DE102018218016A1 - Method and device for simultaneously separating a plurality of disks from a workpiece - Google Patents
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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.The invention relates to a method for simultaneously separating a plurality of disks (40) from a workpiece (1), a wire (10) being guided around two wire guide rollers (13, 15) delimiting a sawing area (75) in such a way that between the wire guide rollers (13, 15) a wire gate (70) is spanned from a multiplicity of mutually parallel wire sections (18), a relative movement between the wire guide rollers (13, 15) and the wire (10) being generated and the plurality of wire sections (18 ) are subjected to a tensile force, the wire frame (70) being brought into contact with the workpiece (1) during the cutting in the sawing area, and the wire (10) being guided in such a way that any piece of the wire (10) adjacent wire sections (18) of the wire frame (70), through which the wire (10) passes, within a length of the respective wire section (18) by different angles around its length axis is rotated.
Description
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.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.
Stand der TechnikState of the art
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.For many applications, thin and in particular uniform slices of a certain material are required. An example of wafers that have particularly high requirements with regard to uniformity and plane parallelism of the front and back are wafers made of semiconductor material, which are used as substrates for the production of microelectronic components. The so-called wire saw is of particular importance for the production of such disks, in which a large number of disks are separated or separated from a workpiece at the same time, since it is particularly economical.
Solche Verfahren sowie hierzu benötigte Vorrichtungen sind vielfach bekannt, beispielsweise aus der
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.The problem with such methods, however, is that panes with a relatively high waviness (curvature of the center line of the front and rear of the pane, not only with respect to a surface of the pane) or low plane parallelism often result, although they may have a uniform thickness. Such a ripple can usually not be eliminated by subsequent polishing, since during the polishing the discs in the wavy area are pressed elastically by the polishing pressure, but spring back into their original, wavy shape after polishing.
Es besteht daher Bedarf an einer Möglichkeit, Scheiben aus einem Werkstück abzutrennen, die eine möglichst geringe Welligkeit bzw. eine möglichst gute Planparallelität aufweisen.There is therefore a need for a possibility of separating disks from a workpiece which have the least possible ripple or the best possible plane parallelism.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
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.According to the invention, a method and a device for the simultaneous separation of a plurality of disks from a workpiece are proposed with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.
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.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 sections is clamped between the wire guide rollers. The wire gate is thus formed in particular by the large number of wire sections which are currently located between the wire guide rollers 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 spirally guided or wound around the wire guide rollers. The wire sections spanning the wire gate are in particular 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 in the course thereof, 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.
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.Furthermore, 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. Such 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 their axis. For this purpose, 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.
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.The wire can preferably be moved continuously in one direction during the separation. It is also conceivable and also preferred that the wire be cut during the cutting process is moved alternately by a first length in a first direction and by a second length that is shorter than the first length in a second direction opposite to the first. The wire is thus alternately moved back and forth, but there is effectively a movement in the first direction. This procedure is known as the so-called pilgrim step method.
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.Furthermore, the wire frame is brought into contact with the workpiece in the presence of an abrasive in the sawing area. For this purpose, the workpiece is first moved towards the wire frame and then, after the workpiece has been brought into contact with the wire frame, the workpiece is moved further in the same direction, so that the wire frame penetrates or saws itself into the workpiece. The workpiece can be fastened on a saw bar or a comparable holding device for the purpose of guiding or holding. In this way, a plurality of disks are separated from the workpiece or the workpiece is separated into a plurality of disks, these disks remaining on the saw bar or the holding device after the separation, from which they can then be removed in a suitable manner.
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.According to the invention, it is now provided that 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 - in the case of adjacent wire sections of the wire gate through which the wire passes (the piece of wire passes through these wire sections one after the other in time), within a length of the respective wire section - ie 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 twisted) 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.
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.The twisting of the piece of wire by different angles when passing through two adjacent wire sections applies in particular to any pairs of adjacent wire sections in the wire gate and thus in particular also to any, not necessarily adjacent, wire sections.
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.It can thus be achieved that the wire in two adjacent separation gaps, which are introduced into the workpiece with the wire during the separation and delimit one of the disks mentioned between them, due to the surfaces of the workpiece, which later form a front and rear side of the disk the different twist or twist processed differently.
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 general, a certain unevenness or waviness of an individual surface of such a pane cannot be avoided. Due to the proposed procedure, however, different unevenness or waviness are now achieved in the two opposing surfaces of a disk, which can be attributed to a not generally uniform surface of the wire or the ease of cutting of the cutting means located on the wire surface. This also means that a central surface between the two surfaces (ie the front and back), which is at the same distance from the two surfaces in the direction of the thickness of the pane (for a more detailed explanation, see also the figures and the associated one Description referred), has a significantly lower ripple or higher flatness than was previously the case. Although the flatness of the surfaces may be a little worse in itself, this can be very easily and easily remedied by subsequently polishing the disks or the like. Such a slightly lower flatness can thus be consciously accepted.
In diesem Zusammenhang sei auch auf ein beispielsweise aus der
Mit einem Verfahren nach
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 the procedure proposed in the present application, the effects achieved by the torsion mentioned, namely an on average “round” wire cross section, are also achieved, but additionally also a lower ripple or higher plane parallelism of the disks.
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.In this context, it has also been found that a wire or saw wire during the conventional passage through the wire frame with wire sections of the wire frame running perpendicular to the axes of the wire guide rollers (and thus also through the wire guide grooves) within the individual wire sections has no or at most a slight twist experiences.
Beim Trennen mittels eines Drahtes wird generell zwischen sog. Trennläppen und sog. Trennschleifen 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.When cutting with a wire, a distinction is generally made between so-called lapping and so-called cutting loops. In 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 understood to mean a slurry of abrasive hard materials, for example silicon carbide (SiC), in a liquid carrier, for example glycol or oil.
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.The lapping is operated with so-called smooth wires or with structured wires. 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.
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.In abrasive cutting, abrasive hard materials, for example diamonds, are firmly applied to the wire surface and in particular are also firmly connected to it, for example by rolling in or pressing in, by means of a galvanically produced nickel bond or by means of synthetic resin. During cut-off, a cooling lubricant, which mostly contains water and contains no abrasives, is fed to the wire frame, for example from the nozzles mentioned. Smooth wire is preferred for cut-off grinding.
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.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.
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.It has now also been found that a change in the wire tensile force of a single turn during lapping, as can occur, for example, during the separation, is compensated for by wire movement with the addition of slurry. As a result of lapping, the wire is subject to slippage in the wire guide grooves which guide it, which compensates for differences in the tensile force of adjacent wire sections.
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.In contrast, it has been found in cut-off grinding that when a wire is moved with the addition of cooling lubricant, differences in the tensile force of adjacent wire sections are only compensated for to a much lesser extent than in the case of lapping. In the case of cut-off grinding, the wire experiences little slip 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.
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.It has also been found that in the case of unevenly sharp cutting means such as saw blades or wires, the cutting means is usually pulled or displaced in the direction of the sharpened (or also more cut-friendly) area during the cutting. This explains the above-mentioned problem of the relatively high waviness of the disks obtained with conventional wire cutting (possibly also with torsion). At the same time, however, it can also explain why the proposed procedure avoids these problems, since the wire is pulled or displaced in different directions in adjacent separating gaps.
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.It is particularly preferred if 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 frame (and thus on the side facing the workpiece) at least with one of the two wire guide rollers - but preferably also with the two wire guide rollers - each form an angle different from zero (ie from 0 °) with the plane which is determined in each case 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 (in As a rule, such wire guide grooves have a round lower area so that there is a lowest point). Such a plane is therefore in particular perpendicular to the axis of rotation of the wire guide roller in question.
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.For this purpose, the two wire guide rollers can be arranged with their axes of rotation parallel to one another, the corresponding wire guide grooves, i.e. those wire guide grooves on the two wire guide rollers, which guide the same wire section of the wire frame (on the side facing the workpiece), are offset with respect to one another in the direction of the axes of rotation of the wire guide rollers. For this purpose, in the case of wire guide grooves lying opposite one another, the wire can simply be applied offset by one or more wire guide grooves.
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.However, it is also conceivable that - with which greater flexibility with regard to the angle is also achieved - the wire guide rollers themselves are offset from one another in the direction of the axes of rotation of the wire guide rollers, namely by a length corresponding to the distance up to several adjacent grooves. Both can also be combined.
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.Due to the arrangements mentioned and generally by the provision of the non-zero angle between the wire sections and the respective plane - an angle between 0.05 ° and 0.5 °, in particular between 0.1 ° and 0.4 ° - is preferred. As mentioned, it is achieved that the wire runs in or runs out obliquely into the wire guide groove when it is moved relative to the surface of the wire guide groove.
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.As a result, the wire rolls on a flank that delimits the wire guide groove - generally, a wire guide groove has (two) flanks, between which the wire can be inserted into the respective wire guide groove and which form the side walls of the wire guide groove, so to speak, especially from - seen in relation to the round cross section of the wire guide roller - radially outside to radially inside when the wire runs in and from radially inside to radially outside when the wire runs out. This unrolling causes the wire to undergo a certain twist or twist.
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.By taking advantage of the fact that in practice the surface of the wire is not the same everywhere and that the grooves in the wire guide rollers vary in shape, depth and width for reasons of limited precision during processing, the rotation generated by the unrolling of the wire varies or the corresponding angle from wire guide groove to wire guide groove is sometimes not insignificant. In addition to these two effects, it also results that a piece of wire arranged further back in the wire, which thus passes through a given position later in the wire gate spanned by the wire guide rollers, is also rotated at a different angle than the length of the same piece of wire, as seen from a piece somewhere else on the wire. This is based on a wire surface that varies along the length of the wire.
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.In this respect, it is also particularly preferred if the proposed method is used in the abrasive cutting mentioned, since a wire is preferably used here in which hard materials, in particular diamonds, having an abrasive effect are provided on a surface. Such abrasive hard materials are unevenly or statistically distributed on the surface of the wire due to the manufacturing process. On the other hand, different hard materials - for example, different diamonds - are differently sharp or easy to cut. The effect of the proposed method in cut-off grinding thus comes into play particularly well.
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.Furthermore, it is preferred if the flanks of the respective wire guide grooves have an opening angle of more than 0 ° as seen in a sectional plane in which an axis of rotation of the respective wire guide roller lies. This applies in particular to all wire guide grooves of the relevant - or the two - wire guide rollers. In other words, a flank has a certain incline or slope that promotes rolling. A coating of the wire guide grooves, for example made of polyurethane, in particular duromeric polyurethane, is also preferred, which favors this effect due to the rolling. The wire guide grooves can also be formed in a corresponding coating of the wire guide rollers.
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.It is expedient if the opening angle of the flanks is between 45 ° and 135 °, preferably between 60 ° and 120 °, and particularly preferably between 75 ° and 105 °. The angle through which the corresponding piece of wire is twisted, for example, can be adjusted on average via the opening angle. In general, it would be sufficient for this if only one flank has an incline or slope, namely the one on the side of which the wire runs in or out due to the oblique course, but a symmetrical arrangement of the flanks is also expedient.
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.Although 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 opening angle of ever increasing or decreasing is conceivable Wire guide groove on one end of the wire guide roller to the wire guide groove on the other end.
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.The workpiece preferably has an at least substantially constant cross-sectional shape when viewed in the axial direction. This can be a round cross-sectional shape, but a particularly even polygonal shape is also conceivable, for example with a square, hexagonal or octagonal surface.
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. III-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.A semiconductor material such as silicon is particularly preferred as the material for the workpiece. In other words, a semiconductor crystal, in particular a silicon crystal, is used as the workpiece. However, other semiconductors such as germanium or compound semiconductors (e.g. III-V) are also conceivable. Such semiconductor materials are required in particular as mostly single-crystalline base material for electronic components and should or should therefore meet particularly high requirements with regard to flatness, plane parallelism, cleanliness and low defect level.
Bei stabförmigen Werkstücken, kommen insbesondere solche Werkstücke in Betracht, die einen Durchmesser von wenigstens 200 mm, beispielsweise 250 mm oder 300 mm, aufweisen.In the case of rod-shaped workpieces, workpieces which have a diameter of at least 200 mm, for example 250 mm or 300 mm, are particularly suitable.
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.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. Such a device thus has, in particular, a wire which is guided in a spiral around two wire guide rollers delimiting a sawing area in such a way that a wire frame with a plurality of wire sections is stretched between the wire guide rollers. By rotating the wire guide rollers about their axes, 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. For or during cutting, the wire frame can be brought into contact with the workpiece in the sawing area.
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.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 through different angles about its longitudinal axis within a length of the respective wire section, in particular the device Wire guide rollers with the wire guide grooves and also the wire are designed and / or arranged in such a way as was explained in more detail above in relation to the method.
Hinsichtlich weiterer Merkmale bzw. bevorzugter Ausgestaltungen und Vorteile sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.With regard to further features or preferred configurations and advantages, to avoid repetition, reference is made to the above explanations of the method, which apply here accordingly.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawing.
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.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using an exemplary embodiment and is described below with reference to the drawing.
FigurenlisteFigure list
-
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Trennen einer Vielzahl von Scheiben von einem Werkstück in einer Querschnittsansicht bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens.1 schematically shows a device for the simultaneous separation of a plurality of disks from a workpiece in a cross-sectional view when performing a method not according to the invention. -
2 zeigt die Vorrichtung aus1 in einer Draufsicht ebenfalls bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens.2nd shows thedevice 1 in a Top view also when performing a method not according to the invention. -
3 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Werkstücks bei Durchführung eines nicht erfindungsgemäßen Verfahrens.3rd shows schematically a section of the workpiece when performing a method not according to the invention. -
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.4th schematically shows a device according to the invention for the simultaneous separation of a plurality of disks from a workpiece in a preferred embodiment in a plan view when carrying out a method according to the invention in a preferred embodiment. -
5 zeigt schematisch einen Ausschnitt des Werkstücks bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.5 shows schematically a section of the workpiece when performing a method according to the invention in a preferred embodiment. -
6 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Drahtführungsrolle bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.6 shows schematically a section of a wire guide roller when performing a method according to the invention in a preferred embodiment.
In
Anhand der
Ein Draht
Das in eine Vielzahl von Scheiben aufzutrennende Werkstück
Mittels gleichsinniger Drehung der Drahtführungsrollen
Nach Durchlaufen der Vorrichtung und damit des Drahtgatters
Wie schon erwähnt, wird das Trennen bzw. das Drahtsägen nach Trennläppen und Trennschleifen unterschieden. Beim Trennschleifen werden die Drahtabschnitte
Die Drahtführungsrillen
Durch Bewegen der Drahtabschnitte
Das Trennen bzw. der Trennvorgang ist beendet, wenn alle Drahtabschnitte
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.Cut-off grinding (also known as multi-wire cut-off) is characterized by material removal by means of a two-body interaction of workpiece and tool (for example diamond wire or wire coated with diamond).
Die Fläche, an der die entgegen der Zustellrichtung
Mit einer Durchbiegung
Die Durchbiegung
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
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.The pilgrim process results in economical multiple use of the wire, reduces the extent of the 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 facilitates the separation of workpieces or rods with particularly large diameters because of this Due to the constant reversal of the direction of the wire movement, the cooling lubricant (in the case of cut-off grinding) only has to be transported from the cutting gap edge to the cutting gap center from the wire into the cutting gap and not, as with unidirectional cutting, through the entire engagement length of the wire with the rod.
Wie schon erwähnt, wurde bei dem vorstehend beschriebenen Vorgehen, d.h. insbesondere mit herkömmlichem spiralförmigem Führen des Drahts
In
Hierbei sind beim Abtrennen von Scheiben
Der Draht
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
In
Die Vorrichtung
Hierbei ist eine Aufsicht senkrecht auf das von den Drahtführungsrollen
Im gezeigten Fall wird dies durch einen Versatz
Der Spurfehlwinkel
Das Werkstück
Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass
In
Hierbei ist zu sehen, dass ein Aufpunkt des Drahtes
Daher weicht die tatsächliche Trennfläche
Zwar weist die auf diese Weise erhaltene Scheibe
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.On the other hand, as already mentioned, curvatures of the pane (strong deviation of the center line of the pane from one plane) cannot be removed or can only be removed to an insufficient extent, since the pane behaves elastically due to its small thickness. The force required for material removal perpendicular to the disc surface presses the disc elastically flat during processing. After material removal and elastic relaxation, the disc has become thinner, but its curvature has not decreased.
In
Insbesondere ist hier eine Drahtführungsrille
Eine Drahtführungsrille
Aufgrund der Schräglage der Drahtabschnitte gegenüber den Ebenen, in denen die Drahtführungsrillen verlaufen, tritt der Draht
Da sich der mit Diamant belegte Draht
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.Since the wire at the selected point of contact during a wire movement by rotating the wire guide rollers about their axes each time it is cut into a wire guide groove with a different diamond, it first comes into contact with the flank of the wire guide groove and the diamonds on the wire surface have a (statistical) distribution, in particular according to size, Distribution and orientation, the amount by which the wire is twisted at the selected point until it comes to rest in the bottom of the groove is different for each wire guide groove. Adjacent wire guide grooves are traversed from a selected point on the wire with different, random angles of the wire twist.
Ein Auswandern des Drahts in Richtung zufällig schärferer Diamanten
Damit das Abrollen des Drahtes auf den Flanken in verlässlicher Weise erfolgt, sollten die Flanken einen von Null verschiedenen Öffnungswinkel
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 µm und 175 µm, die Korngröße der Diamanten (beim Trennschleifen) bzw. des Slurrys (beim Trennläppen) zwischen 5 µm und 25 µm, der mittlere Abstand benachbarter Drahtführungsrillen folglich zwischen 930 µm und 1150 µm (für Scheiben mit einer Zieldicke von knapp unter einem Millimeter)A desired thickness of the wafers, which are also referred to as wafers, immediately after separation (ie before any reworking), determined by the desired final thickness of the wafers after reworking such as grinding, lapping, etching and / or polishing, is about one or just under one millimeter . The wire diameter is preferably between 80 µm and 175 µm, the grain size of the diamond (when cutting) or the slurry (when cutting lapping) between 5 µm and 25 µm, the mean distance between adjacent wire guide grooves between 930 µm and 1150 µm (for disks with a target thickness of just under one 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°.If the penetration depth of the wire guide grooves for guiding the wire approximately corresponds at least to the wire diameter, there is an upper limit of 135 ° for the opening angle of the wire guide rollers, at which there is still a sufficiently cylindrical area between adjacent grooves on the outer surface of the wire guide rollers. Wire guiding grooves with an opening angle between 45 ° and 135 °, in particular between 60 ° and 120 °, are therefore preferred.
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 µm betragen, der Achsabstand der das Drahtgatter aufspannenden Drahtführungsrollen 390 mm. Der Draht kann dann einschließlich seines Belags aus Diamantkörnern einen Außendurchmesser von etwa 120 µm 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.For a specific case of grinding a workpiece in the form of a rod with a maximum wire engagement length of 156 mm made of monocrystalline silicon, for example, an average distance between adjacent wire guide grooves can be approximately or slightly more than 300 µm, 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 μm, the wire which is spirally guided around the wire guide rollers in the wire creel is placed on a wire guide roller offset by three grooves in the axial direction with respect to the other wire guide roller.
Damit ergibt sich ein Schrägverlauf der Drahtabschnitte von knapp 1 mm auf 390 mm, entsprechend einem Spurfehlwinkel 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°.This results in an oblique course of the wire sections from just under 1 mm to 390 mm, corresponding to a track misalignment in the grooves of approximately 0.15 °. The maximum deviation of the center line between the front and rear of the disks obtained in this way from the regression line between the front and rear is only about a third compared to a comparison cut with otherwise identical values, but with a tracking error angle of 0 °.
Für den Fall eines Stabs aus monokristallinem Silizium von 400 mm Länge und 300 mm Durchmesser mit einem Glattdraht von 175 µm Durchmesser beim Trennläppen, wobei das Slurry SiC-Körner mit einem mittleren Durchmesser von 12,8 µm 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°.In the case of a rod made of monocrystalline silicon 400 mm long and 300 mm in diameter with a smooth wire of 175 µm in diameter when lapping, the slurry containing SiC grains with an average diameter of 12.8 µm, an average distance between adjacent wire guide grooves on the Wire guide rollers of 1.112 mm, and a center distance of the wire guide rollers of 510 mm, the wire in one of the two wire guide rollers can be offset by one groove compared to the other. The misalignment angle of the wire to the grooves is then approximately 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°.Due to the wire slip occurring during wire cutting and consequently almost no rolling of the wire on the flanks of the grooves, the improvement in the maximum deviation of the center line between the front and back of the disks obtained from the regression line is approximately 10% compared to a comparison cut with otherwise identical values, however a tracking misalignment of 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.Tracking errors between 0.05 ° and 0.5 ° are therefore advantageous. At lower tracking misalignments, the results in terms of interference, even with wire cutting lapping, did not differ from those without a tracking misalignment. With misalignment angles of more than 0.5 °, there is usually a considerable reduction in the lifespan of a grooving due to widening of the grooves due to (asymmetrical) abrasion, so that the deterioration from the increasingly imprecise routing of the wire due to increasingly wider grooves would predominate.
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- 2019-09-27 WO PCT/EP2019/076293 patent/WO2020083607A1/en active Application Filing
- 2019-10-21 TW TW108137878A patent/TW202015841A/en unknown
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Also Published As
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