DE102016222899A1

DE102016222899A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes mit einer Drahtsäge

Info

Publication number: DE102016222899A1
Application number: DE102016222899.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Brandt
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge. Durch sich jeweils rechts und links vom Werkstück unterhalb des Drahtgatters befindliche Vorrichtungen wird der Schneidmitteleintrag in die Sägespalten und damit das Sägeergebnis verbessert.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge. Durch sich jeweils rechts und links vom Werkstück unterhalb des Drahtgatters befindliche Vorrichtungen wird der Schneidmitteleintrag in die Sägespalten und damit das Sägeergebnis verbessert.
Für Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik werden als Ausgangsmaterialien (Substrate) Halbleiterscheiben (Wafer) mit extremen Anforderungen an globale und lokale Ebenheit, einseiten-bezogene lokale Ebenheit (Nanotopologie), Rauigkeit und Sauberkeit benötigt. Halbleiterscheiben sind Scheiben aus Halbleitermaterialien, insbesondere Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid und überwiegend Elementhalbleiter wie Silicium und gelegentlich Germanium.
Drahtsägen werden verwendet, um eine Vielzahl von Scheiben („Wafer“) aus einem Werkstück aus Halbleitermaterial abzutrennen. In der DE 195 17 107 C2 sowie der US-5,771,876 sind das Funktionsprinzip einer Drahtsäge beschrieben, die zur Herstellung von Halbleiterscheiben geeignet ist. Zu den wesentlichen Komponenten dieser Drahtsägen gehören ein Maschinenrahmen, eine Vorschubeinrichtung und ein Sägewerkzeug, das aus einem Gatter (Drahtgatter, „wire web“) aus parallelen Drahtabschnitten besteht. Der Abstand der Drähte im Drahtgatter hängt von den gewünschten Zieldicken der abzutrennenden Scheiben ab und liegt für Scheiben aus Halbleitermaterial beispielsweise bei 100 bis 1000 µm.
In der Regel wird das Drahtgatter von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei Drahtführungsrollen aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und von denen mindestens eine angetrieben ist.
Die Drahtabschnitte können zu einem einzigen, endlichen Draht gehören, der spiralförmig um das Rollensystem geführt ist und von einer Vorratsrolle auf eine Aufnahmerolle abgespult wird. Beispielsweise ist aus der EP 522 542 A1 eine Drahtsäge bekannt, bei der eine Vielzahl von endlosen Drahtschlaufen um das Rollensystem laufen.
Beim Abtrennvorgang durchdringt das Werkstück das Drahtgatter, in dem der Sägedraht in Form parallel nebeneinander liegender Drahtabschnitte angeordnet ist. Die Durchdringung des Drahtgatters wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter, das Drahtgatter gegen das Werkstück oder das Werkstück und das Drahtgatter gegeneinander führt.
Beim Eindringen des Drahtgatters in das Werkstück wird der Sägedraht gemäß dem Stand der Technik in einer definierten Zeit mit einer bestimmten Geschwindigkeit eine definierte Länge vorgespult (wire forward) und eine weitere definierte Länge zurückgespult (wire backward), wobei die Rücklauflänge WBL in der Regel kürzer ist als die Vorlauflänge (WFL). Dieses Sägeverfahren wird auch als Pilgerschrittverfahren (reciprocating movement) bezeichnet und ist beispielsweise in DE 39 40 691 A1 sowie in US 2010 1630 10 A2 offenbart.
Das Zersägen eines Werkstückes mit einer Drahtsäge in viele Scheiben erfolgt in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels, das u.a. für den Abtransport des durch den Sägedraht abgetragenen Materials aus der Sägespalte sorgt und gemäß dem Stand der Technik auf den Sägedraht aufgebracht wird.
Ist der Sägedraht mit einem Schneidbelag, z.B. Diamant, belegt, wird in der Regel ein Schneidmittel ohne Schneidkorn (Abrasive) eingesetzt. Bei der Verwendung von Drahtsägen mit einem Sägedraht ohne fest gebundenes Schneidkorn wird das Schneidkorn in Form einer Suspension (Schneidmittelsuspension, „Sägeslurry“, „Slurry“) während des Abtrennvorganges zugeführt.
Die Herstellung von Halbleiterscheiben aus Werkstücken aus Halbleitermaterial, beispielsweise aus einem kreiszylindrischen Stab aus einem Einkristall oder einem quaderförmigen polykristallinen Block, stellt hohe Anforderungen an das Drahtsägen. Das Sägeverfahren hat in der Regel zum Ziel, dass jede gesägte Halbleiterscheibe Seitenflächen aufweist, die möglichst eben sind und sich parallel gegenüber liegen.
Gemäß dem Stand der Technik wird das flüssige Schneidmedium in der Regel auf das Drahtgatter und nicht auf das Werkstück bzw. die Drahtführungsrollen aufgebracht. Darüber hinaus wird das flüssige Schneidmedium zwecks Abführung der beim Sägeprozess entstehenden Wärme in der Regel gekühlt.
Während des Abtrennens von Scheiben aus einem Werkstück kommt es zu einer hohen mechanischen und thermischen Belastung des Sägedrahtes im Drahtgatter. Beide Belastungen werden durch das Vorhandensein des Schneidmittels im jeweiligen Sägespalt, also dem Bereich, der durch einen Drahtabschnitt im Werkstück durch Materialzerspanung entstanden ist, verringert. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn möglichst über die gesamte Länge des einzelnen Sägespaltes der jeweilige Sägedrahtabschnitt beim Zerspanen des Werkstücks in einzelne Scheiben Schneidmittel vorhanden ist.
Deshalb sollten die Sägedrahtabschnitte vor dem Eintritt in den jeweiligen Sägespalt ausreichend mit Schneidmittel benetzt sein, um eine Verarmung an Schneidmittel im Sägespalt, beispielsweise durch Abstreifen zu verhindern.
Der Stand der Technik bietet hierzu verschiedene Lösungsvorschläge an. Beispielsweise lehren die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2006 060 358 A1 sowie die europäische Offenlegungsschrift EP 2 508 317 A1 ein mit einem Schneidmittel gefülltes Reservoir, das derart angeordnet und befüllt ist, dass während des Zerspanungsvorgangs jeweils wenigstens der im Eingriff befindliche Teil des Sägedrahts in das Schneidmittel des Reservoirs eintaucht. Die amerikanische Offenlegungsschrift US 2013/0081606 A1 lehrt die Verwendung von zwei mit Schneidmittel gefüllte Reservoire, die links und rechts zwischen dem Werkstück und den Drahtführungsrollen angeordnet sind. Über Umlenkrollen werden die Drahtabschnitte des Sägegatters durch die beiden Reservoire geführt um sie mit Schneidmittel zu benetzen. Über zusätzliche Abstreifer, die sich zwischen den Reservoiren und dem Werkstück befinden, soll der Eintrag an Schneidmittel in den Sägespalt konstant gehalten werden.
Die im Stand der Technik genannten Lösungsvorschläge sind technisch aufwändig und oder können in handelsüblichen Drahtsägen nur mit größerem Umbau realisiert werden. Es bestand daher die Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welche technisch wenig aufwändig sind und sich auch in bzw. mit bestehenden Drahtsägen ohne größeren Umbau realisieren lässt.
Die Aufgabe wird gelöst durch Vorrichtung zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, wobei das Werkstück eine Mantelfläche und zwei Stirnseiten umfasst, die Drahtsäge aus mindestens zwei Drahtführungsrollen die ein aus vielen parallelen Drahtabschnitten umfassendes Drahtgatter aufspannen, besteht, das Werkstück unter Relativbewegung der Drahtabschnitte und in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels von oben durch das Drahtgatter unter Ausbildung von Sägespalten geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Drahtgatters zwei Platten angeordnet sind, deren jeweiliger Abstand zueinander während des Sägevorgangs von der Mantelfläche des Werkstücks bestimmt wird.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, wobei das Werkstück eine Mantelfläche und zwei Stirnseiten umfasst, die Drahtsäge aus mindestens zwei Drahtführungsrollen die ein aus vielen parallelen Drahtabschnitten umfassendes Drahtgatter aufspannen, besteht, das Werkstück unter Relativbewegung der Drahtabschnitte und in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels von oben durch das Drahtgatter unter Ausbildung von Sägespalten geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Drahtgatters zwei Platten angeordnet sind, deren jeweiliger Abstand zueinander während des Sägevorgangs von der Mantelfläche des Werkstücks bestimmt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden im Folgenden detailliert beschrieben.
Ein Werkstück ist ein geometrischer Körper mit einer Oberfläche bestehend aus mindestens zwei Seitenflächen, den Stirnseiten, und einer Mantelfläche, die zwischen den Seitenflächen liegt. Bei einem kreiszylindrischen Werkstück sind die Stirnseiten runde Flächen und die Mantelfläche ist eine konvexe Fläche. Bei einem quaderförmigen zylindrischen Werkstück besteht die Mantelfläche aus vier planen aneinandergrenzenden Einzelflächen.
Die vorliegende Erfindung wird, ohne den Schutzumfang darauf zu beschränken, am Beispiel eines kreiszylindrischen Werkstückes aus Halbleitermaterial beschrieben, ist aber für das Zersägen eines Werkstückes mit einer beliebigen Form und aus einem beliebigen Material mit einer Drahtsäge anwendbar.
Ein Werkstück aus Halbleitermaterial ist ein Einkristall oder ein Kristall aus Halbleitermaterial. Halbleitermaterialien sind Verbindungshalbleiter wie beispielsweise Gallium-Arsenid oder Elementhalbleiter wie hauptsächlich Silicium und gelegentlich Germanium.
Die vom Werkstück aus Halbleitermaterial gesägten Scheiben aus Halbleitermaterial (Wafer) haben eine Vorder- und eine Rückseite sowie eine umlaufende Kante und werden in weiteren Bearbeitungsschritten veredelt.
Das zu zersägende Werkstück wird in der Regel auf einer Sägeleiste fixiert, die mit einer Montageplatte in der Drahtsäge eingespannt oder anderweitig befestigt wird. Das Zersägen des Werkstückes wird mit einem Drahtgatter bewerkstelligt.
Das Drahtgatter der Drahtsäge wird von einer Vielzahl paralleler Drahtabschnitte gebildet, die zwischen mindestens zwei (ggf. auch drei, vier oder mehr) Drahtführungsrollen aufgespannt werden, wobei die Drahtführungsrollen drehbar gelagert sind und mindestens eine der Drahtführungsrollen angetrieben ist.
In der Mantelfläche der Drahtführungsrollen sind eine Vielzahl von parallelen Vertiefungen (englisch: grooves) eingebracht, wobei der Sägedraht in diesen Vertiefungen liegt und dadurch geführt wird.
Das Einsägen bzw. Eindringen des Drahtgatters in das Werkstück wird mit einer Vorschubeinrichtung bewirkt, die das Werkstück gegen das Drahtgatter, das Drahtgatter gegen das Werkstück oder das Werkstück und das Drahtgatter gegeneinander führt zw. führen (Schnittvorschub). Gleichzeitig wird der Sägedraht über das Drahtgatter von einer Sendespule (Vorratsrolle) über das Drahtgatter auf eine Empfängerspule (Aufnahmerolle) gespult. Dabei kann der Draht abwechselnd zunächst in eine Richtung eine erste Länge L1 und anschließend wieder ein eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzte Richtung, um eine Länge L2 gespult werden, wobei L2 kürzer ist als L1 (Pilgerschrittverfahren).
Das Drahtgatter sägt sich in bzw. zerspant das Werkstück in Form von Sägespalten, so dass das Werkstück während des Drahtsägeprozesses eine kammartige Struktur hat. Nach dem das Drahtgatter das Werkstück vollkommen durchsägt hat, sägt das Drahtgatte in die Sägeleiste ein. In einem separaten Schritt werden die einzelnen Scheiben von der Sägeleiste abgelöst (vereinzelt).
Die Drahtabschnitte des Drahtgatters werden beim Einsägen in das Werkstück bevorzugt über Düsen mit einem flüssigen Schneidmittel beaufschlagt.
Als Schneidmittel eignen sich alle flüssigen Medien gemäß dem Stand der Technik. Bevorzugt werden für Schneidsuspensionen Glykol, Öl oder Wasser als Trägermaterial und Siliziumcarbid als Abrasiv verwendet.
Erfindungsgemäß befinden sich an den beiden Längsseiten der Mantelfläche des Werkstückes unterhalb des Drahtgatters jeweils eine Platte, deren zum Drahtgatter weisende Fläche bevorzugt parallel zu dem Drahtgatter ist und das Drahtgatter während des Sägevorgangs die Platten berührt oder gerade nicht mehr berührt. Vor dem Beginn des Sägeprozesses befindet sich das zu zersägende Werkstück oberhalb des Drahtgatters.
Eine Platte im Sinne dieser Erfindung ist ein Körper mit einer definierten Länge, einer definierten Breite und einer definierten Höhe, wobei die Länge größer ist als die Breite und die Höhe viel kleiner ist als die Länge. Bevorzugt verlaufen die jeweiligen, sich gegenüberliegenden Flächen parallel zueinander. Eine Platte umfasst zwei Längsflächen, das sind die Seitenflächen, die durch die Länge und die Höhe der Platte definiert werden, sowie zwei Breitflächen, die durch die Breite und die Höhe der Platten definiert werden. Die erste Längsfläche weist zu der jeweiligen Drahtführungsrolle hin, wohingegen die zweite Längsfläche zum Werkstück weist.
Die Länge jeder Platte entspricht bevorzugt der Breite des Drahtgatters oder der Länge des Werkstücks. Da die Platten während des Sägevorgangs entlang der Mantelfläche bzw. der Mantelflächen des Werkstücks bewegt werden, sind die Platten maximal so breit, dass sie bei der maximalen Einschnittlänge L des Drahtgatters in das Werkstück, bei einem kreiszylindrischen Werkstück entspricht L dem Durchmesser des Werkstücks, nicht mit den beiden Drahtführungsrollen, die das Drahtgatter aufspannen, in Berührung kommen. Bevorzugt sind die Platten wenigstens 0,5 cm, besonders bevorzugt wenigstens 1 cm breit.
Bevorzugt sind die Platten aus einem Kunststoff, beispielsweise einem Polyurethan (PU) oder Polycarbonat hergestellt. Ebenfalls bevorzugt sind die Platten aus einem beliebigen anderen Material, beispielsweise einer Keramik oder einem Metall hergestellt. Platten aus Metall sind bevorzugt mit einem Kunststoff, beispielsweise Polyurethan, beschichtet, um einen Metalleintrag durch Kontakt der Sägedrahtabschnitte mit der Platte in den Sägespalt zu verhindern.
Bevorzugt berührt die zweite Längsfläche jeder Platte während des gesamten Sägevorgangs die Mantelfläche des Werkstücks, d.h. die Platte ist während des gesamten Sägevorgangs in Kontakt mit der Mantelfläche des Werkstücks. Ebenfalls bevorzugt befindet sich zwischen den beiden Platten und der Mantelfläche ein kleiner Abstand, der bevorzugt 0,1 - 20 mm beträgt und während des gesamten Sägevorgangs konstant oder nicht konstant sein kann.
Der jeweilige Abstand beider Platten zueinander, also der horizontale Abstand der jeweils zweiten Längsfläche einer Platte zueinander, wird während des Sägevorgangs von der Mantelfläche des Werkstücks bestimmt und kann sich in Abhängigkeit von der Geometrie des zu zersägenden Werkstücks während des Sägevorgangs ändern oder gleich bzw. nahezu gleich bleiben. Bei einer Änderung des Abstands beider Platten zueinander, werden die beiden Platten bevorzugt parallel zum Drahtgatter in Richtung der jeweiligen Drahtführungsrolle verschoben, so dass die Platten beim Verschieben in der gleichen horizontalen Ebene verbleiben..
Bei einem kreiszylindrischen Werkstück verändert sich der jeweilige Abstand beider Platten zueinander während des Sägevorgangs in Abhängigkeit von der Krümmung der Mantelfläche des Werkstücks. Zu Beginn des Sägevorgangs ist der Abstand beider Platten bei einem kreiszylindrischen Werkstück zunächst minimal und vergrößert sich solange, bis das Drahtgatter die Hälfte bzw. etwas mehr als die Hälfte des Werkstücks durchdrungen hat. An diesem Punkt entspricht, in Abhängigkeit vom Abstand der beiden Platten zum Drahtgatter, der Abstand beider Platten zueinander dem Durchmesser des kreiszylindrischen Werkstücks, wenn die jeweiligen zweiten Längsflächen der beiden Platten an der Mantelfläche des Werkstücks anliegen. Mit weiter fortschreitendem Einsägen des Drahtgatters in das Werkstück verringert sich der Abstand beider Platten wieder so lange, bis das Drahtgatter in die Sägeleiste einsägt.
Bei einem quaderförmigen Werkstück, bei dem die beiden Mantelflächen, die den beiden das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen gegenüberliegen, parallel sind, verändert sich der Abstand beider Platten während des Sägevorgangs nicht oder nur minimal.
Bevorzugt Sägedraht wird der oberhalb der Platten mit flüssigem Schneidmittel beaufschlagt, so dass das Schneidmittel, welches durch das Drahtgatter hindurchtropft bzw. fließt auf der dem Drahtgatter zugewandten Oberfläche der jeweiligen Platte gelangt. Im Sinne dieser Erfindung bezeichnet der Ausdruck „oberhalb der Platten“, dass die Öffnungen der Düsen sich flächenmäßig im Bereich der Platten befinden und sich zwischen den Platten und den Düsenöffnungen das Drahtgatter befindet.
Durch den geringen Abstand zwischen der jeweiligen Platte und dem Drahtgatter verlaufen die Drahtabschnitte durch eine Schicht von Schneidmittel, die sich auf der jeweiligen Platte gebildet hat und tragen somit beim Hineinbewegen der Drahtabschnitte in die Sägespalte vermehrt Schneidmittel in die Sägespalte ein.
Die Höhe der Schicht an Schneidmittel auf der Platte kann durch mindestens eine, bevorzugt über die gesamte Länge der ersten Längsfläche, also auf der der Drahtführungsrolle zugewandten Seite, verlaufende Erhöhung (Seitenwand bzw. erhöhte Kante) erhöht werden. Ebenfalls bevorzugt können beide Längsseiten einer Platte über ihre gesamte Länge eine erhöhte Kante aufweisen.
Durch die Erhöhung der mindestens ersten Längsfläche gegenüber der dem Drahtgatter zugewandten Fläche wird, insbesondere wenn die Platten an der Mantelfläche des Werkstücks anliegen, eine Art U-förmige Fläche gebildet, in der sich mehr flüssiges Schneidmittel ansammeln kann.
Damit das flüssige Schneidmittel insbesondere auch in die jeweils nahe den Stirnflächen des Werkstücks liegenden Sägespalten durch die jeweiligen Drahtabschnitte des Drahtgatters mit den erfindungsgemäßen Platten vermehrt eingetragen werden kann, weisen die beiden Breitflächen jeder Platte bevorzugt ebenfalls eine in Bezug auf die dem Drahtgatter zugewandten Fläche der jeweiligen Platte erhöhte Kante auf, so dass, zusammen mit der entlang der ersten Längsfläche verlaufenden Erhöhung bzw. Kante und einem Anliegen der zweiten Längsfläche der jeweiligen Platte an die Mantelfläche des Werkstücks eine Art Wanne gebildet wird, in der sich mehr flüssiges Schneidmittel auf der dem Drahtgatter zugewandten Plattenfläche sammeln kann, als ohne seitliche Erhöhung.
Die Höhe einer entlang der Längsseite befindlichen seitlichen Erhöhung bzw. Kante in Bezug auf die dem Drahtgatter zugewandten Fläche kann so gewählt werden, dass das Drahtgatter während des Sägeprozesses die seitliche Erhöhung gerade nicht berührt oder durch diese seitliche Erhöhung geführt wird. Die Höhe einer seitlichen Erhöhung kann beispielsweise zwischen 0,1 mm und 20 mm liegen.
Wird die seitliche Erhöhung gerade nicht berührt, muss die Breite der Platte so groß sein, dass durch die Durchbiegung des Drahtgatters während des Drahtsägeprozesses die einzelnen Drahtabschnitte noch mit dem auf der jeweiligen Platte befindlichen Schneidmittel in Kontakt kommen und so der erfindungsgemäße vermehrte Eintrag an Schneidmittel in die Sägespalten im Werkstück gewährleistet ist.
In einer ersten Ausführungsform dieser Platte mit einer, parallel zur Drahtführungsrolle verlaufenden seitlichen Erhöhung entlang der ersten Längsfläche und bei der das Drahtgatter durch diese seitliche Erhöhung geführt wird, weist diese seitliche Erhöhung eine kammartige Struktur auf, d.h. die Erhöhung umfasst eine Vielzahl von bevorzugt senkrecht zum Drahtgatter stehenden Zähnen, wobei sich zwischen jeweils zwei benachbarten Zähnen ein länglicher Spalt befindet. Jeder Spalt dieser kammartigen Struktur hat mindestens die Breite, die dem Durchmesser des unverschlissenen Sägedrahtes entspricht, so dass mindestens jeweils ein Drahtabschnitt durch den jeweils einen Spalt verläuft. Ebenfalls bevorzugt hat jeder Spalt eine Breite, die das Durchführen mehrerer Drahtabschnitte, beispielsweise vier oder fünf Drahtabschnitte pro Spalt, ermöglicht.
In einer zweiten Ausführungsform dieser Platte mit einer, parallel zur Drahtführungsrolle verlaufenden seitlichen Erhöhung entlang der ersten Längsfläche und bei der das Drahtgatter durch diese seitliche Erhöhung geführt wird, ist diese seitliche Erhöhung in Form einer Bürste mit einer Vielzahl von bevorzugt senkrecht zum Drahtgatter stehenden Fasern (Haaren) oder Borsten aus einem geeigneten Material ausgebildet. In dieser Ausführungsform verlaufen die Drahtabschnitte des Drahtgatters durch die Fasern oder Borsten während des Drahtsägeprozesses.
Ebenfalls bevorzugt ist eine Kombination aus beiden Ausführungsformen. Beispielsweise kann die seitliche Erhöhung der zur Drahtführungsrolle weisenden ersten Längsfläche in Form einer Bürste ausgebildet sein, während die an die Mantelfläche anliegende zweite Längsfläche eine kammartige Struktur aufweist. Weist die jeweils eine Platte eine seitliche Erhöhung bei der an die Mantelfläche anliegenden zweiten Längsfläche auf, so müssen die Spalten in dieser seitlichen Erhöhung so breit sein, dass das flüssige Schneidmittel beim Durchtritt des jeweiligen Drahtabschnitts nicht von diesem abgestreift wird.
Die dem Drahtgatter zugewandte Oberfläche einer Platte ist bevorzugt glatt. Ebenfalls bevorzugt ist die dem Drahtgatter zugewandte Oberfläche einer Platte rilliert, wobei die Rille senkrecht zur Mantelfläche des Werkstücks bzw. der Drahtführungsrollen verlaufen und bevorzugt den gleichen Abstand zueinander haben wie die Rillen der Drahtführungsrollen.
Während des Sägevorgangs werden die Drahtabschnitte des Drahtgatters, in Abhängigkeit von der Drahtspannung im Drahtgatter und der Einschnittlänge L im Werkstück, etwas durchgebogen. Deshalb wird der Abstand zwischen dem Drahtgatter und den beiden Platten bevorzugt so gewählt, dass die Drahtabschnitte des Drahtgatters die Platten während des Sägevorgangs berühren oder gerade nicht mehr berühren. Bevorzugt entspricht der maximale senkrechte Abstand zwischen der jeweiligen Platte und dem Drahtgatter während des Sägevorgangs dem zwei- bis dreifachen Drahtdurchmesser, damit auch bei einem berührungslosen Zustand während des Sägeprozesses ausreichend Schneidmittel von der jeweiligen Platte durch die Drahtabschnitte in die jeweiligen Sägespalte transportiert werden kann.
Die Befestigung der Platten unterhalb des Drahtgatters kann beispielsweise über Federn oder jede andere geeignete Vorrichtung, die ggf. auch die Veränderung des Abstands beider Platten zueinander während des Sägevorgangs ermöglicht, erfolgen. Werden die Platten beispielsweise über eine seitliche Federaufhängung unterhalb des Drahtgatters befestigt, kann der aufgrund der unterschiedlichen Durchbiegung der Drahtabschnitte an den unterschiedlichen Einschnitttiefen auftretende vollflächige oder teilflächige Kontakt der Drahtabschnitte mit den Platten gut ausgeglichen werden, da die relative Position der Platten zu dem Drahtgatter durch die Federn leicht veränderbar ist.
Der Begriff „relative Position“ bezieht sich hierbei sowohl auf den Abstand der beiden Platten zum Drahtgatter als auch der beiden Platten zueinander. Die relative Position beider Platten kann auch mechanisch, beispielsweise über starre Taster, oder über eine elektronische Steuerung erfolgen.
Ebenfalls bevorzugt ist eine drehbare Lagerung der Platten, um bei einer Durchbiegung der Drahtabschnitte einen Einseitigen Kontakt der Drahtabschnitte mit der Platte zu vermeiden. Bei dieser Art der Lagerung erfolgt die Befestigung der Platten bevorzugt so, dass die Platten entlang deren mittlerer Längsachse, die parallel zur Längsachse der Drahtführungsrollen verläuft, bewegt werden können. Auch bei einer drehbaren Lagerung, die beispielsweise durch eine punktförmige Aufhängung der Platte an den beiden Mittelpunkten der Breitflächen erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, also die beiden Platten unterhalb des Drahtgatters, kann in jede Drahtsäge eingebaut werden und für das gleichzeitige Zersägen eines Werkstücks in eine Vielzahl von Scheiben mittels einer Drahtsäge verwendet werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird das zu zersägende Werkstück mittels einer Sägeleiste an einer Haltevorrichtung derart befestigt, dass die Stirnflächen parallel zu den Drahtabschnitten des Drahtgatters ausgerichtet sind. Während des Sägevorgangs bewirkt die Vorschubeinrichtung eine gegeneinander gerichtete Relativbewegung der Drahtabschnitte und des Werkstücks. Als Folge dieser Vorschubbewegung arbeitet sich der mit einem Schneidmittel beaufschlagte Draht 3 durch Materialabtrag unter Bildung von parallelen Sägespalten durch das Werkstück 5, wobei ein Kamm aus den im Entstehen begriffenen Scheiben entsteht.
Unterhalb des Drahtgatters befinden sich, von einer Stirnseite des Werkstücks aus gesehen, rechts und links jeweils eine Platte, die beispielsweise während des gesamten Sägevorgangs jeweils an die Mantelfläche des Werkstücks anliegen. Oberhalb des Drahtgatters werden die Drahtabschnitte, die über den Platten verlaufen, mit flüssigem Schneidmittel beaufschlagt, wobei sich die Düsen für das flüssige Schneidmittel oberhalb der jeweiligen Platte befinden.
Bevorzugt erfolgt das Drahtsägen von Werkstücken nach dem sog. PilgerschrittVerfahren (Drahtoszillationsverfahren), d.h. der Sägedraht im Drahtgatter wird durch einen geeigneten Antrieb abwechselnd vor und zurück bewegt, wobei während der Vorwärtsrichtung von einer Sendespule eine Drahtlänge L1 abgespult und eine entsprechende Drahtlänge L1 auf die Empfängerspule aufgespult wird. Wenn der Draht im Drahtgatter anschließend rückwärts bewegt wird, von der Empfängerspule eine Drahtlänge L2 wieder abgespult und eine entsprechende Drahtlänge L2 auf die Sendespule wieder aufgespult, wobei L2 < L1.
Die Länge L1 beträgt bevorzugt 200 m bis 500 m, besonders bevorzugt 300 m bis 400 m. Die Länge L2 entspricht bevorzugt 30% bis 90% der Länge L1.
Da L2 kürzer ist als L1, wird mit jedem Sägezyklus Z eine definierte Länge L(neu) (L(neu) = L1 minus L2) an frischem Draht in das Drahtgatter 4 geführt, um den Drahtverschleiß möglichst gering zu halten.
Durch die sich unter dem Drahtgatter befindlichen erfindungsgemäßen Platten, auf denen sich ein Film bzw. eine Schicht aus flüssigem Schneidmittel sammelt, durch den bzw. durch die die Drahtabschnitte während des Drahtsägeprozesses bewegt werden, wird bei jeder Vorwärtsbewegung mehr flüssiges Schneidmittel in die einzelnen Sägespalte transportiert und so das Sägeergebnis verbessert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19517107 C2 [0003]
US 5771876 [0003]
EP 522542 A1 [0005]
DE 3940691 A1 [0007]
US 2010163010 A2 [0007]
DE 102006060358 A1 [0014]
EP 2508317 A1 [0014]
US 2013/0081606 A1 [0014]

Claims

Vorrichtung zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, wobei das Werkstück eine Mantelfläche und zwei Stirnseiten umfasst, die Drahtsäge aus mindestens zwei Drahtführungsrollen die ein aus vielen parallelen Drahtabschnitten umfassendes Drahtgatter aufspannen, besteht, das Werkstück unter Relativbewegung der Drahtabschnitte und in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels von oben durch das Drahtgatter unter Ausbildung von Sägespalten geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Drahtgatters zwei Platten angeordnet sind, deren jeweiliger Abstand zueinander während des Sägevorgangs von der Mantelfläche des Werkstücks bestimmt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidmittel oberhalb der Platten auf das Drahtgatter aufgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtabschnitte des Drahtgatters vor dem Eintritt in den jeweiligen Sägespalt durch eine auf den Platten befindliche Schicht aus flüssigem Schneidmittel hindurch bewegt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der senkrechte Abstand des Drahtgatters zu den beiden Platten maximal dem dreifachen Drahtdurchmesser entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, die Platte aus einem Kunststoff besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Seitenfläche, die der jeweiligen Drahtführungsrolle gegenüberliegt, höher ist als die dem Drahtgatter zugewandte Fläche ist und somit eine erhöhte Kante bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erhöhte Kante entlang einer Längsseite eine Kamm- oder bürstenartige Struktur aufweist, durch die die einzelnen Drahtabschnitte des Drahtgatters verlaufen.
Verfahren zum Zersägen eines Werkstückes in eine Vielzahl von Scheiben mit einer Drahtsäge, wobei das Werkstück eine Mantelfläche und zwei Stirnseiten umfasst, die Drahtsäge aus mindestens zwei Drahtführungsrollen die ein aus vielen parallelen Drahtabschnitten umfassendes Drahtgatter aufspannen, besteht, das Werkstück unter Relativbewegung der Drahtabschnitte und in Gegenwart eines flüssigen Schneidmittels von oben durch das Drahtgatter unter Ausbildung von Sägespalten geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Drahtgatters zwei Platten angeordnet sind, deren jeweiliger Abstand zueinander während des Sägevorgangs von der Mantelfläche des Werkstücks bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtabschnitte des Drahtgatters vor dem Eintritt in den jeweiligen Sägespalt durch eine auf den Platten befindliche Schicht aus flüssigem Schneidmittel hindurch bewegt werden.