DE2023439A1

DE2023439A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Gegenständen

Info

Publication number: DE2023439A1
Application number: DE19702023439
Authority: DE
Inventors: Donald Frank Johnstown; Yandrick Rudolph Michael Indiana; Pa. Stahr (V.St.A.). P B24b
Original assignee: FMC Corp
Current assignee: FMC Corp
Priority date: 1969-06-03
Filing date: 1970-05-13
Publication date: 1970-12-17
Also published as: CA922110A; ES379540A1; US3603039A; GB1258697A; DE7017942U

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. E Weickmann,

Dipl.-Ing. H."WeiCKMann, Dipl.-Phys. Or. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, D-ipl.-Ch.em. B. Huber

S MÜNCHEN 8'6, DEK

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER -4839.21/22

IMG GOEPOilAIIOI, San Jose, öalifornien, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung von Gegenständen.

Pur elektronische Steuervorrichtungen werden kreisförmige Siliciumplättehen verwandt, die eine Dicke im Bereich von ungefähr 0,022 bis 0.038 cm und einen Durchmesser im Bereich von annähernd 1,9 bis 3,8 cm aufweisen. TJm die elektrische Feld stärke an der Oberfläche des Plättchens unter die der Feldstärke im Inneren herabzusetzen und um einen stabilen Betrieb der SiIiciumvorrichtungen bei Spannungen über 800 "YoIt zu gewährleistön_f ist es notwendig, an dem Umfang -jedes Plättchens eine glatte gleichförmige Abschrägung anzubringen.

&egera#artig werden Aib&chrägungen an Silicium gewöhnlich mit fm eines Sßhlmifmittels, das in einem IfUftstrom aufgebla'sfin wird,, darßh :Scfaleif en -mit

Diamantwerkzeugen oder durch Beseimeifiea In einer elektrischen Entladevorrichtung Tiergestellt. Jedes dieser Verfahren weist jedoch Nachteile auf, -wie etwa eine rauhe, nicht gleichförmige Oberfläche, eine schlechte Seproduzlei'Tmrkelt, ein Einpressen oder Reißen des Sillciums oder überinäBiLge Kosten»

Die vorliegende Erfindung streM; EeshaTb ein verbessertes Verfahren zur Bersteilung einer AtesehrSgung ■ aiif einem SIlI?elumplättchen an.

Die Erfindung bezweckt weiterhin, elm verbessertes Verfanren zum Abscnrägen von Sllleiumplättölien mi-fc JEiIfe von billigen Werkzeugen, Materialien und Maschinen

Es wird weiterhin eine elnfacli wirkende Törrlehtiang :zur Ausbildung vorbestimmter TJrarisse auf verhältnismäßig harten Oberflächen, wie etwa der Oberfläche eines Sillelumplättölfoens,, angestrebt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung einer gewünschten Umrißlinie auf einem verhältnismäßig harten Materialstiick, wie etwa einem dünnen zylindrischen Siliciumplättchen angegeben, das sieh dadurch auszeichnet, daß das Plättchen auf einer ebenen Unterlage befestigt wird, daß eine kleine Menge eines Biamantläppmateriales auf die Umfangsoberfläche des Plättchens' aufgebracht wird, daß ein hartes Stahlwerkzeug^ das eine abgeschrägte untere Pläehe aufweist, mit einem leichtem Druck auf das Plättchen abgesenkt wird, so daß die afegesohrägte Tintere Jläslie des Werkzeuges auf der UmfangsoberfläeS.e 3©s Plattchens zur Auflage kommt, und daß das Werkzeug, während es auf äas Plättchen abgesenkt wird, eine UmdrenungBageseliwindlgfcelt im von annähernd 2500 bis 5000 UmäaÄiaiigea! ψτ® iiimite saifwelet

Im folgenden soll die Exflndaasiig jiÄeir aAaB! einBS In Zeiohnung -da^gestellt-saa
erläutert werden« In der

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist,

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, in der besonders ein Siliciumplättchen dargestellt ist, bevor seine Kante bzw. sein Rand abgeschrägt worden ist,

Fig. 3 eine schematische Teilseitenansicht eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung, in der besonders ein kreisförmiges Siliciumplättchen dargestellt ist, dessen obere Umfangs- | kante bereits abgeschrägt worden ist,

Fig. 4 einen vergrößerten senkrechten Schnitt entlang einem !Durchmesser des kreisförmigen Siliciumplättchens und des allgemein zylindrischen Werkzeuges, das mit dem Plättchen in Eingriff kommt, wobei das Werkzeug in einer Arbeitsstellung im Eingriff mit dem Plättchen dargestellt ist und wobei das zwischen dem Werkzeug und dem Plättchen angeordnete Material eingezeichnet ist.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Maschinenwerkzeug einer Bohrmaschine bezeichnet, bei der ein fester Ständer 12 von einer feststehenden Basis 14 aus nach aufwärts vorsteht. i Ein Halterungsarm 16 ist mit einem Ende 16a verschiebbar auf dem Ständer 12 angeordnet, und an dem anderen Ende 16b des Armes 16 ist drehbar eine senkrechte Spindel 18 angebracht. Ein elektrischer Motor 20, der an dem Haltearm 16 befestigt ist, steht über einen Riemen und eine Riemenantriebsscheibe 21 in treibendem Eingriff mit einem Teil 18a mit verringertem Durchmesser der Spindel 18.

Der Haltearm 16 ist über ein festes Glied 23 mit einer Hülse verbunden, die sich um den Ständer 12 herum erstreckt, und der Haltearm ist mit dieser Hülse über eine Hebelvorrichtung 25 verbunden, die einen Handgriff 26 und einen aus einer Zahnstange und einem Zahnritzel bestehenden Mechanismus (nicht dargestellt)

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umfaßt, der in der Hülse 24 angeordnet ist Und zwischen dem Handgriff und dem Ständer 12 derart wirkt, daß die Hülse und der damit verbundene Haltearm 16 abgesenkt werden, wenn der Handgriff im Uhrzeigersinn aus der in Pig. 1 gezeigten Stellung um die Schwenkachse X gedreht wird.

Ein Werkzeugkopf 30, mit dem eine Abschrägung ausgeführt werden kann und der aus einem harten Werkzeugstahl hergestellt und herausnehmbar in einem von der Spindel 18 gehaltenen Bohrfutter 32 angeordnet ist, weist eine mit einer Aussparung versehene untere Fläche auf, die durch eine kegelstumpfförmige Wand 34 gebildet wird. Die Wand ist nach einwärts unter einem Winkel Y abgeschrägt, der 6° oder weniger beträgt, und dieser Winkel bestimmt den Winkel, der auf der Umfangskante des kreisförmigen Siliciumplättchens ausgebildet wird.

Zu Beginn eines Absehrägungsarbeitsvorganges wird ein kreisförmiges Siliciumplättchen W mit einer Seite auf die ebene Oberfläche einer feststehenden Halterungsplatte 40 aufgelegt, die aus Stahl oder Aluminium hergestellt sein kann. Das Plättchen wird an der Platte 40 dadurch befestigt, daß auf die Platte 40 eine Menge eines niedrig-schmelzenden, geschmolzenen Wachses aufgebracht wird, daß das Plättchen W auf das Wachs in einer vorbestimmten Stellung auf der Platte aufgesetzt wird, und daß sodann das Wachs abkühlen gelassen wird. Die Platte wird sodann mit Hilfe einer Ausrichtespannvorrichtung in einer vorbestimmten Stellung so auf der Grundplatte angeordnet, daß die Umfangskante des Plättchens W direkt unter der abgeschrägten Wand 34 des Werkzeugkopfes 30 liegt. Auf die Oberfläche des Plättchens wird sodann entlang der äußeren Umfangskante ein Streifen aus einem Diamantläppmaterial M aufgebracht. Sodann wird der Motor 20 eingeschaltet, so daß sich der Kopf 30 dreht, und der Handgriff 26 wird im Uhrzeigersinn versohwenkt, so daß der Kopf abgesenkt wird, bis er mit dem Plättchen in Eingriff kommt. ;

Ein Diamantläppmaterial, das sich bei der Abschrägung von

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Siliciumplättchen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung als zufriedenstellend erwiesen hat, wird von der Kay Industrial Diamond Go. unter der Bezeichnung Kay Industrial Diamond 15 N.B.S.-Naturdiamant-8,22/u Korngröße verkauft. Das Schleifmaterial liegt in Form einer öligen Paste vor und wird in einer Tube oder einer Spritze geliefert, so daß auf die abzuschrägende Oberfläche ein ringförmiger Streifen aufgebracht werden kann.

Der Werkzeugkopf wird mit dem Plättchen unter einem leichten Druck in Berührung gebracht, der ausreicht, um eine konstante Berührung mit dem Plättchen aufrechtzuerhalten. Unter dem Druck " des sich drehenden Kopfes und der Wirkung des Diamantläppmateriales wird flie Umfangskante des Plättchens derart abgeschrägt, daß ihre Form im wesentlichen der Form der Wand 34 des Kopfes 30 entspricht, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.

Wenn der Durchmesser und die Dicke der zu bearbeitenden Plättchen ebenso wie der gewünschte Abschrägungswinkel bekannt sind, so ist auch der Innendurchmesser D (Fig. 3) des fertigen Plättchens bekannt. Dementsprechend kann eine Oberflächenmeßlehre in Form eines zylindrischen Blockes, der einen Durchmesser aufweist, der gleich der Abmessung D ist, verwandt werden, um das Plättchen zu überprüfen. Diese Überprüfung wird dadurch aus- (j geführt, daß die Meßlehre auf die Oberseite des Plättchens aufgesetzt wird und daß visuell die Abmessung D und der Durchmesser der Meßlehre verglichen werden. Eine abschließende Überprüfung kann mit genaueren Meßinstrumenten durchgeführt werden. Ein vollständiger Abschrägungsarbeitsvorgang kann an dem Plättchen durch eine einzige Bearbeitung mit dem sich drehenden Kopf durchgeführt werden, jedooh können auch eine Reihe von Bearbeitungsvorgängen notwendig sein.

Nach einem Abschrägungsarbeitsvorgang werden der Werkzeugkopf 30, das Plättchen W und die Halterungsplatte 40 mit einem Blatt Papier abgerieben, an dem sodann das Diamantläppmaterial hängt. Wenn sich ein Haufen Papierblätter angesammelt hat,

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werden die Blätter verbrannt und der Verbrennungsrückstand wird eingesammelt. Aus diesem Verbrennungsrückstand wird das Diamantsehieif material abgetrennt, und es wurde festgestellt, daß annähernd 80$ des ursprünglichen Diamantmateriales zurückgewonnen werden kann. Durch diese Rückgewinnung des Materiales wird der Abschrägungsarbeitsvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung verhältnismäßig billig.

Weiterhin soll darauf hingewiesen werden, daß die Wahrscheinlichkeit eines Zerbrechens der Plättchen weitgehend verringert wird, da der Werkzeugkopf 30 im Vergleich zu einem Diamantwerkzeug, das bisher für derartige Abschrägungsarbeifcsvorgänge verwandt wurde und das 10 000 bis 15 000 Umdrehungen pro Minute ausführte, eine verhältnismäßig niedrige Drehzahl aufweist.

Wenn ein Siliciumplättchen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeitet wird, so kann auf dem Plättchen eine Endbearbeitung von 8 bis 10/um erhalten werden, während mit anderen Abschrägungsarbeitsverfahren Endbearbeitungen von 25 bis 400 /um erhalten werden.

Wie bereits oben erwähnt wurde, ist das Plättchen in einer festen, vorbestimmten Stellung an der Halterung 14 angebracht, so daß das Werkzeug mit seinem Umfangsteil in Eingriff kommt. In der Praxis kann die Einrichtung, die dazu dient, das kreisförmige Plättchen auf der Halterung anzuordnen, aus einem Pührungskreis bestehen, der in der Halterung 14 direkt unter dem Werkzeug eingraviert ist. Es dürfte ersichtlich sein, daß die oben beschriebene Schleifvorrichtung besonders dazu geeignet ist, den Druck zu steuern, der auf das Plättchen ausgeübt wird, da diese Schleifvorrichtung von Hand betätigt wird.

Obgleich festgestellt wurde, daß der Abschrägungswinkel bei Silioiumpläbtchen, die eine Dicke bis zu 0,038 cm aufweisen, 6° nicht überschreiten sollte, so können dennoch größere Winkel bei anderen Gegenständen wie etwa Gegenständen gebildet werden, die dioker sind oder die aus einem anderen Material hergestellt

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Es ist ersichtlich, daß die oben beschriebene Vorrichtung sehr billig im Vergleich zu einer Torrichtung ist, wie sie bei anderen Teri'ahren verwandt wird.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß durch die vorliegende Erfindung ein einfaches, billiges Verfahren und eine Torrichtung zur Herstellung einer Abschrägung mit einem vorbestimmten Winkel auf einem Siliciumplättchen angegeben werden. Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß, obgleich ein Läppmaterial und ein sich drehendes, Druck anwendendes Werkzeug zum Polieren flacher Metalloberflächen bereits verwandt wurde, die vorliegende Erfindung die erste Terwendung einer solchen Torrichtung und eines solchen Materiales zur Änderung der körperlichen Gestalt eines Gegenstandes von einer geometrischen Form zu einer anderen darstellt.

Aus Pig. 4 ist ersichtlich, daß die untere Fläche des Werkzeuges 3Oi aus einer geneigten,inneren Fläche besteht, während die Abschrägung, die dementsprechend an dem Plättchen ausgebildet wird, aus einer geneigten, äußeren Fläche besteht. Natürlich würde, wenn an dem Plättchen eine konkave Oberfläche ausgebildet werden soll, der hierzu passende Teil des Werkzeuges konvex ausgebildet sein. Die Gestalt der Oberfläche des Werkzeuges ist somit "umgekehrt" zu der gewünschten Gestalt, und dementsprechend wird in den folgenden Ansprüchen der Ausdruck "umgekehrt" bzw. "entgegengesetzt" für die relative Ausrichtung der Fläche des Werkzeuges und der gewünschten Fläche verwandt. Diese Tatsache stellt ein weiteres bestimmendes Merkmals gegenüber dem normalen Läpparbeitsvorgang dar, bei dem eine ebene Läppfläche mit einer ebenen Fläche in Eingriff kommt, wobei der Zweck dieser Arbeitsweise darin besteht, nicht die Form des Gegenstandes zu verändern, sondern ihn lediglich zu polieren.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Abschrägung an der Umfangskante eines kreisförmigen Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand in einer festen Stellung angeordnet wird, daß eine Menge Schleifmaterial auf die Oberfläche aufgebracht wird, die sich um die Randkante des Gegenstandes herum erstreckt, an dem die Abschrägung ausgebildet werden soll, und daß das Schleifmittel mit einer sich schnell bewegenden kreisförmigen Werkzeugfläche in Berührung gebracht

^ wird, die eine Form aufweist, die der umgekehrten, gewünschten Form entspricht, und daß diese Werkzeugfläche um ihre eigene Achse gedreht wird, um das Schleifmittel in Berührung mit der Oberfläche des Gegenstandes zu bringen, bis der Gegenstand die gewünschte Form aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückoberfläche mit einer Drehzahl im Bereich von annähernd 2500 bis 5000 Umdrehungen pro Minute gedreht wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die Werkzeugoberfläche ein Druck auf das Schleifmittel ausgeübt wird, bis die gewünschte Form an

W der Oberfläche des Gegenstandes ausgebildet ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifmittel aus einem pastenförmigen Diamantläppmaterial besteht, und daß das Schleifmittel bei Bedarf mit Hilfe eines verbrennbaren Abwischmateriales von der Werkzeügoberflache, dem Werkstück und den zugehörigen feststehenden Teilen abgewischt wird, daß das Abwischmaterial verbrannt wird, und daß das Diamantmaterial aus dem Rückstand zurückgewonnen wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4> gekennzeichnet durch eine Unterlage (14)» durch eine Halterung (40)., um den .Gegenstand in einer festen

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Stellung auf dieser Unterlage zu halten, durch ein in der Nähe dieser Unterlage angeordnetes Werkzeug (30), durch eine an diesem Werkzeug ausgebildete Kontaktoberfläche (34), die eine zu der gewünschten Form umgekehrte Form aufweist, durch ein Schleifmittel (M), das auf den Teil des Gegenstandes aufbringbar ist, der geformt werden soll, durch eine Hebeeinrichtung (24, 25, 26), um die Werkzeugfläche in Eingriff mit dem Schleifmittel auf der Oberfläche des Gegen- · Standes zu bringen und das Schleifmittel gegen den Gegenstand zu drücken und durch eine Antriebseinrichtung, um die Werkzeugfläche schnell gegenüber dem Gegenstand zu bewegen',

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Schleifmittel in Berührung kommende Fläche des Werkzeuges aus einem Werkzeugstahl hergestellt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugfläche mit einer Drehzahl von 2500 bis 5000 Umdrehungen pro Minute drehbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebeeinrichtung Vorrichtungen enthält, um das Werkzeug in senkrechter Richtung gegen die Unterlage (14) hin und von dieser fort und in und außer Eingriff mit dem zu bearbeitenden Werkstück zu bewegen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Halterung des zu bearbeitenden Gegenstandes an der Unterlage aus einem niedrigschmelzenden Wachs besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (40) für den Gegenstand Einrichtungen umfaßt, um die Unterlage (14) in eine vorbestimmte Stellung in Bezug auf die Kontaktfläche des Werkzeuges zu bringen, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, um den Gegenstand in einer vorbestimmten Stellung auf dieser Unterlage

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anzuordnen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 his 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (34) an dem Werkzeug (30) durch eine kreisförmige, geneigte Kontaktfläche gebildet wird und daß diese Kontaktfläche um die Drehachse des Werkzeuges herum ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 "bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (30) eine untere kreisförmige Kontaktfläche aufweist, die eine zu der auf dem Werkstück herzustellenden Absehrägung umgekehrte Abschrägung aufweist, daß das Werkstück so über der Unterlage (14) anbringbar ist, daß die abgeschrägte Oberfläche des Werkzeuges mit dem Umfang des zu bearbeitenden Werkstückes ausgerichtet ist und daß die Achse der kreisförmigen Kontaktfläche des Werkzeuges im wesentlichen mit der Achse des kreisförmigen Werkstückes ausgerichtet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Materialstück aus einem kreisförmigen Siliciumplättchen besteht.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung der Werkzeugoberfläche gleich oder kleiner als 6° ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14» dadurch gekennzeiohnet, daß das Schleifmittel in einer ringförmigen !'lache auf den Umfangsteil des zu bearbeitenden Werkstückes aufgebracht wird.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Werkzeug während des Schleifvorganges ein leichter Druck ausübbar ist.

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