller Regel gleichmäßige Oberfläche des Drahtes bzw. der Schneidfreudigkeit des auf der Drahtoberfläche befindlichen Schneidmittels zurückzuführen ist. Dies bedeutet auch, dass eine Mittelfläche zwischen den beiden Oberflächen (d.h. der Vorder- und Rückseite), die zu den beiden Oberflächen in Richtung der Dicke der Scheibe jeweils den gleichen Abstand hat (für eine detailliertere Erläuterung hierzu sei auch auf die Figuren und die zugehörige Beschreibung verwiesen), eine deutlich geringere
Welligkeit bzw. eine höhere Ebenheit aufweist, als dies bisher der Fall war. Zwar mag dadurch die Ebenheit der Oberflächen an sich etwas schlechter sein, jedoch lässt sich dies durch anschließendes Polieren der Scheiben oder dergleichen sehr einfach und gut beheben. Eine solche etwas geringere Ebenheit kann somit bewusst in Kauf genommen werden.
In diesem Zusammenhang sei auch auf ein beispielsweise aus der US 6 554 686 A bekanntes Verfahren hingewiesen, bei dem der Draht einer sog. Torsion unterliegt. Dort wird der Draht, bevor er erstmals der ersten Drahtführungsrolle zugeführt wird, in sich verdreht. Diese Verdrehung wird dann durchgehend beibehalten, was dazu führt, dass ein beliebiges Stück des Drahtes bei benachbarten Drahtabschnitten des Drahtgatters, die der Draht durchläuft, innerhalb einer Länge des jeweiligen
Drahtabschnitts um immer den gleichen Winkel um seine Längsachse gedreht bleibt. In einem Verfahren nach US 6 554 686 A durchläuft somit ein beliebiger Aufpunkt auf der Drahtoberfläche alle Trennspalte mit konstanter Winkellage zur Drahtachse.
Mit einem Verfahren nach US 6 554 686 A kann einer Entstehung von Trennspalten von mit der Schnitttiefe variierender Breite aufgrund anisotropen Drahtverschleißes (der Drahtquerschnitt wird oval bzw. abgeflacht) entgegengewirkt werden. Ein ovaler Querschnitt des abgenutzten Drahts erfolgt meist aufgrund von Anisotropie des Drahtmaterials. Durch die erwähnte Torsion wird diese Ovalität im Mittel über viele Bezugspunkte auf dem Draht weitgehend gleichmäßig in alle Richtungen senkrecht zur Drahtlängsachse verteilt, so dass der Trennspalt im Mittel über alle ihn
durchlaufenden Bezugspunkte einen weitgehend isotropen, kreisrund wirkenden, Draht "sieht". Dies kann jedoch, wie sich herausgestellt hat, nicht den Effekt der - relativ - hohen Welligkeit der erhaltenen Scheiben beheben. Bei dem in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagen Vorgehen werden weiterhin die durch die erwähnte Torsion erreichten Effekte, nämlich ein im Mittel "runder" Drahtquerschnitt, erreicht, zusätzlich jedoch auch eine geringere Welligkeit bzw.
höhere Planparallelität der Scheiben.
In diesem Zusammenhang hat sich auch herausgestellt, dass ein Draht bzw.
Sägedraht beim herkömmlichen Durchlaufen des Drahtgatters mit senkrecht zu den Achsen der Drahtführungsrollen (und damit auch durch die Drahtführungsrillen aufgespannten Ebenen) verlaufenden Drahtabschnitten des Drahtgatters innerhalb der einzelnen Drahtabschnitte keine bis allenfalls eine geringe Verdrillung erfährt.
Beim Trennen mittels eines Drahtes wird generell zwischen sog. Trennläppen und sog. Trenn schleifen unterschieden. Beim Trennläppen werden die Drahtabschnitte mit sog. Slurry als Schneidhilfsmittel beaufschlagt, die beispielsweise mittels Düsen aufgebracht wird, die mit Achsen parallel zu den Achsen der Drahtführungsrollen angeordnet sind. Unter Slurry ist dabei eine Aufschlämmung aus abrasiv wirkenden Hartstoffen, beispielsweise Siliciumcarbid (SiC), in einem flüssigen Träger,
beispielsweise Glycol oder Öl, zu verstehen.
Das Trennläppen wird mit sog. glatten Drähten oder mit strukturierten Drähten betrieben. Als glatter Draht wird ein Draht mit durchgehend gleichbleibender, insbesondere runder, Querschnittsform bezeichnet. Mit anderen Worten handelt es sich dabei um einen Draht in Form eines Zylinders mit kreisförmiger Grundfläche und sehr großer Höhe (was dann der Länge des Drahtes entspricht). Als strukturierter Draht wird ein im Grunde glatter Draht verstanden, der durch zusätzliche plastische Verformung mit einer Vielzahl, insbesondere gleichförmiger, Ausstülpungen und Einbuchtungen in Richtungen senkrecht zur Drahtlängsrichtung versehen wurde. Beim Trennschleifen sind abrasiv wirkende Hartstoffe, beispielsweise Diamanten, fest auf die Drahtoberfläche aufgebracht und insbesondere auch mit dieser,
beispielsweise durch Einwalzen bzw. Eindrücken, über eine galvanisch erzeugte Nickelbindung oder mittels Kunstharz, fest verbunden. Beim Trennschleifen wird dem Drahtgatter ein meist im Wesentlichen Wasser enthaltendes Kühlschmiermittel, das keine Abrasivstoffe enthält, beispielsweise aus den erwähnten Düsen zugeführt. Beim Trennschleifen wird bevorzugt glatter Draht verwendet. Der Draht besteht bevorzugt aus Pianodraht (beispielsweise eutektoidischer oder hypereutektoidischer Perlit mit großer Kaltverfestigung), da ein solcher Draht in aller Regel eine sehr hohe Zugfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb aufweist.
Es hat sich nun weiterhin herausgestellt, dass beim Trennläppen eine Änderung der Drahtzugkraft einer einzelnen Windung, wie sie beispielsweise während des Trennens auftreten kann, durch Drahtbewegung unter Slurry-Zugabe wieder ausgeglichen wird. Beim Trennläppen unterliegt der Draht in den Drahtführungsrillen, die ihn führen, folglich einem Schlupf, der einen Ausgleich von Unterschieden der Zugkraft
benachbarter Drahtabschnitte bewirkt.
Demgegenüber hat sich beim Trennschleifen herausgestellt, dass bei einer
Drahtbewegung unter Zugabe von Kühlschmiermittel Unterschiede in der Zugkraft benachbarter Drahtabschnitte nur in sehr viel geringerem Maße als beim Trennläppen ausgeglichen werden. Beim Trennschleifen erfährt der Draht somit allenfalls einen geringen Schlupf in den ihn führenden Drahtführungsrillen. Der Draht verhakt oder "verkrallt" sich also in gewissem Maße in der in der Regel verschleißresistenten Beschichtung der Drahtführungsrollen bzw. Drahtführungsrillen.
Es wurde auch herausgefunden, dass bei ungleichmäßig scharfen Schneidmitteln wie Sägeblättern oder auch Drähten das Schnittmittel während des Schneidens in der Regel in Richtung des schärfen (oder auch schnittfreudigeren) Bereichs gezogen bzw. versetzt wird. Damit lässt sich die oben erwähnte Problematik der relativ hohen Welligkeit der erhaltenen Scheiben bei herkömmlichem Trennen mittels Draht (ggf. auch mit Torsion) erklären. Gleichzeitig kann damit aber auch erklärt werden, weshalb das vorgeschlagene Vorgehen diese Probleme vermeidet, da der Draht in
benachbarten Trennspalten in unterschiedliche Richtungen gezogen bzw. versetzt wird. Besonders bevorzugt ist es, wenn die zwei Drahtführungsrollen mit ihren jeweiligen Drahtführungsrillen, in denen der Draht um die Drahtführungsrollen geführt wird, und der Draht derart (zueinander) angeordnet werden, dass die Drahtabschnitte des Drahtgatters (und damit auf der dem Werkstück zugewandten Seite) zumindest bei einer der zwei Drahtführungsrollen - bevorzugt aber auch bei den zwei
Drahtführungsrollen - jeweils einen von Null (d.h. von 0°) verschiedenen Winkel mit der Ebene, die jeweils durch die zugehörige Drahtführungsrille bestimmt ist, bilden. Dies betrifft also insbesondere alle das Drahtgatter bildende Drahtabschnitte. Unter einer von einer Drahtführungsrille aufgespannten Ebene ist eine Ebene zu verstehen, die die durch die in Umfangsrichtung der Drahtführungsrille bzw. Drahtführungsrolle gesehen jeweils tiefsten Punkte enthält (im Schnitt weisen solche Drahtführungsrillen in der Regel einen runden unteren Bereich auf, sodass es einen tiefsten Punkt gibt). Eine solche Ebene liegt damit insbesondere auch senkrecht zur Rotationsachse der betreffenden Drahtführungsrolle.
Die zwei Drahtführungsrollen können mit ihren Rotationsachsen hierzu parallel zueinander angeordnet werden, wobei die einander entsprechenden
Drahtführungsrillen, d.h. diejenigen Drahtführungsrillen auf den zwei
Drahtführungsrollen, die denselben Drahtabschnitt des Drahtgatters (auf der dem Werkstück zugewandten Seite) führen, gegeneinander in Richtung der
Rotationsachsen der Drahtführungsrollen versetzt sind. Hierzu kann bei an sich einander gegenüberliegenden Drahtführungsrillen der Draht einfach um eine oder mehrere Drahtführungsrillen versetzt aufgebracht werden. Denkbar ist jedoch ebenso, dass - womit auch eine größere Flexibilität hinsichtlich des Winkels erreicht wird - die Drahtführungsrollen selbst gegeneinander in Richtung der Rotationsachsen der Drahtführungsrollen versetzt sind, und zwar um eine dem Abstand bis zu mehrerer benachbarter Rillen entsprechenden Länge. Ebenso kann beides kombiniert werden.
Durch die erwähnten Anordnungen und allgemein durch das Vorsehen des von Null verschiedenen Winkels zwischen den Drahtabschnitten und der jeweiligen Ebene - bevorzugt ist hierbei ein Winkel zwischen 0,05° und 0,5°, insbesondere zwischen 0,1 ° und 0,4° - wird, wie erwähnt, erreicht, dass der Draht schräg in die Drahtführungsrille einläuft bzw. ausläuft, wenn er - relativ zur Oberfläche der Drahtführungsrille - bewegt wird. Dies führt dazu, dass der Draht an einer Flanke, die die Drahtführungsrille begrenzt - generell weist eine Drahtführungsrille (zwei) Flanken auf, zwischen denen der Draht in die jeweilige Drahtführungsrille einbringbar ist und die sozusagen Seitenwände der Drahtführungsrille bilden - abrollt, und zwar insbesondere von - in Bezug auf den runden Querschnitt der Drahtführungsrolle gesehen - radial außen nach radial innen beim Einlaufen des Drahtens und von radial innen nach radial außen beim Auslaufen des Drahtes. Durch dieses Abrollen erfährt der Draht eine gewisse Drehung bzw. Verdrillung.
Durch die Ausnutzung der Tatsache, dass die Oberfläche des Drahtes in der Praxis nicht überall gleich ist und auch die Rillen in den Drahtführungsrollen nach Form,
Tiefe und Breite aus Gründen begrenzter Präzision bei der Bearbeitung
Schwankungen unterliegen, variiert die durch das Abrollen des Drahtes erzeugte Drehung bzw. der entsprechende Winkel von Drahtführungsrille zu Drahtführungsrille mitunter nicht unerheblich. Neben diesen beiden Effekten ergibt sich zudem, dass ein im Draht weiter hinten angeordnetes Stück des Drahtes, das also eine gegebene Position im von den Drahtführungsrollen aufgespannten Drahtgatter zeitlich später durchläuft, über die Länge desselben Drahtstücks gesehen ebenfalls um einen anderen Winkel verdreht wird als ein Stück an einer anderen Stelle des Drahts. Dies beruht dann auf einer, entlang der Länge des Drahtes gesehen, variierenden
Drahtoberfläche.
Besonders bevorzugt ist insofern auch, wenn das vorgeschlagene Verfahren beim erwähnten Trennschleifen verwendet wird, da hier bevorzugt ein Draht verwendet wird, bei dem auf einer Oberfläche abrasiv wirkende Hartstoffe, insbesondere
Diamanten, vorgesehen sind. Solche abrasiv wirkenden Hartstoffe sind einerseits herstellungsbedingt ungleichmäßig bzw. statistisch auf der Oberfläche des Drahtes verteilt. Andererseits sind verschiedene Hartstoffe - also beispielsweise verschiedene Diamanten - unterschiedlich scharf bzw. schnittfreudig. Somit kommt der Effekt des vorgeschlagenen Verfahrens beim Trennschleifen besonders gut zum Tragen.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Flanken der jeweiligen Drahtführungsrillen in einer Schnittebene, in welcher eine Rotationsachse der jeweiligen Drahtführungsrolle liegt, gesehen, einen Öffnungswinkel von mehr als 0° aufweisen. Dies gilt also insbesondere für alle Drahtführungsrillen der betreffenden - oder der zwei - Drahtführungsrollen. Mit anderen Worten fällt hat eine Flanke damit eine gewisse Neigung oder Steigung, die das Abrollen begünstigt. Bevorzugt ist auch eine
Beschichtung der Drahtführungsrillen, beispielsweise aus Polyurethan, insbesondere duromeres Polyurethan, was diesen Effekt durch das Abrollen begünstigt. Ebenso können die Drahtführungsrillen in einer entsprechenden Beschichtung der
Drahtführungsrollen ausgebildet sein. Zweckmäßig ist, wenn der Öffnungswinkel der Flanken zwischen 45° und 135°, bevorzugt zwischen 60° und 120°, und besonders bevorzugt zwischen 75° und 105°, liegt. Dabei kann über den Öffnungswinkel beispielsweise derjenige Winkel, um den das entsprechende Stück Draht verdreht wird, im Mittel angepasst werden. Generell wäre es hierzu ausreichend, wenn nur eine Flanke eine Neigung bzw. Steigung aufweist, und zwar diejenige, auf deren Seite der Draht aufgrund des schrägen Verlaufs ein- bzw. ausläuft, zweckmäßig ist jedoch auch eine symmetrische
Anordnung der Flanken.
Wenngleich alle Drahtführungsrillen der betreffenden - oder der zwei - Drahtführungsrolle(n) einen Öffnungswinkel von mehr als 0° aufweisen, kann zudem vorgesehen sein, dass die Öffnungswinkel verschiedener Drahtführungsrillen variieren, denkbar ist beispielswiese ein immer größer oder immer kleiner werdender Öffnungswinkel von einer Drahtführungsrille am einen Ende der Drahtführungsrolle zu der Drahtführungsrille am anderen Ende.
Das Werkstück weist bevorzugt in axialer Richtung gesehen eine, zumindest im Wesentlichen, gleichbleibende Querschnittsform auf. Dabei kann es sich um eine runde Querschnittsform handeln, denkbar ist aber auch eine insbesondere gleichmäßige Polygonform, beispielswese mit viereckiger, sechseckiger oder achteckiger Fläche.
Als Material für das Werkstück kommt besonders bevorzugt ein Haltleitermaterial wie Silizium in Betracht. Mit anderen Worten wird als Werkstück ein Halbleiterkristall, insbesondere ein Siliziumkristall, verwendet. Denkbar sind aber auch andere
Halbleiter wie Germanium oder Verbindungshalbleiter (z.B. Ill-V). Solche
Halbleitermaterialien werden insbesondere als meist einkristallines Grundmaterial für elektronische Bauelemente benötigt und sollen oder müssen daher dafür besonders hohe Anforderungen in Bezug auf Ebenheit, Planparallelität, Sauberkeit und
Defektarmut erfüllen.
Bei stabförmigen Werkstücken, kommen insbesondere solche Werkstücke in
Betracht, die einen Durchmesser von wenigstens 200 mm, beispielsweise 250 mm oder 300 mm, aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Eine solche Vorrichtung weist somit insbesondere einen Draht auf, der derart spiralförmig um zwei einen Sägebereich begrenzende Drahtführungsrollen geführt ist, dass zwischen den Drahtführungsrollen ein Drahtgatter mit einer Vielzahl von Drahtabschnitten aufgespannt ist. Dabei ist durch Rotation der Drahtführungsrollen um ihre Achsen eine Relativbewegung zwischen den Drahtführungsrollen und dem Draht erzeugbar und die Vielzahl von Drahtabschnitten sind mit einer Zugkraft beaufschlagbar. Zum bzw. beim Trennen kann das Drahtgatter in dem Sägebereich mit dem Werkstück in Kontakt gebracht werden.
Um zu erreichen, dass der Draht derart geführt wird, dass ein beliebiges Stück des Drahtes bei benachbarten Drahtabschnitten des Drahtgatters, die der Draht durchläuft, innerhalb einer Länge des jeweiligen Drahtabschnitts um voneinander verschiedene Winkel um seine Längsachse gedreht wird, sind bei der Vorrichtung insbesondere die Drahtführungsrollen mit den Drahtführungsrillen sowie auch der Draht derart ausgebildet und/oder angeordnet, wie dies vorstehend in Bezug auf das Verfahren näher erläutert wurde.
Hinsichtlich weiterer Merkmale bzw. bevorzugter Ausgestaltungen und Vorteile sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück in einer Querschnittsansicht bei
Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 2 zeigt die Vorrichtung aus Figur 1 in einer Draufsicht ebenfalls bei
Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Werkstücks bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 4 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Draufsicht bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Werkstücks bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Drahtführungsrolle bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. In Figur 1 ist schematisch eine (nicht erfindungsgemäße) Vorrichtung 100 zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück in einer Querschnittsansicht bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In Figur 2 ist diese Vorrichtung 100 in einer Draufsicht ebenfalls bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Anhand der Figuren 1 und 2 soll nachfolgend und übergreifend insbesondere die Vorrichtung 100 und deren grundlegende Funktionsweise sowie auch die
grundlegenden Schritte eines Verfahrens zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück erläutert werden, da eine erfindungsgemäße Vorrichtung und ein erfindungsgemäßes Verfahren, die später noch näher erläutert werden sollen, viele Merkmale einer solchen, herkömmlichen Vorrichtung bzw. eines solchen herkömmlichen Verfahrens aufweisen.
Ein Draht 10 ist mehrfach und insbesondere spiralförmig in kreisförmigen
geschlossenen und jeweils parallel zueinander angeordneten Rillen bzw.
Drahtführungsrillen 17 um wenigstens zwei, jeweils um eine Achse bzw.
Rotationsachse 14 drehbare, Drahtführungsrollen 13 und 15 derart herumgeführt, dass auf einer Seite der durch die Drahtführungsrollen 13, 15 gebildeten Anordnung eine Vielzahl von Drahtabschnitten 18 (d.h. von Abschnitten des Drahtes 10) parallel zueinander und senkrecht zu den Achsen 14 zu liegen kommen und ein ebenes Drahtfeld bzw. ein Drahtgatter 70 aufspannen. Die Drahtführungsrollen 13 und 15 begrenzen dabei einen Sägebereich 75. Das in eine Vielzahl von Scheiben aufzutrennende Werkstück 1 ist im gezeigten Beispiel als ein Stab mit einer Achse 2 ausgebildet und mit einer Sägeleiste 3, beispielsweise durch Klebung (Klebefuge 21 ), und mit einer Zustellvorrichtung 4 derart verbunden, dass die Achse 2 bzw. das Werkstück 1 parallel zu den Achsen 14 der Drahtführungsrollen 13, 14 und senkrecht zu den Drahtabschnitten 18 angeordnet sind. Mittels einer Zustellvorrichtung kann das Werkstück 1 in Richtung 5 senkrecht auf das Drahtgatter 70 zugestellt bzw. zubewegt werden.
Mittels gleichsinniger Drehung der Drahtführungsrollen 13 und 15 um ihre Achsen 14 wird weiterer Draht aus einem Vorrat 8 an Frischdraht (d.h. einem Frischdrahtvorrat) von einer um ihre Achse 7 drehbar gelagerten Frischdrahtspule 6 entnommen und über eine Spannvorrichtung 11 und beispielsweise eine Umlenkrolle 12 der
Drahtführungsrolle 13 in einer Drahtführungsrille und damit dem Drahtgatter 70 zugeführt.
Nach Durchlaufen der Vorrichtung und damit des Drahtgatters 70 wird der Draht 10 von der Drahtführungsrolle abgeführt und über beispielsweise eine Umlenkrolle 29 und eine Spannvorrichtung 25 verlässt der Draht die Anordnung der
Drahtführungsrollen und wird einem Vorrat 24 auf einer um ihre Achse 23 drehbaren Altdrahtspule 22 zugeführt. Um den Draht spiralförmig um die Drahtführungsrollen 13, 15 herumzuführen, wird bei der gezeigten Vorrichtung 100 jede Drahtwindung auf der dem Drahtgatter 70 und damit dem Werkstück 1 abgewandten Seite um eine Rille 17 versetzt. Wie schon erwähnt, wird das Trennen bzw. das Drahtsägen nach Trennläppen und Trennschleifen unterschieden. Beim Trennschleifen werden die Drahtabschnitte 18 mit Kühlschmiermittel als Schneidhilfsmittel 28 aus Düsen 26, deren Achsen 27 insbesondere parallel zu den Achsen 14 der Drahtführungsrollen 13, 15 sind, beaufschlagt. Diese Düsen können dabei insbesondere regelmäßig über die Länge der Drahtführungsrollen verteilt vorgesehen sein.
Die Drahtführungsrillen 17, die den Draht um die Drahtführungsrollen 13, 15 herumführen, können in ein verschleißfestes Material, meist duromeres Polyurethan, mit dem die Mantelflächen der zylindrischen Drahtführungsrollen in der Regel beschichtet sind, hineingeschliffen oder hineingedreht sein. Ebenso können die Drahtführungsrillen eine entsprechende Beschichtung aufweisen. Durch Bewegen der Drahtabschnitte 18 mittels Drehung der Drahtführungsrollen 13 und 15, Zuführung von Kühlschmiermittel 28 zum Draht beim sog. Trennschleifen zum Diamant-beschichteten Draht (oder von Slurry als Schleifhilfsmittel beim sog.
Trennläppen) und durch Zustellen bzw. Bewegen des Werkstückes 1 auf das
Drahtgatter 70 zu wird das Werkstück 1 zunächst mit dem Drahtgatter 70 in Kontakt gebracht. Unter weiterer Drahtbewegung, Zugabe von Slurry oder Kühlschmiermittel 28 und Zustellung bzw. Bewegung des Werkstücks 1 wird ein Abtrag von Material vom Werkstück 1 bewirkt, mittels dessen sich die Drahtabschnitte 18 langsam durch das gesamte Werkstück 1 hindurcharbeiten. Das Trennen bzw. der Trennvorgang ist beendet, wenn alle Drahtabschnitte 18 in der Sägeleiste 3 zu liegen gekommen sind. Die entstandenen Scheiben hängen dann vergleichbar den Zinken eines Kamms, d.h. nur an ihrem Rand durch die Klebefuge 21 gehalten, an der teildurchtrennten Sägeleiste 3. Durch Entnahme dieses
"Scheibenkamms" und Auftrennen der Klebefuge beispielsweise in einem
Entkittungsbad werden dann einzelne Scheiben erhalten.
Das Trennschleifen (auch als Vieldraht-Trennschleifen bezeichnet) zeichnet sich durch einen Materialabtrag mittels Zwei-Körper-Wechselwirkung aus Werkstück und Werkzeug (beispielsweise Diamantdraht bzw. mit Diamant beschichteter Draht) aus.
Die Fläche, an der die entgegen der Zustellrichtung 5 weisende Hälfte der
Mantelfläche des im Eingriff mit dem Werkstück 1 befindlichen Teils eines
Drahtabschnitts 18 die fest auf dem Draht aufgebrachten Hartstoffe bzw. Diamanten (Trennschleifen) in Kontakt mit dem Material des Werkstücks 1 bringt und dadurch Späne ablöst, wird mit Trennfläche bezeichnet. Der durch die Oberflächen der beim Trennvorgang entstehenden Scheiben begrenzte Raum wird als Trennspalt bezeichnet. Die Trennfläche trennt somit den Bereich 20, in dem das Werkstück 1 bereits mit Trennspalten versehen ist, und einen Bereich oberhalb, in dem sich noch keine Trennspalte befinden. Die Ausdehnung eines Trennspalts in Stabzustellrichtung 5 wird als Schnitttiefe bezeichnet.
Mit einer Durchbiegung 19 wird ein maximaler Abstand eines Mittelpunktes zwischen dem Abhebepunkt des Drahts von der Drahtführungsrolle 13 und dem Abhebepunkt des Drahts von der Drahtführungsrolle 15 in den Drahtabschnitten 18 des ebenen Drahtgatters 70 zur Lage desselben Punktes in den Drahtabschnitten eines in
Drahtzustellrichtung 5 gewölbten Drahtabschnitts bezeichnet. Die Durchbiegung 19 ist durch das Gleichgewicht zwischen der
Zustellgeschwindigkeit 5 des Werkstücks 1 auf das Drahtgatter 70 und der
Geschwindigkeit des Materialabtrags an der Trennfläche bestimmt. Die Durchbiegung 19 führt zu Rückstellkräften, die auf die im Eingriff bzw. in Kontakt mit dem Werkstück befindlichen Teile der Drahtabschnitte 18 wirken und dadurch die fest auf dem Draht aufgebrachten Hartstoffe bzw. Diamanten (im Falle des Trennschleifens) in Kontakt mit der Trennfläche bringen und so einen Materialabtrag an der Trennfläche bewirken.
Das Drahtsägen kann, wie schon erwähnt, mit Bewegung des Drahts in nur eine Richtung (unidirektional) oder in zwei Richtungen (reziproke Drahtbewegung bzw. sog. "Pilgerschritt-Verfahren) erfolgen. Bei unidirektionaler Drahtbewegung wird der Draht über den gesamten Trennvorgang hindurch in genau einer Richtung von der Frischdrahtspule 6 über das Drahtgatter 70 zur Altdrahtspule 22 bewegt. Bei reziproker Drahtbewegung wird der Draht unter fortwährender Umkehrung der
Drahtbewegungsrichtung von der Frischdrahtspule 6 auf die Altdrahtspule 22 bewegt.
Das Pilgerschritt-Verfahren bewirkt eine wirtschaftliche Mehrfachnutzung des Drahts, reduziert das Maß der keilförmigen Dickenzunahme von der Frischdraht-Eintrittseite zur Altdraht-Austrittseite eines jeden Trennspalts gegenüber mit unidirektionaler Drahtbewegung erhaltenen Scheiben und erleichtert das Trennen von Werkstücken oder Stäben mit besonders großen Durchmessern, da aufgrund der fortwährenden Richtungsumkehr der Drahtbewegung das Kühlschmiermittel (im Falle des
Trennschleifens) nur vom Trennspaltrand bis zur Trennspaltmitte vom Draht in den Trennspalt hinein transportiert werden muss und nicht, wie beim unidirektionalen Trennen, durch die gesamte Eingriffslänge des Drahts mit dem Stab hindurch.
Wie schon erwähnt, wurde bei dem vorstehend beschriebenen Vorgehen, d.h.
insbesondere mit herkömmlichem spiralförmigem Führen des Drahts 10 mit senkrecht zu den beiden Achsen 14 der Drahtführungsrollen verlaufenden Drahtabschnitten 18, festgestellt, dass eine erhöhte bzw. unerwünscht hohe Welligkeit in den durch das Verfahren erhaltenen Scheiben entsteht. In Figur 3 ist schematisch ein Ausschnitt des Werkstücks 1 - die gezeigte
Schnittansicht liegt in einer Ebenes senkrecht zur Achse 2 des Werkstücks - bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es vorstehend näher erläutert wurde, gezeigt. Hierbei sind beim Abtrennen von Scheiben 40 entstehende Trennspalte 20 zu sehen. Gezeigt ist auch ein Drahtquerschnitt eines mit Diamanten 38 und 39 belegten Drahtes 10 für einen bestimmten Aufpunkt (d.h. einen festen Bezugspunkt auf der Drahtoberfläche, der sich in einem bestimmten Stück des Drahts befindet) im linken und desselben Aufpunkts im rechten Trennspalt.
Der Draht 10 weist keine Verdrillung auf, so dass im gewählten Bezugspunkt alle Diamanten 38 und 39 auf dem Draht im linken und rechten Trennspalt 20 in konstante bzw. gleiche Richtungen senkrecht zur Drahtlängsachse zeigen, wie mittels zweier Pfeile angedeutet. Auf der Oberfläche des gezeigten Drahtstücks befinden sich scharfe (schnittfreudige) Diamanten 38 (als nicht ausgefülltes Polygon dargestellt) und stumpfe (bzw. weniger schnittfreudige) Diamanten 39 (als ausgefülltes Polygon dargestellt). Die unterschiedlich schnittfreudigen Diamanten bewirken eine
Auslenkung des gezeigten Drahtstücks in Richtung des scharfen Diamanten 38, so dass die Fläche 37 des tatsächlichen Trennspalts von der Ebene 36 des idealen Trennspalts abweicht.
Da der gewählte Bezugspunkt auf dem Draht die gezeigten benachbarten Trennspalte mit derselben Orientierung durchläuft, weisen der linke und der rechte Trennspalt dieselbe Krümmung in dieselbe Richtung auf. Die Vorderseite 42 und die Rückseite 43 der zwischen den Trennspalten 20 gebildeten, teilweise aus dem Stab 1
abgetrennten Scheibe 40 haben für jede Schnitttiefe 45 - zumindest im Wesentlichen - denselben Abstand voneinander. Die Scheibe 40 weist daher eine hohe
Dickenkonstanz auf. Die Mittelebene 41 zwischen Vorderseite 42 und Rückseite 43 der Scheibe 40 weist jedoch eine starke Abweichung von der Ebene 36 eines idealen Trennschnitts auf. Die erhaltene Scheibe 40 ist also stark gekrümmt.
In Figur 4 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 200 zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück in einer bevorzugten Ausführungsform in einer Draufsicht bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
Die Vorrichtung 200 sowie das zugehörige Verfahren entsprechen hinsichtlich ihrer grundlegenden Funktionsweise der Vorrichtung 100 und dem zugehörigen Verfahren, wie sie in Bezug auf die Figuren 1 und 2 erläutert wurden. Insofern sollen nachfolgend nur die Unterschiede herausgestellt werden, im Übrigen sei auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. Hierbei ist eine Aufsicht senkrecht auf das von den Drahtführungsrollen 13 und 15 mit den Achsen 14 aufgespannte Drahtgatter 70 mit den Drahtabschnitten 18 Zusehen, vergleichbar der Ansicht in Figur 2. Der Draht 10 wird den Drahtführungsrollen, hier von links unten, zugeführt. Im Gegensatz zu der Darstellung in Figur 2 weist das Drahtgatter 70 bzw. deren Drahtabschnitte 18 eine gewisse Schräglage auf, d.h. die zwei Drahtführungsrollen 13 und 15 mit ihren jeweiligen Drahtführungsrillen 17, in denen der Draht 10 um die Drahtführungsrollen geführt wird, und der Draht 10 sind derart (zueinander) angeordnet, dass die Drahtabschnitte 18 des Drahtgatters 70 bei den Drahtführungsrollen jeweils einen von Null verschiedenen Winkel, hier mit f bezeichnet, mit einer durch die jeweils zugehörige Drahtführungsrille aufgespannten Ebene bilden. Eine solche Ebene ist hier beispielhaft mit 48 bezeichnet.
Im gezeigten Fall wird dies durch einen Versatz 31 der Drahtabschnitte 18 des Drahtgatters 70 erreicht. Die Drahtabschnitte 18 verlaufen also mit einem von Null verschiedenen Spurfehl Winkel f zu den Ebenen, in denen die ringförmigen
geschlossenen Drahtführungsrillen um die Drahtführungsrollen verlaufen.
Der Spurfehlwinkel f kann anstatt durch den Versatz 31 der Drahtabschnitte 18 des Drahtgatters, wie in Figur 4 gezeigt, auch durch eine Verschiebung 49 in Richtung der Achsen 14 einer der beiden Drahtführungsrollen13, 15 gegenüber der anderen erreicht werden. Ein Spurfehlwinkel kann auch dadurch erreicht werden, dass beim Einbringen der Drahtführungsrillen die Ebenen jeweils korrespondierender
Drahtführungsrillen der Drahtführungsrollen 13 und 15 gegeneinander in Achsrichtung 14 verschoben werden. Korrespondierende Drahtführungsrillen bezeichnen dabei solche, in denen ein jeweiliger bzw. derselbe Drahtabschnitt 18 (auf der dem
Werkstück zugewandten Seite) verläuft.
Das Werkstück 1 ist hier mit seiner Achse 2 verdreht zu den Achsen 14 angeordnet und zwar um den Winkel a, der hier gleich dem Winkel f ist. Damit verläuft die Achse 2 des Werkstücks 1 senkrecht zu den Drahtabschnitten 18. Es versteht sich jedoch, dass der Winkel a auch andere Werte annehmen kann, wenn gewünscht.
Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass Figur 4 nur eine schematische Darstellung des Drahts 10 und dessen Verlauf bzw. Führung in den
Drahtführungsrillen zeigt. Es versteht sich, dass der Draht in aller Regel erst ab dann einen schrägen Verlauf aufweist, wenn er von den Drahtführungsrillen abgelöst bzw. abgehoben ist, was beispielsweise in etwa am höchsten Punkt ist, der in Figur 4 auf Flöhe der Achse 14 liegt. Entsprechendes gilt für das Anlegen des Drahts an der andere Drahtführungsrolle.
In Figur 5 ist schematisch ein Ausschnitt des Werkstücks 1 wie auch schon in Figur 3, jedoch bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt.
Hierbei ist zu sehen, dass ein Aufpunkt des Drahtes 10 im linken Trennspalt eine andere Orientierung hat als, nach Durchlaufen einer Drahtwindung, im rechten Trennspalt. Mit anderen Worten weist das Drahtstück in beiden Trennspalten eine unterschiedliche Verdrillung auf. Aufgrund der im linken und rechten Trennspalt unterschiedlichen Lage des scharfen (schnittfreudigen) Diamanten 38 wird der Draht in dem bestimmten Aufpunkt im linken Trennspalt in eine andere Richtung ausgelenkt als im rechten Trennspalt (mittels zweier Pfeile einmal für die beiden oberen
Positionen und einmal für die beiden unteren Positionen dargestellt, wobei die oberen und unteren Positionen verschiedenen Schnitttiefen entsprechen).
Daher weicht die tatsächliche Trennfläche 37 der beiden Trennspalte für jede
Schnitttiefe 45 unabhängig voneinander beispielsweise einmal nach links und einmal nach rechts von der idealen Trennebene 36 ab. Die Mittellinie (oder Mittelebene) 41 zwischen Vorderseite 42 und Rückseite 43 der durch die Trennspalte 20 von dem Stab teilweise abgetrennten Scheibe 40 weist daher keine Vorzugskrümmung auf, und die maximale Auslenkung der Mittellinie 41 ist geringer als im Vergleichsbeispiel gemäß Figur 3.
Zwar weist die auf diese Weise erhaltene Scheibe 40 eine schlechtere
Dickenkonstanz (Abstand von Vorder- und Rückseite für jede Schnitttiefe 45) auf als die Scheibe gemäß Figur 3. Eine schlechte Dickenkonstanz ist jedoch weniger problematisch als eine schlechte Planparallelität einer Scheibe in allen ihren Punkten von Vorder- und Rückseite, da dem Drahtsägen nachfolgende Bearbeitungsschritte wie Planschleifen, Planläppen, Politur und dergleichen, die zum Entfernen der vom mechanischen Materialabtrag des Drahtsägens kristallin geschädigten
Oberflächenschichten der Scheiben ohnehin erforderlich sind, Dickenschwankungen der Scheibe sehr wirkungsvoll entfernen können.
Verkrümmungen der Scheibe (starke Abweichung der Mittellinie der Scheibe von einer Ebene) hingegen können, wie schon erwähnt, von den nachfolgenden
Bearbeitungsschritten nicht oder nur unzureichend entfernt werden, da sich die Scheibe aufgrund ihrer geringen Dicke elastisch verhält. Die für den Materialabtrag erforderliche Kraft senkrecht zur Scheibenoberfläche drückt die Scheibe während der Bearbeitung elastisch plan. Nach Materialabtrag und elastischer Entspannung ist die Scheibe dünner geworden, ihre Krümmung hat jedoch nicht abgenommen. In Figur 6 ist schematisch ein Ausschnitt einer Drahtführungsrolle 13 mit einer Drahtführungsrille 17 bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform in drei verschiedenen Position für den Draht 10 beim Abrollen in der Drahtführungsrille dargestellt.
Insbesondere ist hier eine Drahtführungsrille 17 mit symmetrisch ausgebildeten Flanken 33 gezeigt, womit die schräg verlaufenden Drahtabschnitte des Drahtgatters zu einer von Drahtführungsrille zu Drahtführungsrille veränderlichen Verdrillung des Drahts in einem gewählten Aufpunkt um einen Winkel g führen.
Eine Drahtführungsrille 17 in einer Drahtführungsrolle 13 mit Achse 14 weist einen Rillengrund 34 und zwei Flanken 33 auf. Der Rillengrund ist häufig gekrümmt und zwar beispielsweise mit einem Krümmungsradius der etwa dem halben Durchmesser der Einhüllenden um den Draht 10 entspricht. Der Durchmesser der Einhüllenden ergibt sich beim Trennschleifen aus der Summe des Durchmessers des Kerndrahts und zweimal der Dicke des Diamantbelags. Beim Trennläppen ergibt sich der
Durchmesser der Einhüllenden aus der Summe des Drahtdurchmessers und zweimal der Dicke des den Draht bedeckenden Slurryfilms. Bei Verwendung von
strukturiertem Draht ersetzt der Wirkdurchmesser den Kerndurchmesser des Drahts. Dies verhindert einerseits eine spielbehaftete ungenaue Führung des Drahts in der idealen Schnittebene eines zu breiten Rillengrunds einer zu breiten Drahtführungsrille und andererseits ein Verklemmen (und dadurch oft Reißen) des Drahts einer zu engen Drahtführungsrille. Aufgrund der Schräglage der Drahtabschnitte gegenüber den Ebenen, in denen die Drahtführungsrillen verlaufen, tritt der Draht 10 nicht mittig, sondern um eine gewisse Distanz, hier mit 50 bezeichnet, gegenüber der Mitte der Drahtführungsrille 17 verschoben, in die Drahtführungsrille ein. Er berührt also zunächst eine der beiden Flanken 33, im oben gezeigten Bild die linke Flanke, und wird erst bei weiterer Drehung der Drahtführungsrolle 13 um ihre Achse (was zu einer Drahtbewegung führt) in die Drahtführungsrille hineingezogen. Da sich der mit Diamant belegte Draht 10 beim Trenn sch leiten im
verschleißresistenten Belag der Drahtführungsrolle, in den die Drahtführungsrille eingebracht sind, verhakt, rollt der Draht aufgrund der dadurch sehr hohen
Haftreibung an der Flanke ab (mittleres Bild), bis er schließlich im Rillengrund mittig in der Drahtführungsrille zu liegen kommt (unteres Bild). Der Winkel g ist dabei derjenige Winkel, um die der bestimmte Aufpunkt (zur leichteren Erkennbarkeit durch einen nicht ausgefüllten Diamanten gekennzeichnet) beim Abrollen des Drahtes auf der Flanke verdrillt wird. Dieser Winkel entspricht damit auch demjenigen Winkel, um den ein bestimmtes Stück Draht innerhalb der Länge eines Drahtabschnitts verdreht wird
Da der Draht im gewählten Aufpunkt bei einer Drahtbewegung durch Drehung der Drahtführungsrollen um ihre Achsen bei jedem Einscheren in eine Drahtführungsrille mit einem anderen Diamanten zuerst in Kontakt mit der Flanke der Drahtführungsrille gelangt und die Diamanten auf der Drahtoberfläche eine (statistische) Verteilung insbesondere nach Größe, Verteilung und Ausrichtung aufweisen, ist der Betrag des Winkels, um den der Draht im gewählten Aufpunkt, bis er im Rillengrund zu liegen kommt, verdrillt wird, für jede Drahtführungsrille ein anderer. Benachbarte
Drahtführungsrillen werden von einem gewählten Aufpunkt des Drahts also mit unterschiedlichen, zufälligen Winkeln der Drahtverdrillung durchlaufen.
Ein Auswandern des Drahts in Richtung zufällig schärferer Diamanten 38, wie in Figur 5 gezeigt, aus der idealen Schnittebene 36 heraus erfolgt also nach Richtung und Betrag in zwischen benachbarten Drahtführungsrillen in un korrelierter Weise, d.h. um unterschiedliche Beträge und zufällige Richtungen. Die Mittellinie 41 der durch die dabei entstehenden Trennspalte gebildete Vorderseite 42 und Rückseite 43 der entstehenden Scheibe 40 weichen im Mittel über die Schnitttiefe 45 nicht oder allenfalls nur sehr gering von einer idealen Ebene ab, und die dabei auftretende maximale Abweichung über die gesamte Schnitttiefe bleibt minimal. Damit das Abrollen des Drahtes auf den Flanken in verlässlicher Weise erfolgt, sollten die Flanken einen von Null verschiedenen Öffnungswinkel ß aufweisen. Dieser Öffnungswinkel ist insbesondere dadurch nach oben und unten begrenzt, dass ein zu geringer Öffnungswinkel ein sicheres "Einfangen" (Einspuren) des Drahts unter Umständen sehr schwierig macht oder gar verhindert. Der Draht springt dann ggf. in die Nachbarrille, was einen Drahtriss oder zumindest Scheiben mit unerwünschter Dicke zur Folge hat. Ein zu großer Öffnungswinkel führt dazu, dass zwischen benachbarten Drahtführungsrillen ein zu geringer, nicht rillierter, zylindrischer Teil der Drahtführungsrolle verbleibt. Wenn dieser Steg zu dünn wird, werden die
Drahtführungsrillen mechanisch instabil und brechen bei Beanspruchung oder
Verschleiß.
Eine gewünschte Dicke der auch als Wafer bezeichneten Scheiben unmittelbar nach dem Trennen (d.h. vor einem etwaigen Nachbearbeiten) liegt, bestimmt durch die angestrebte Enddicke der Wafer einem Nachbearbeiten wie Schleifen, Läppen, Ätzen und/oder Polieren, bei etwa einem oder knapp unter einem Millimeter. Der
Drahtdurchmesser beträgt dabei bevorzugt zwischen 80 prm und 175 miti, die
Korngröße der Diamanten (beim Trennschleifen) bzw. des Slurrys (beim Trennläppen) zwischen 5 prm und 25 prm, der mittlere Abstand benachbarter Drahtführungsrillen folglich zwischen 930 prm und 1150 prm (für Scheiben mit einer Zieldicke von knapp unter einem Millimeter)
Wenn die Einstichtiefe der Drahtführungsrillen zum sicheren Führen des Drahts in etwa mindestens dem Drahtdurchmesser entspricht, ergibt sich eine obere Grenze für den Öffnungswinkel der Drahtführungsrollen, bei der noch ausreichend zylindrischer Bereich zwischen benachbarten Rillen auf der Mantelfläche der Drahtführungsrollen verbleibt, von 135°. Bevorzugt werden daher Drahtführungsrillen mit einem
Öffnungswinkel zwischen 45° und 135°, insbesondere zwischen 60° und 120°.
Für einen konkreten Fall des Trennschleifens eines Werkstücks in Form eines Stabs mit 156 mm maximaler Drahteingriffslänge aus monokristallinem Silizium kann beispielsweise ein mittlerer Abstand benachbarter Drahtführungsrillen in etwa oder etwas über 300 prm betragen, der Achsabstand der das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen 390 mm. Der Draht kann dann einschließlich seines Belags aus Diamantkörnern einen Außendurchmesser von etwa 120 prm haben, der spiralförmig um die Drahtführungsrollen herumgeführte Draht im Drahtgatter auf einer Drahtführungsrolle um drei Rillen in Achsrichtung gegenüber der anderen Drahtführungsrolle versetzt aufgelegt werden.
Damit ergibt sich ein Schrägverlauf der Drahtabschnitte von knapp 1 mm auf 390 mm, entsprechend einem Spurfehl Winkel in den Rillen von in etwa 0,15°. Die maximale Abweichung der Mittellinie zwischen Vorder- und Rückseite der so erhaltenen
Scheiben von der Regressionsgeraden zwischen Vorder- und Rückseite beträgt hierbei nur noch in etwa ein Drittel gegenüber einem Vergleichsschnitt bei ansonsten gleichen Werten, jedoch einem Spurfehlwinkeln von 0°.
Für den Fall eines Stabs aus monokristallinem Silizium von 400 mm Länge und 300 mm Durchmesser mit einem Glattdraht von 175 pm Durchmesser beim
Trennläppen, wobei das Slurry SiC-Körner mit einem mittleren Durchmesser von 12,8 pm enthält, einem mittleren Abstand benachbarter Drahtführungsrillen auf den
Drahtführungsrollen von 1 ,112 mm, und einem Achsabstand der Drahtführungsrollen von 510 mm, kann der Draht in einer der beiden Drahtführungsrollen gegenüber der anderen um eine Rille versetzt werden. Der Spurfehlwinkel des Drahts zu den Rillen beträgt dann in etwa 0,125°. Aufgrund des beim Drahttrennläppen auftretenden Drahtschlupfes und folglich fast ausbleibenden Abrollens des Drahts an den Flanken der Rillen beträgt die
Verbesserung der maximalen Abweichung der Mittellinie zwischen Vorder- und Rückseite der erhaltenen Scheiben von der Regressionsgeraden in etwa 10 % gegenüber einem Vergleichsschnitt bei ansonsten gleichen Werten, jedoch einem Spurfehlwinkeln von 0°.
Als vorteilhaft ergeben sich daher Spurfehlwinkel zwischen 0,05° und 0,5°. Bei geringeren Spurfehlwinkeln unterschieden sich die Ergebnisse im Rahmen von Störeinflüssen auch beim Drahttrennläppen nicht von denen ohne Spurfehlwinkel. Bei Spurfehlwinkeln von mehr als 0,5° ergibt sich meist eine erhebliche Verkürzung der Lebensdauer einer Rillierung durch Verbreiterung der Rillen infolge (asymmetrischen) Abriebs, so dass die Verschlechterung aus der zunehmend ungenauen Führung des Drahts durch immer breiter werdende Rillen überwiegen würde.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben (40) von einem Werkstück (1 ), wobei ein Draht (10) derart um zwei einen Sägebereich (75) begrenzende Drahtführungsrollen (13, 15) geführt wird, dass zwischen den
Drahtführungsrollen (13, 15) ein Drahtgatter (70) aus einer Vielzahl von zueinander parallel verlaufenden Drahtabschnitten (18) aufgespannt wird,
wobei eine Relativbewegung zwischen den Drahtführungsrollen (13, 15) und dem Draht (10) erzeugt wird und die Vielzahl von Drahtabschnitten (18) mit einer Zugkraft beaufschlagt werden,
wobei das Drahtgatter (70) beim Trennen in dem Sägebereich (75) mit dem Werkstück (1 ) in Kontakt gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (10) derart geführt wird, dass ein beliebiges Stück des Drahtes (10) bei jeweils benachbarten Drahtabschnitten (18) des Drahtgatters (70), die der Draht (10) durchläuft, innerhalb einer Länge des jeweiligen Drahtabschnitts (18) um voneinander verschiedene Winkel (g) um seine Längsachse gedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die zwei Drahtführungsrollen (13, 15) mit ihren jeweiligen Drahtführungsrillen (17), in denen der Draht (10) um die
Drahtführungsrollen (13, 15) geführt wird, und der Draht (10) derart angeordnet werden, dass die Drahtabschnitte (18) des Drahtgatters (70) zumindest bei einer der zwei Drahtführungsrollen (13, 15) jeweils einen von Null verschiedenen Winkel (f) mit einer durch die jeweils zugehörige Drahtführungsrille (17) aufgespannten Ebene (48) bilden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Winkel (f), den die Drahtabschnitte (18) des Drahtgatters (70) mit der durch die jeweils zugehörige Drahtführungsrille (17) aufgespannte Ebene (48) bilden, zwischen 0,05° und 0,5° liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Drahtführungsrillen (17) Flanken (33) aufweisen, zwischen denen der Draht (10) in die jeweilige Drahtführungsrille (17) einbringbar ist, und wobei die Flanken (33) der jeweiligen Drahtführungsrillen (17) in einer Schnittebene, in welcher eine Rotationsachse (14) der jeweiligen Drahtführungsrolle (13, 15) liegt, gesehen, einen Öffnungswinkel (ß) von mehr als 0° aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Öffnungswinkel (ß) der Flanken (33) zwischen 45° und 135°, insbesondere zwischen 60° und 120°, liegt.
6. Verfahren nach 4 oder 5, wobei die Drahtführungsrillen (17) bezüglich der Flanken (33) symmetrisch ausgebildet sind, oder wobei die Flanken (33), die auf derjenigen Seite der jeweiligen Drahtführungsrille (17) liegen, auf welcher die
Drahtabschnitte (!8) auf der dem Werkstück (1 ) zugewandten Seite zu der jeweiligen Drahtführungsrille (17) geführt sind, einen größeren Neigungswinkel in Bezug zu einer Senkrechten zur Rotationsachse (14) der jeweiligen Drahtführungsrolle (13, 15) aufweisen als die anderen Flanken.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Drahtführungsrillen eine Beschichtung, insbesondere Polyurethan, aufweisen oder in einer Beschichtung der Drahtführungsrollen (13, 15) ausgebildet sind.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf einer
Oberfläche des Drahtes (10) abrasiv wirkende Flartstoffe, insbesondere Diamanten (38, 39), vorgesehen sind.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Draht (10) durchgehend eine gleichbleibende, insbesondere runde, Querschnittsform aufweist, oder wobei der Draht eine variierende Querschnittsform, insbesondere Ausstülpungen und Einbuchtungen, aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zwei
Drahtführungsrollen (13, 15) mit ihren Rotationsachsen (14) parallel zueinander angeordnet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zwei Drahtführungsrollen (13, 15) hinsichtlich derjenigen Drahtführungsrillen (17), die einander in Bezug auf die
Drahtabschnitte (18) des Drahtgatters (70) entsprechen, in axialer Richtung versetzt angeordnet werden.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Werkstück (1 ) in axialer Richtung gesehen eine, zumindest im Wesentlichen, gleichbleibende Querschnittsform aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Draht (10) während des Trennens durchgehend in eine Richtung bewegt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Draht (10) während des Trennens abwechselnd um eine erste Länge in eine erste Richtung und um eine zweite Länge, die kürzer als die erste Länge ist, in eine zweite, der ersten
entgegengesetzte Richtung bewegt wird.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Werkstück (1 ) ein Halbleiterkristall, insbesondere ein Siliziumkristall, verwendet wird.
16. Vorrichtung (200) zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben (64) von einem Werkstück (1 ), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche eingerichtet ist.
PCT/EP2019/076293 2018-10-22 2019-09-27 Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen trennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück WO2020083607A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018218016.4A DE102018218016A1 (de) 2018-10-22 2018-10-22 Verfahren und Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
DE102018218016.4 2018-10-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020083607A1 true WO2020083607A1 (de) 2020-04-30

Family

ID=68084849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/076293 WO2020083607A1 (de) 2018-10-22 2019-09-27 Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen trennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück

Country Status (3)

Country Link
DE (1) DE102018218016A1 (de)
TW (1) TW202015841A (de)
WO (1) WO2020083607A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114589820A (zh) * 2020-12-07 2022-06-07 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 切割装置及金刚石线切割机

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3922388A1 (de) * 2020-06-10 2021-12-15 Siltronic AG Verfahren zum abtrennen einer vielzahl von scheiben mittels einer drahtsäge von werkstücken während einer abfolge von abtrennvorgängen
EP3943265A1 (de) * 2020-07-21 2022-01-26 Siltronic AG Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen abtrennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück
US11717930B2 (en) 2021-05-31 2023-08-08 Siltronic Corporation Method for simultaneously cutting a plurality of disks from a workpiece
TWI803972B (zh) * 2021-09-11 2023-06-01 環球晶圓股份有限公司 晶錠切割方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6554686B1 (en) 1999-08-05 2003-04-29 Wacker Siltronic Gesellschaft Fur Halbleitermaterialien Ag Sawing wire and method for the cutting and lapping of hard brittle workpieces
US20050155595A1 (en) * 2002-03-01 2005-07-21 Neomax Co., Ltd. Method of cutting rare earth alloy
JP2010253652A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Kanai Hiroaki マルチソーマシン及び切断加工方法
CN203650722U (zh) * 2013-12-03 2014-06-18 英利能源（中国）有限公司 具有非对称导轮槽的导轮
DE102013219468A1 (de) 2013-09-26 2015-03-26 Siltronic Ag Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
DE102016211883A1 (de) 2016-06-30 2018-01-04 Siltronic Ag Verfahren und Vorrichtung zur Wiederaufnahme des Drahtsägeprozesses eines Werkstückes nach einer unplanmäßigen Unterbrechung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6554686B1 (en) 1999-08-05 2003-04-29 Wacker Siltronic Gesellschaft Fur Halbleitermaterialien Ag Sawing wire and method for the cutting and lapping of hard brittle workpieces
US20050155595A1 (en) * 2002-03-01 2005-07-21 Neomax Co., Ltd. Method of cutting rare earth alloy
JP2010253652A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Kanai Hiroaki マルチソーマシン及び切断加工方法
DE102013219468A1 (de) 2013-09-26 2015-03-26 Siltronic Ag Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
CN203650722U (zh) * 2013-12-03 2014-06-18 英利能源（中国）有限公司 具有非对称导轮槽的导轮
DE102016211883A1 (de) 2016-06-30 2018-01-04 Siltronic Ag Verfahren und Vorrichtung zur Wiederaufnahme des Drahtsägeprozesses eines Werkstückes nach einer unplanmäßigen Unterbrechung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114589820A (zh) * 2020-12-07 2022-06-07 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 切割装置及金刚石线切割机

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018218016A1 (de) 2020-04-23
TW202015841A (zh) 2020-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020083607A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen trennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück
DE102014208187B4 (de) Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben mit besonders gleichmäßiger Dicke von einem Werkstück
EP3582920B1 (de) Drahtsäge und verfahren zum gleichzeitigen abtrennen einer vielzahl von scheiben von einem stab
DE2903439A1 (de) Verfahren zur bildung gewoelbter treibriemenauflageflaechen an in einer geschlossenen reihe auf dem treibriemen anzuordnenden querelementen
EP0522542B1 (de) Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Drahtschlaufen
DE102015200198B4 (de) Verfahren zum Abtrennen von Halbleiterscheiben von einem Werkstück mit einem Sägedraht
DE112012004125B4 (de) Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks und Drahtsäge
DE2705167C2 (de)
EP3898150B1 (de) Verfahren zur herstellung von halbleiterscheiben mittels einer drahtsäge, drahtsäge und halbleiterscheibe aus einkristallinem silizium
DE69906679T2 (de) Vorrichtung zum Spannen von um Rollen gewickelten flexiblelen Elementen
DE2548497A1 (de) Vorrichtung zum laengsschneiden von bandmaterial
DE102010005718A1 (de) Drahtführungsrolle zur Verwendung in Drahtsägen
DE2943770C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Reifenwulstes aus Draht
DE102012203275A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
DE2017029C3 (de) Bandschleifmaschine
DE102018216351A1 (de) Verfahren zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück
DE102015204275B3 (de) Verfahren zur Wiederaufnahme eines Drahttrennläppvorgangs mit strukturiertem Sägedraht nach Unterbrechung
DE102018212734B4 (de) Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Stab
DE102005007312B4 (de) Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben mit verringerter Welligkeit von einem zylindrischen Werkstück
DE10332711A1 (de) Riemen für Wickelvorrichtung
EP3943265A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum gleichzeitigen abtrennen einer vielzahl von scheiben von einem werkstück
EP3529005A1 (de) Werkzeug und verfahren zum entgraten eines ojektes
DE102004036720B4 (de) Verfahren zum gleichzeitigen Abtrennen einer Vielzahl von Scheiben von einem sprödharten zylindrischen Werkstück
DE3127298A1 (de) Verfahren zum zerteilen von breiten metallbaendern
EP1294502B1 (de) Vorrichtung zur bandbearbeitung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19779483

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19779483

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1