DE3218953C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausbildung einer Schrägrille in einer Halbleitervorrichtung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ausbildung einer Schrägrille in einer HalbleitervorrichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausbildung einer umlaufenden Schrägrille (2) in einer Halbleitervorrichtung (1), etwa in einem Halbleiter-Gleichrichterelement für elektrischen Strom. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf dem Grundgedanken der Ausbildung der umlaufenden Schrägrille (2) mittels einer sich drehenden Schleifscheibe (11). Die Halbleitervorrichtung (1) wird in Drehung versetzt, und die sich drehende Schleifscheibe (11) wird zur Ausbildung der Schrägrille (2) in der Halbleitervorrichtung (1) gegen diese zugestellt. Die Schleifscheibe (11) ist dabei relativ zur Halbleitervorrichtung (1) in Richtung auf deren Zentrum bzw. Mittelachse schräggestellt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer kreisförmigen Schrägrilie in der Oberfläche einer
Halbleitervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 16. Ein derartiges Verfahren und eine solche
Vorrichtung sind aus der GB-PS 12 37 414 bekannt
Im folgenden ist der Aufbau eines bisherigen Halbleiter-Gleichrichterelements
für elektischen Strom anhand der Längsschnittansicht von F i g. 1 erläutert. Ein HaIbleiter-Gleichrichterelement
1 umfaßt eine Kathodenschicht (N+ -Schicht) 4, mit der eine Kathodenelektrode
3 in ohmschem Kontakt steht, eine der Kathodenschicht
4 benachbai te Schicht (P-Schicht) 5, eine an die Schicht
5 angrenzende Schicht (N-Schicht) 6 mit hohem Widerstandsverhültnis
und eine zwischen die letztere Schicht
6 und eine Anodenelektrode 7 eingefügte Anodenschicht (P-Schicht) 8. An den Grenzflächen zwischen
diesen vier Schichten werden somit pn-Übergänge J1,
/2 und /3 gebildet. Zudem ist im Unifang des Gleichrichterelements
1 eine Isolierrille 2 ausgebildet. Das Gleichrichterelement 1 besitzt eine kegelstumpfförmige
Gestalt. Die Kreis(schnitt)fläche, senkrecht zur Achse des Gleichrichterelements gesehen, der P-Schicht 8 ist
daher am pn-übergang /3 größer als diejenige der N-Schicht 6. Der Grund hierfür besteht bekanntlich darin,
die Spannungsfestigkeit bzw. Durchbruchspannung des Gleichrichterelements zu verbessern. Wenn die
(Kreis-)Querschnittsfläche der P-Schicht 5 auf ähnliche
Weise am pn-übergang/2 größer ausgelegt ist als diejenige der N-Schicht 6, kann die Spannungsfestigkeit
des Gleichrichterelementes 1 weiter verbessert werden. Zu diesem Zweck wird die ringförmige Isolierrille oder
-nut 2 gemäß Fig. 1 mit ihrer Sohle schräg einwärts zum Zentrum des Gleichrichterelementes 1 verlaufend
ausgebildet. Der innerhalb der Ringrille 2 liegende Bereich des Elements wird daher gemäß F i g. 1 umgekehrt
kegelförmig bzw. konisch, und die Querschnittsfläche der P-Schicht 5 wird größer als diejenige der N-Schicht
6, wodurch die Spannungsaushalteigenschaft des Gleichrichlerelements ve:bessert wird. In dem außerhalb
der Ringrille 2 befindlichen Bereich wird die Querschnittsfläche der N-Schicht 6 größer als die der P-Schicht
5. Dies wirft jedoch kein Problem auf, weil die Spannungsfestigkeit des Gleichrichterelements 1 nur
durch seinen innerhalb der Ringrille 2 gelegenen Bereich beeinflußt wird, in welchem die Kathodenelektrode
3 und die dieser benachbarte Schicht 4 angeordnet sind.
Die Form der ringförmigen (umlaufenden) Schrägrille
Die Form der ringförmigen (umlaufenden) Schrägrille
ίο 2 beeinflußt ebenfalls die Spannungsfestigkeit des
Gleichrichterelements. Diese Eigenschaft wird nämlich um so besser, je größer die Breite W der Öffnung der
Schrägrille 2 ist und auch je kleiner der Krümmungsradius R an der Sohle der Schrägrille 2 ist Außerdem hat
auch der Winkel Θ, der zwischen der Wand oder Flanke
2a der Schrägrille 2 an der Seite des Zentrums des Gleichrichterelements 1 und dem pn-übergang /2 gebildet
wird, einen Einfluß auf die Spannungsfestigkeit des Gleicbrichterelements.
Die ringförmige Schrägrille 2 wird üblicherweise nach einem Sandstrahlverfahren r,i;.ormt. Dabei wird
das kegelstumpfförmige Gieichrichterekment von einer
Drehvorrichtung gehalten und konzentrisch daizu gedreht.
Mittels einer Sandstrahldüse, die mit einer Sandzufuhreirrichtung
verbunden ist, werden Schleifsandteilchen auf das sich drehende Gleichrichterelement geblasen,
wobei sie durch Schleifwirkung das Halbleitermaterial abtragen und die Schrägrille 2 ausbilden (GB-PS
12 37 414).
Dieses Sandstrahlverfahren ist jedoch mit folgenden Nachteilen behaftet: Zum einen wird dabei gemäß
F i g. 2 der Krümmungsradius R der Rillensohle groß, wodurch sich die Spannungsfestigkeit verschlechtert.
Zum zweiten ist die Bearbeitungsgenauigkeit gering, so daß die Größe des Winkels θ zwischen der dem Zentrum
des Gieichrichtcrclcments Zugewandten Flanke
bzw. Innenflanke 2a und dem pn-übergang /2 unbestimmt bleibt. Die Spannungsfestigkeit ist daher bei jedem
Gleichrichterelement verschieden. Zum dritten ist die Bearbeitungsleistung niedrig. Schließlich werden
während des Bearbeitungsvorganges Sandteilchen verstreut, so daß die Arbeitsplatzbedingungen beeinträchtigt
werden und die Möglichkeit für eine Gesundheitsgefährdung der Arbeiter besteht
In der CH-PS 2 98 992 ist ein Verfahren zum Schleifen
von spiralförmigen Nuten in Scheiben für die Verstellung von Spannfutterbacken beschrieben, bei welchem
je ein Schleifwerkzeug mit bezüglich seiner Drehachse kegeliger Arbeitsfläche zum Schleifen der konkaven
und der konvexen Seitenwand der Nut verwendet wird, wobei das Schleifwerkzeug und das Werkstück
während des Schleifens der betreffenden Seitenwand so zueinander bewegt werden, daß die kegelige Arbeitsfläehe
des Schleifwerkzeuges mit verschiedenen Punkten auf einer ebenen Spirale der Seitenwand nacheinander
in Berührung kommt. Die Ausbildung einer kreisförmigen Schrägrille in der Oberfläche einer Halbleitervorrichtung
ist hierbei nicht angesprochen.
Schließlich ist es aus der GB-PS 14 91 705 bekannt, mittels einer mit Diamantstaub versehenen Schleifscheibe
geradlinig verlaufende Rillen in einer rechteckigen Halbleiterscheibe mit Schichten unterschiedlichen Leitungstyps
und Widerstandes herzustellen. Auch hier ist die Ausbildung einer kreisförmigen Schrägrille in der
Oberfläche einer Halbleitervorrichtung nicht angesprochen.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ver-
fahrens zur Ausbildung einer Schrägrille mit großer Breite und kleinem Krümmungsradius an der Sohle in
der Oberfläche einer Halbleitervorrichtung mit hoher Genauigkeit und mit hoher Arbeitsleistung bzw. hoher
Wirtschaftlichkeit.
Die genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch
gelöst, daß eine Schleifscheibe verwendet wird, die einen ersten, kegelstumpfförmigen Schleifscheibenteil
und einen zweiten Schleifscheibenteil aufweist, der eine flache, scheibenartige Form besitzt, der an der Basisfläche
des ersten Schieifscheibenteils angebracht ist und dessen Durchmesser größer ist als derjenige der Basisfläche
des ersten Schleifscheibenteils, und daß das Einstechen der Schrägrille in die Oberfläche der Halbleitervorrichtung
mittels der Schleifscheibe in der Weise durchgeführt wird, daß der zweite Schleifscheibenteil
der vom Zentrum der Oberfläche der Halbleitervorrichtung ausgehenden senkrechten Linie zugewandt ist.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird also zur Ausbildung der Schrägrille eine Schleifscheibe besonderer
Gestalt verwendet. Die Schrägrille kann daher im Vergleich zum bisherigen Sandstrahlverfahren mit größerer
Genauigkeit und mit höherer Arbeitsleistung bzw. höherer Wirtschaftlichkeit geformt werden. Die Breite
der Rillenöffnung kann groß ausgebildet werden, während der Krümmungsradius an ihrer Sohle klein gehalten
werden kann. Bei Ausbildung einer Isolierrille in einem Halbleiter-Gleichrichterelement nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird mithin eine höhere Durchbruchspannung des Gleichrichterelements erzielt.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Gemäß der Erfindung ist
eine solche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß eine eine kreisförmige Fläche besitzende Schleifscheibe
vorgesehen ist, die von einer das Zentrum der Kreisfläche durchsetzenden und senkrecht zu dieser verlaufenden
antreibbaren Welle getragen ist derart, daß die die Kreisfläche der Schleifscheibe einschließende Ebene
zum Zentrum der Oberfläche der Halbleitervorrichtung, in welcher die Schrägrille ausgebildet werden soll,
schräggestellt ist, die Schleifscheibe einen ersten, kegelstumpfförmigen Schleifscheibenteil und einen zweiten,
scheibenförmigen Schleifscheibenteil umfaßt, der an der Basisfiäche des ersten Schleifscheibenteils angebracht
ist und einen größeren Durchmesser besitzt als diese Basisfläche, der zweite Schleifscheibenteil der Drehachse
der Halbleitervorrichtung zugewandt ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Verschieben der
Welle der Schleifscheibe in Richtung auf die Halbleitervorrichtung.
Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht eines Halbleiter-Gleichrichterelementes,
F i g. 2 eine Schnittansicht einer nach dem bisherigen Sandstrahlverfahren ausgebildeten Schrägrille,
F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,
Fig.4 in stark vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht
der Durchbiegung der Schneidkante der Schleifscheibe bei deren Angriff an der Oberfläche einer Halbleitervorrichtung.
Fig. 5 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Beziehung
zwischen der Schnittiefe der Schleifscheibe und der durch letztere abgetragene Menge an Halbleitermaterial,
F i g. 6 eine graphische Darstellung der Änderung der Schneid- oder Schleifgeschwindigkeit bei einem bevorzugten
Ausführungjbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Schleifzeit und -tiefe in der Betriebsart gemäß
Fig. 6,
F i g. 8 in stark vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht
einer zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Schleifscheibe.
Fig.9 eine schaubildliche Darstellung des Vorgangs
beim Schleifen einer Rille mittels der Schleifscheibe nach F i g. 8,
Fig. 10 eine graphische Darstellung der Änderung
des Rillensohlen-Krümmungsradius beim Schleifen von
Rillen in mehreren Halbleitervorrichtungen mitteis der Schleifscheibe nach Fig.8 und einer anderen Schleifscheibe,
Fig. Il eine Darstellung eines anderen bevorzugten
Ausführungsbeispiels des Verfahrens.
Fig. 12 eine Darstellung von Schaden, die beim RiI-lenschleifen
auftreten können.
Fig. 13 und 14 in vergrößertem Maßstab eine Schniuansicht bzw. eine schematische Darstellung zur
weiterei> Verdeutlichung des in Fig. 11 dargestellten
Verfahrens,
Fig. 15 eine schematische Darstellung der Lagebeziehung zwischen der Drehachse der Schleifscheibe und
der Halbleitervorrichtung beirr. Schleifen längs der Oberfläche der letzteren,
F i g. 16 eine Fig. 15 ähnelnde Darstellung für ein anderes
Ausführungsbeispiel,
Fig. 17 und 20 eine perspektivische Darstellung bzw.
eine Schnittansicht entlang der Linie 20-20 in Fig. 16 zur Verdeutlichung des Verfahrens nach Fig. 16 und
Fig. 18 und 19 in stark vergrößertem Maßstab Teil-Schnittansichten
zur Verdeutlichung der beim Rillenschleifen auf die Schleifscheibe einwirkenden Kräfte.
Im folgenden sind einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in beispielhafter Anwendung auf
ein Haibleiter-GIeichrichtereiement beschrieben.
Wie eingangs erwähnt, wird ein Halbleiter-Gleichrichterelement mit einer ringförmigen (umlaufenden) schrägen Isolierrille versehen, deren Boden zum Zentrum des Gleichrichterelements hin geneigt ist. Eine solche Schrägrille kann auf die nachstehend beschriebene so Weise mittels der Vorrichtung gemäß Fig.3 ausgebildet werden.
Wie eingangs erwähnt, wird ein Halbleiter-Gleichrichterelement mit einer ringförmigen (umlaufenden) schrägen Isolierrille versehen, deren Boden zum Zentrum des Gleichrichterelements hin geneigt ist. Eine solche Schrägrille kann auf die nachstehend beschriebene so Weise mittels der Vorrichtung gemäß Fig.3 ausgebildet werden.
Die Vorrichtung gemäß F i g. 3 umfaßt eine Einrichtung 12 zum Drehen eines Gleichrichterelements sowie
einen Rillenschleifteil 13 mit einer Schleifscheibe 11. Das Gieichrichterelement 1 ist mittels Unterdrucks auf
einen Halter 16 aufgespannt, der über eine in einem Lager 14 geführte Welle 15, eine Riemenscheibe 17,
einen Riemen 21, eine weitere Riemenscheibe 20 und eine (Motor-)Welle 19 mit einem Motor 18 verbunden
ist. Durch den Motor 18 wird das Gleichrichtereiement 1 in Drehung versetzt.
Die Schleifscheibe 11 ist zwischen zwei Flanschen 31a
und 316 verspannt und an einer Welle 30 befestigt. Die
Schleifscheibe 11 besitzt eine kreisrunde Form und eine
sehr geringe Dicke. Die senkrecht zur Schleifscheibe 11 stehende Welle 30 durchsetzt die Schleifscheibe zentral.
Die die Flachseite der Schleifscheibe 11 einschließende
Ebene ist in Richtung auf das Zentrum des Gleichrich-
icrclemcnts 1 schräggcstelll. Zwischen dieser Ebene der
Schleifscheibe 11 und einer auf dem Gleichrichterelement
1 stehenden senkrechten Linie 32 wird dabei ein Winkel λ gebildet, der vorzugsweise etwa 30° beträgt.
Die in einem Lager 29 geführte Welle 30 ist i-iit einem
Motor 28 verbunden, bei dessen Drehung die Schleifscheibe 11 in Drehung versetzt wird.
Der Motor 28 und das Lager 29 sind auf einem Schlri^Vorschubtisch 27 befestigt, der mittels eines Motors
25 in Richtung des Pfeils 26 vorschiebbar und zurückziehbar ist. Der Vorschubtisch 27 ist außerdem in
Richtung des Pfeils 33 frei drehbar, so daß >ler Winkel λ
entsprechend eingestellt werden kann.
Der Schleif-Vorschubtisch 27 ist auf einem Quer-Vorschubtisch
24 montiert, der mittels eines Handrads 22 in Richtung des Pfeils 23 verschiebbar ist, so daß der
Durchmesser der umlaufenden Schrägrille entsprechend eingestellt werden kann. Der Quer-Vorschubtisch
24 ist außerdem senkrecht zur Zeichnungsebene von F i g. 3 bewegbar.
Im Betrieb wird der Quer-Vorschubtisch 24 durch
Drehen des Handrades 22 in eine vorgesehene Stellung gebracht. Die Schrägstellung des Schleif-Vorschubtisches
27 wird zur Erzielung eines vorbestimmten Winkels ix eingestellt. Unter diesen Bedingungen werden die
Motoren 18 und 28 zum Drehen des Gleichrichterelements 1 und der Schleifscheibe 11 eingeschaltet. Mittels
des Motors 25 wird der Schleif-Vorschubtisch 27 gegen das Gleichrichterelement 1 zugestellt. Dabei greift die
Schleifscheibe 11 am Gleichrichterelement 1 an, um in
diesem die umlaufende Schrägrille 2 auszubilden. Die um tiefende Schrägrille 2 ist daher ersichtlicherweise
mit ihrem Boden bzw. ihrer Sohle zum Zentrum des Glcichrichierelements I hin schräggestellt.
Beim Einstechen der Schrägrille in das Gleichrichterelement 1 kann die Schleifscheibe 1 1 mittels des Vorschubtisches
27 mit konstanter Geschwindigkeit zugestellt werden. Die Schrägrille 2 läßt sich jedoch vorteilhafter
dann ausbilden, wenn die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit wie folgt gesteuert wird. Die Vorschubgeschwindigkeit
wird auf einer niedrigen Größe gehalten, bis die Schleifscheibe 11 am Gleichrichterelement 1 angreift,
sowie während einer Zeitspanne nach der Berührung zwischen Schleifscheibe U und Gleichrichterelenient
1. Anschließend wird die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit zum Schleifen des Hauptteils der Schrägrille
2 erhöht. Zum Fertigschleifen des Bodens bzw. der Sohle der Schrägrille 2 wird anschließend die Vorschubgeschwindigkeit
wieder verringert. Kurz gesagt, das Schleifen der Schrägriile erfolgt unter zweimaliger Änderung
der Schleif-Vorschubgeschwindigkeit von langsam auf schnell und wieder auf langsam.
Diese Arbeitsweise ist nachstehend in Verbindung mit einer flachen bzw. dünnen Schleifscheibe näher erläutert.
Die Vorschubgeschwindigkeit des Schleif-Vorschubtisches 27 wird in einem im folgenden als »Primär-Schleifbereich«
bezeichneten Bereich niedrig gehalten, unmittelbar bevor die Schleifscheibe 11 am Gleichrichterelemeni
1 angreift und bis beide Seitenflächen der Schleifscheibe 11 am Gleichrichterelement 1 angegriffen
haben. Auf diese Weise kann ein Durchbiegen der Schleifscheibe 11 vermieden werden, das durch eine die
Steifheit der Schleifscheibe 11 übersteigende Querkraftkomponente hervorgerufen wird, welche auf die Schleifscheibe
11 bei deren Angriff an der Oberfläche des Halbleiterelements 1 in der in F i g. 4 durch den Pfeil 50
angedeuteten Richtung einwirkt Durch dieses Vorgehen wird die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert, während
gleichzeitig auch die Betriebslebensdauer der Schleifscheibe 11 verlängert wird.
Anschließend wird zum Schleifen des Hauptteils der Schrägrille 2 (im folgenden als »Hauptschleifbereich«
bezeichnet) die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit erhöht. Der Grund hierfür liegt in einer erhöhten Arbeitsleistung.
Wenn die Schrägrille 2 bei konstant bleibender Schleif-Vorschubgeschwindigkeit eingestochen wird,
erhöht sich der Schleifwiderstand mit zunehmender
ίο Schleiftiefe. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sich
gemäß F i g. 5 mit zunehmender Schleif- bzw. Schnittiefe die durch die Schleifscheibe 11 pro Zeiteinheit abgetragene
Materialmenge des Gleichrichterelements vergrößert. Wenn im Hauptschleifbereich mit konstanter
Geschwindigkeit gearbeitet wird, besitzt die Vorrichtung bei der Bearbeitung des Anfangsteils des Hauptschleifbereichs
noch Reserveleistung. Die Vorrichtung muß nämlich genügend Leistung besitzen, um die
Schrägriile vollständig schleifen zu können und dabei
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«-ton WiriArctQ rtri K<»t Ηργ ReorKeif nun riar t^ns-ttoilr αΪλ«·
Hauptschleifbe/eichs, in welchem der Schleifwiderstand
ansteigt, zu überwinden. Wenn daher die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit
kontinuierlich oder stufenlos geändert wird, um den Widerstand bei der Bearbeitung
des Hauptschleifbereichs konstant zu halten, kann die Vorrichtung in optimaler Weise eingesetzt werden.
Wenn die Tiefe der eingestochenen Schrägrille 2 ihre
vorgegebene Tiefe bis auf einige 10 μπι erreicht hat,
wird die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit zum Fertigschleifen der Schrägrilie 2 wiederum verringert. Der in
dieser Phase bearbeitete Bereich der Schrägrille wird im folgenden auch als »Endschleifbereich« bezeichnet.
Wie erwähnt, erhöht sich bei gleichbleibender Schleif-Vorschubgeschwindigkeit der Schleifwiderstand mit zunehmender
Schnittiefe. Bei der Ausbildung der Schrägrille 2 mit gleichbleibender Vorschubgeschwindigkeit
tritt daher der größte Schleifwiderstand in der Endphase des Schleifvorgangs auf. Dabei können Bearbeitungsfehler,
wie Abbröckeln der Schichten, Brüche und Risse, in der Oberfläche der Schrägrille 2 hervorgerufen werden.
Das Auftreten dieser Bearbeitungsfehler wird vermieden, wenn im Endschleifbereich mit niedriger Vorschubgeschwindigkeit
gearbeitet wird.
Die beschriebene Steuerung der Schleif-Vorschubgeschwindigkeit
ist in den F i g. 6 und 7 graphisch veranschaulicht, in denen mit X, Yund Z die Primär-, Hauptbzw.
Endschleifbereiche bezeichnet sind.
Für die Ausbildung einer Isolier-Schrägrille in einem
Gleichrichterelement nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird anstelle einer flachen Schleifscheibe die
in F i g. 8 dargestellte Schleifscheibe verwendet. Diese Schleifscheibe besteht aus einer kegelstumpfförmigen
bzw. konischen Schleifscheibe 1 16 sowie einer an deren
Basis angebrachten flachen Schleifscheibe lla. Der Radius der flachen Schleifscheibe Ha ist geringfügig größer
als derjenige der konischen Schleifscheibe 116. Die flache Schleifscheibe lla steht daher mit einem Vorstand
(d) über den Umfang der konischen Schleifscheibe 116 hinaus vor (vgl. F i g. 8). Der Abstand bzw. Vorstand
(O^ liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 500 μπι. Die
flache Schleifscheibe 1 la besitzt vorzugsweise eine Dikke von 15 bis 125 μπι. während die konische Schleifscheibe
116 vorzugsweise 0,2 bis 1 mm dick ist. Bevorzugt ist die flache Schleifscheibe Ha etwa 50 um dick,
während die konische Schleifscheibe 116 eine Dicke von
etwa 450 μπι besitzt. Der zwischen der Erzeugenden (Mantellinie) und der Basis der konischen Schleifscheibe
116 festgelegte Winkel β ist vorteilhaft kleiner als 60°
und beträgt bevorzugt etwa 35°. Die flache Schleifscheibe 11a kann an der konischen Schleifscheibe 116 mit
Hilfe eines Klebmittels befestigt sein. Die beiden Schleifscheiben 11 a und 11 b können jedoch auch gemäß
F i g. 9 in der Weise miteinander verbunden sein, daß sie zwischen zwei Flansche 31 a und 31 b eingefügt und mittels
einer Mutter 34 verspannt sind. Bei dieser Anordnung braucht nur die flache Schleifscheibe 1 la, wenn sie
abgenützt ist.diirch eine neue ersetzt zu werden.
Bei Verwendung dieser Doppelschleifscheibe kann die umlaufende Schrägrille ebenfalls auf die anhand von
Fig. 3 beschriebene Weise ausgebildet werden. In diesem Fall wird die kombinierte Schleifscheibe so eingesetzt,
daß ihr flacher Schleifscheibenteil 11 a einer senkrecht
durch das Zentrum des Halbleiterelements 1 verlaufenden Linie 41 (vgl. F i g. 9) zugewandt ist. Bei Verwendung
dieser Doppelschleifscheibe wird die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit bevorzugt ebenfalls auf vorher
beschriebene Weise gesteuert.
Wie bereits in Verbindung mit F i g. 1 erläutert, wird die Spannungsaushalteigenschaft bzw. Spannungsbeständigkeit
des Halbleiter-Gleichrichterelements um so größer, je größer die Breite Wder Rillenöffnung und je
kleiner der Krümmungsradius R am Rillenboden ist. Gemäß Fig.8 erhält die öffnung der Schrägrille bei
Verwendung dieser Doppelschleifscheibe eine große Breite, weil der konische Schleifscheibenteil 11 b die Rillenöffnung
zu einer größeren Breite ausschleift. Da der Rillenboden durch die dünne flache Schleifscheibe Ua
geschliffen wird, erhält er einen kleineren Krümmungsradius. Außerdem steht der flache Schleifscheibenteil
lla mit dem Abstand bzw. Überstand (d) über den Umfang
des konischen Schleifscheibenteils Wb hinaus vor, so daß der Krümmungsradius am Rillenboden auch bei
abgenützter flacher Schleifscheibe lla klein bleibt. Wenn daher die isolierende Schrägrille mittels dieser
Doppelschleifscheibe im Halbleiter-Gleichrichterelement ausgebildet wird, kann dieses eine größere Spannungsbeständigkeit
besitzen.
Bei Verwendung dieser Doppelschleifscheibe zur Ausbildung der Schrägrille wirken gemäß F i g. 8 Kraftkomponenten
Fx und Fy auf die flache Schleifscheibe 11 a ein. Die Kraftkomponente Fx hat einen großen Einfluß
auf die Betriebslebensdauer der Schleifscheibe, doch da der flache Schleifscheibenteil lla bei der Doppelschleifscheibe
durch den konischen Schleifscheibenteil Wb unterstützt ist, wird ein Bruch des flachen
Schleifscheibenteils lla auch dann verhindert, wenn er
einer vergleichsweise großen Kraftkomponente Fx unterworfen ist. Da sich der Krümmungsradius am Rillenboden
auch bei abgenützter flacher Schleifscheibe lla nicht wesentlich vergrößert, besitzt die Schleifscheibe
insgesamt eine längere Betriebslebensdauer.
Da die Öffnungsbreite der Schrägrille durch den konischen Schleifscheibenteil allein erweitert wird, erhält
das Gleichrichterelement eine höhere Spannungsbeständigkeit als dann, wenn die Schrägrille mittels der
flachen Schleifscheibe allein ausgebildet wird. Wird jedoch die konische Schleifscheibe allein verwendet, vergrößert
sich der Krümmungsradius am Rillenboden. Außerdem vergrößert sich dieser Krümmungsradius am
Rillenboden zunehmend stärker mit sich abnützender Schleifscheibe. Die Betriebslebensdauer einer solchen
Schleifscheibe ist daher entsprechend kurz.
Die Kurve -Y in F i g. 10 veranschaulicht die Änderung
des Krümmungsradius R am Rilienboden im Fall der
Ausbildung von Schrägrillen in mehreren Halbleiter-Gleichrichterelementen unter Verwendung der Doppelschleifscheibe.
Die Kurve Yin Fig. 10 steht für die
entsprechendeil Ergebnisse bei Ausbildung der Schrägrillen nur mittels der konischen Schleifscheibe. Wie aus
Fig. 10 hervorgeht, bleibt der Krümmungsradius R bei
Verwendung der Doppelschleifscheibe auch dann klein, wenn diese Doppelschleifscheibe fortlaufend für die
Ausbildung einer Vielzahl von Schrägrillen eingesetzt wird.
Bei Verwendung der Doppelschleifscheibe wird üblicherweise der flache Schleifscheibenteil lla auf die in
F i g. 8 dargestellte Weise in Berührung mit der inneren Rillenflanke 2a an der dem Zentrum des Gleichrichterelements
zugewandten Seite gehalten (der in Fig.8 zwischen dem flachen Schleifscheibenteil lla und der
Rillenflanke 2a dargestellte Zwischenraum dient nur der besseren Veranschaulichung; in der Praxis stehen
Schleifscheibenteil und Rillenflanke stets in gegenseitiger Berührung). Bevorzugt erfolgt jedoch gemäß
Fig. 11 die Bearbeitung unter Einhaltung eines HinierschTeifwinkels
γ zwischen dem flachen Schleifscheibenteil lla und der inneren Rillenflanke 2a. Dieser Hinterschleifwinkel
^kann in der Größenordnung von einigen Bogen-Sekunden bis zu zu mehreren Graden liegen. Bei
der Bearbeitung auf diese Weise wird Reibung zwischen flachem Schleifscheibenteil 1 la und innerer Rillenflanke
2a vermieden. Infolgedessen können geplatzte Schichten 35, Mikrorisse und Absplitterungen 36 (vgl. F i g. 12),
die aufgrund der Reibung an der Rilleninnenflankc 2a auftreten können, vollständig vermieden werden. Das
Ergebnis wird auch die Spannungsbeständigkeit des Gleichrichterelements verbessert, während zudem auch
der flache Schleifscheibenteil lla eine längere Betriebslebensdauer erhält. Bei der Bearbeitung unter Einhaltung
des Hinterschleifwinkels γ zwischen Schleifscheibenteil Ha und Rilleninnenflanke 2a wird — wie aus
F i g. 11 hervorgeht — die Reibung zwischen dem konischen Schleifscheibenteil Wb und der äußeren Rillenflanke
etwas größer. Von Bedeutung für die Eigenschaften des Gleichrichterelements ist jedoch nur der Zustand
der inneren Rillenflanke 2a. Die Eigenschaften des Gleichrichterelements sind daher nicht von· geplatzten
Schichten und Mikrorissen, die durch Reibung an der äußeren Rillenflanke hervorgerufen werden, abhängig.
Anstatt zu sagen, daß die Bearbeitung unter Einhaltung des Hinterschleifwinkels y zwischen flachem
Schleifscheibenteil 1 la und innerer Nutflanke 2a erfolgt, kann auch gesagt werden, daß die Schleifrichtung der
Schleifscheibe gemäß Fig. 13 unter dem Winkel ^gegenüber einer Ebene 37, welche die flache Oberseite der
Schleifscheibe 11 einschließt, zur Außenseite des Gleichrichterelements hin versetzt ist, so daß die Bearbeitung,
genauer gesagt mit Vorschubbewegung der Schleifscheibe 11 in der Richtung 38 gemäß F i g. 13 erfolgt
Eine solche Bearbeitung kann mit der anhand von Fig.3 beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden.
Die Schleifscheibe 11 kann nämlich so zugestellt bzw. vorgeschoben werden, daß ihre Welle 30 in einer
Richtung 39 schräggestellt ist, die unter dem Winkel y gegen der senkrecht zur Schleif-Vorschubrichtung 26
verlaufenden Richtung 40 verschoben ist (vgl. F i g. 14).
Gemäß F i g. 15 kann das Gleichrichterelement 1 bearbeitet werden, indem sich die Welle 30 der Schleifscheibe
11 und die Welle oder Achse 41 des Gleichrichterelements
1 auf derselben Ebene drehen, wobei jedoch die Drehachse 41 des Gleichrichterelements 1
senkrecht zur Zeichnungsebene steht. In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist jedoch
die Achse der Welle 30 der Schleifscheibe 11 in einem
Abstand H gegenüber einer Ebene versetzt, die gemäß Fi g. 16 parallel zur Welle 30 verläuft und die Drehachse
41 des Glcichrichterelemcnts 1 einschließt. Der Abstand H liegt im Bereich von einigen μιη bis zu mehreren
Millimetern. Das Gleichrichterelement 1 wird ;n Richtung
des Pfeils 42 in Drehung versetzt, während sich dabei die Schleifscheibe 11 vorzugsweise in Richtung
des Pfeils 43 dreht. Bei dieser Anordnung ist die Welle 30 der Schleifscheibe 11 um den Abstand H gegenüber
der Ebene, die parallel zur Welle 30 verläuft und die Drehachse 41 des Gleichrichterelements 1 einschließt,
entgegengesetzt zu der Richtung versetzt, in welcher sich das Gleichrichterelement 1 an seiner Berührungsstelle mit der Schleifscheibe ti dreht. Vorzugsweise
dreht sich dabei die Schleifscheiben derart, daß sie am Angriffs- bzw. Berührungsteil mit dem Gleichrichterelement
1 gleichsinnig zu diesem läuft. Diese Beziehung geht besonders aus der perspektivischen Darstellung
von Fig. 17 hervor.
Bei der Bearbeitung auf diese Weise werden die Bearbeitungsgen.yigkeit
verbessert und die Betriebslebensclauer der Schleifscheibe verlängert. Der Grund hierfür
ist folgender: Wenn sie bei der Bearbeitung des Gleichrichterelements 1 die Welle 30 der Schleifscheibe 11 und
die Drehachse 41 des Gleichrichterelements 1 gemäß Fig. 15 auf derselben Ebene drehen, wirkt eine in
Fig. 18 durch den Pfeil 47 angedeutete Kraftkomponente
Fauf das Ende bzw. die Kante des flachen Schleifscheibenteils 11a an der Schnittseite der Schleifscheibe
11 (bzw. der Seite 45 gemäß Fig. 15) ein, weil sich das
Gleichrichterelement 1 in Richtung des Pfeils 42 dreht. Da jedoch der flache Schleifscheibenteil 11a durch den
konischen Schleifscheibenteil Wb starr unterstützt ist und daher eine hohe Steifheit besitzt, besteht praktisch
keine Gefahr für einen Bruch des flachen Schleifscheibenteils 11a. Andererseits wirkt eine Kraftkomponente
F' in der in Fig. 19 durch den Pfeil 48 angedeuteten Richtung auf das Ende bzw. die Kante des flachen
Schleifscheibenteils 11a an seiner Späneauswurfseite (bzw. Seite 46 gemäß Fig. 15) ein, an welcher die
Schleifscheibe aus dem Gleichrichterelement 1 austritt. Die Wirkungsrichtung der Kraftkomponente F' entspricht
in diesem Fall der Richtung, in welcher sich der flache Schleifscheibenteil lla vom konischen Schleifscheibenteil
Wb lösen kann. Die Schleifscheibe besitzt an dieser Stelle daher eine geringe Festigkeit bzw. Steifheit
und ist deshalb bruchanfällig.
Bei dem in F i g. 16 dargestellten Ausführungsbeispiel ist dagegen die Welle 30 der Schleifscheibe 11 entgegengesetzt
zur Drehrichtung des Gleichrichterelements 1 an dessen Berührungspunkt mit der Schleifscheibe 11
versetzt. Die Schleifscheibe 11 steht daher an ihrer Späneauswurfseite
20' nicht mit dem Gleichrichterelement 1 in Berührung, so da3 die Schrägrille 2 gemäß F i g. 20
nur an der Schnittseite 20 eingestochen wird. Wie aus Fig.20 hervorgeht, ist zwischen der Schleifscheibe 11
und dem Gleichrichterelement 1 an der Späneauswurfseite 20' ein Freiraum 49 vorhanden. Aus diesem Grund
ist der flache Schleifscheibenteil lla praktisch keiner
Kraftkomponente, wie sie durch den Pfeil 48 in F i g. 19 angedeutet ist, in der Richtung unterworfen, in welcher
sich der flache Schleifscheibenteil lla vom konischen Schleifscheibenteil 116 trennen könnte, so daß ein
Bruch der gesamten Schleifscheibe 11 vermieden und damit ihre Betriebslebensdauer erhöht wird. Da der
Freiraum 49 an der Späneauswurfseite vorhanden ist, können die Schleifspäne ohne weiteres ausgeworfen
werden, während Schieifwiderstand und Bearbeitungsbzw. Reibungswärme herabgesetzt werden. Dies trägt
ebenfalls ζ ι einer Verlängerung der Betriebslebensdauer
der Schleifscheibe 11 bei.
Wenn die Schleifscheibe 11 in der Weise in Drehung
versetzt wird, daß sich ihr Angriffs- bzw. Berührungsteil mit dem Gleichrichterelement 1 in dieselue "Richtung
bewegt, in welcher sich das Gleichrichterelement 1 an diesem Berührungsteil dreht, erfolgt der Schleifvorgang
in einem Zustand, in welchem die (Schleif-/Teilchen der
ίο Schleifscheibe sich in einer an das Gleichrichterelement
1 andrückenden Richtung bewegen, so daß das Auftreten der erwähnten Bearbeitungsfelder an der inneren
Rillenflanke unterdrückt wird. Die Spannungsaushalteigenschaft des Gleichrichterelements 1 kann daher sieher
verbessert werden.
Obgleich vorstehend nur einige derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und beschrieben
sind, sind dem Fachmann innerhalb des Rahmens der Erfindung selbsverständlich verschiedene Ab-Wandlungen
und Änderungen möglich. Abgesehen von dem vorstehend als Beispiel für eine Halbleitervorrichtung
angesprochenen Halbleiter-Gleichrichterelement ist das erfindungsgemäße Verfahren offensichtlich auch
auf andere Halbleitervorrichtungen, beispielsweise auf Großtransistoren kreisförmiger Gestalt, die aus einem
einzigen Halbleiterplättchen gebildet sind, anwendbar.
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
Claims (23)
1. Verfahren zur Ausbildung einer kreisförmigen Schrägriiie in der Oberfläche einer Halbleitervorrichtung,
bei welchem die Halbleitervorrichtung (1) um eine Achse (41) in Drehung versetzt wird, die
durch das Zentrum ihrer Oberfläche, in welcher die Schrägrille (2) ausgebildet werden soll, und senkrecht
dazu verläuft, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Schleifscheibe (11) verwendet wird, die einen ersten, kegelstumpfförmigen Schleifscheibemeil
(116,) und einen zweiten Schleifscheibenteil (Ha) aufweist, der eine flache scheibenartige Form
besitzt, der an der Basisfläche des ersten Schleifscheibenteils (lib)angebracht ist und dessen Durchmesser
größer ist als derjenige der Basisfläche des ersten Schleifscheibenteils (116Jl und daß das Einstechen
der Schrägrille (2) in die Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1) mittels der Schleifscheibe (11)
in der Werse durchgeführt wird, daß der zweite Schleifscheibenteil (11 a) der vom Zentrum der Oberfläche
der Halbleitervorrichtung ausgehenden senkrechten Linie zugewandt ist
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe (11) bei -Jer Bearbeitung der
Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1) zweimal geändert wird, derart, daß sie unmittelbar vor und
unmittelbar nach dem Angriff der Schleifscheibe (11)
an der Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1) niedrig, soda,in beim Schleifen des Hauptteiis der
Schrägrille (2) hoch und sehnlich beim Schleifen
des Bodens der SchrägriJ'e (2) wieder niedrig ist.
3. Verfahren nach Anspruch % dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleif-Vorschubgeschwindigkeit beim Einstechen des Hauptteiis der Schrägriiie (2)
kontinuierlich geändert wird, um den Schleifwiderstand konstant zu halten.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mantellinie
und der Basisfläche des ersten Schleifscheibenteils (11 ty ein Winkel kleiner als 60° festgelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 35° beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (11)
beim Vorschieben längs einer ihrer Kreisfläche einschließenden Ebene gegen die Halbleitervorrichtung
(1) bewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstechen der
Schrägrüle in die Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1) mittels der Schleifscheibe (11) unter Festlegung
eines Hinterschleifwinkels (γ) zwischen dem zweiten Schleifscheibenteil (11 a; und der Innenflanke
(2a) der Schrägriiie (2) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub der Schleifscheibe (11)
gegen die Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1) in einer Richtung erfolgt, die um den Hinterschleif·
winkel (y) außerhalb der Oberfläche der Halbleitervorrichtung
(1) geget über der die Kreisfläche der Schleifscheibe (U) einschließenden Ebene versetzt
ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (39) der Schleifscheibe
(11) um den Hinterschleifwinkel ^gegenüber einer
45
3C-
65 Richtung versetzt ist, die senkrecht zur Schleif-Vorschubrichtung
(26) der Schleifscheibe (11) verläuft.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hinterschleifwinkel
(γ) im Bereich von mehreren Bogensekunden bis zu mehreren Graden liegt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (30) der Schleifscheibe (11) und die Drehachse (41) csr Halbleitervorrichtung
(1) auf einer gemeinsamen Ebene liegen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (30) der Schleifscheibe (11) In einer Position liegt, die von
einer Ebene, die parallel zur Drehachse (30) der Schleifscheibe (11) verläuft und die Drehachse (41)
der Halbleitervorrichtung (1) einschließt, zu der von der Bewegungsrichtung der Halbleitervorrichtung
(I) an ihrer Berührungsstelle mit der Schleifscheibe
(II) abgewandten Seite versetzt ist
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Versatz im Bereich von mehreren Mikrometern bis zu mehreren Millimetern liegt
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (11) in der Weise in Drehung versetzt wird, daß sich ihre Berührungsstelle
mit dsr Halbleitervorrichtung (1) in dieselbe
Richtung bewegt, in welcher sich die Halbleitervorrichtung (1) an der Berührungsstelle bewegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (U)
um etwa 30° gegenüber einer von der Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1) ausgehenden senkrechten
Linie schräggestellt wird.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit einer Einrichtung
(16) zur konzentrischen Halterung der Halbleitervorrichtung (1) auf einer Achse (41)
zwecks Drehung um diese Achs?, dadurch gekennzeichnet, daß eine kreisförmige 'Räche besitzende
Schleifscheibe (11) vorgesehen is,t, die von einer das
Zentrum der Kreisfläche durchsetzenden und senkrecht zu dieser verlaufenden antreibbaren Welle (30)
getragen ist derart, daß die die Kreisfläche der Schleifscheibe (11) einschließende Ebene zum Zentrum
der Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1), in welcher die Schrägriiie (2) ausgebildet werden
soll, schräggestellt ist, die Schleifscheibe (11) einen ersten, kegelstnmpfförmigen Schleifscheibenteil
(llty und einen zweiten, scheibenförmigen Schleifscheibenteil
(1 la; umfaßt, der an der Basisflächc des
ersten Schleifscheibenteils (Unangebracht ist und einen größeren Durchmesser besitzt als diese Basisfläche,
der zweite Schleifscheibenteil (11 ajder Drehachse
(41) der Halbleitervorrichtung (1) zugewandt ist, und daß eine Einrichtung (25) vorgesehen ist zum
Verschieben der Welle (30) der Schleifscheibe (11) in Richtung auf die Halbleitervorrichtung (1).
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schleifscheibenteil (1 \b)
eine Dicke von 0,2 bis 1 mm besitzt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Schleifscheibenteil (llajeine Dicke von 15 bis 125 μηι besitzt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Mantellinie
und die Basisfläche des ersten Schleifscheibenteils (1 !^gebildete Winkel kleiner ist als 60°.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Winkel 35° beträgt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis
20, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius des
zweiten Schleifscheibenteils (Ha) um 50 bis 500 μΐη
größer ist als derjenige der Basisfläche des ersten Schleifscheibenteils (Hk), so daß der Außenumfang
des zweiten Schleifscheibenteils (HaJ um 50 bis 500 μπι über den Außenumfang des ersten Schleifscheibente'Js
(11 b) hinaus vorsteht.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis
21, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kreisfläche
dtr Schleifscheibe (11) einschließende Ebene um 30°
gegenüber einer von der Oberfläche der Halbleitervorrichtung (1) ausgehenden senkrechten Linie
schräggestellt ist
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis
22, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schleifscheibenteile
zur Anbringung des ersten Schleifscheibenteils (Wb) am zweiten Schleifscheibenteil
(Ha) auf einer gemeinsamen drehbaren Welle (30) zwischen zwei Flanschen (3ta und 31 b)gegeneinander
verspannt sind.
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, KAWASAKI, KANAGAWA, JP |
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