[0001] Die Erfindung betrifft eine Innenlochsäge zum Abtrennen dünner Scheibenvoneinem
Stab beispielsweise aus monokristallinem Silizium, die aus einem dünnen, in seiner
Mitte mit einem Innenloch versehenen kreisförmigen Kernblatt besteht, das in dem
Randbereich des Innenloches einen Belag aus Diamant-, Bornitrid - oder anderen Hartstoffkörnern
mit einer Bindung trägt.
[0002] Derartige Innenlochsägen finden insbesondere Anwendung in der Elektronikindustrie
zum Abtrennen von sogenannten "Wafers", das heißt extrem dünnen Scheiben von einem
monokristallinem Siliziumstab, wie sie insbesondere Verwendung finden für die Herstellung
sogenannter Chips. Die Innenlochsägen besitzen dafür ein Kernblech, das eine Dicke
aufweist von beispielsweise lediglich 0,15 mm bzw. 150 um, das im Zentrum ein Loch
aufweist, dessen Kante rundherum mit einem Belag versehen ist, in dem in dichter
Anordnung Diamantkörner eingebettet sind. Bei bekannten Innenlochsägen besteht die
Bindung der Diamantkörner aus einem galvanisch aufgetragenen Metallbelag, wobei es
sich vorzugsweise um eine Nickelmatrix handelt. Die Anordnung des Hartstoffbelages
ist dabei nicht beschränkt auf die zylinderförmige Lochinnenkante. Vielmehr erstreckt
sich der Diamantbelag auf beiden Seiten des Kernblattes an den an das Loch anschließenden
Randzonen in einer Breite von etwa 2 mm.
[0003] Für eine Benutzung einer derartigen Innenlochsäge wird das dünne Kernblatt in einem
Spannring eingespannt, um eine hohe Steifigkeit hervorzurufen. Ein solcher Spannring
ist in einer Maschine angeordnet, von der er beim Betrieb der Innenlochsäge in eine
schnelle Rotation versetzt wird. Der Abstand vom Rand des Innenloches bis zum Spannring
muß dabei mindestens so groß gewählt sein, daß sich Stäbe mit entsprechender Durchmessergröße
schneiden lassen. Als Vorteil solcher Sägen ergibt sich, daß mit ihnen geringe Schnittbreiten
zu erzeugen sind und damit nur ein geringer Materialverlust des zu sägenden Materials.
Das ist von besonderem Vorteil bei der Bearbeitung kostspieliger Werkstoffe wie
monokristalliner Halbleitermaterialien.
[0004] Neben monokristallinem Silizium lassen sich jedoch naturgemäß auch andere Materialien
verarbeiten und zwar insbesondere sprödharte Werkstoffe wie z. B. Keramik, Quarzglas,
Glas, Mineralien aber auch Metalle.
[0005] Einer Anpassung bekannter Innenlochsägen an den jeweils zu bearbeitenden Werkstoff
sind jedoch enge Grenzen gesetzt, wenn die Hartstoffkörner, bei denen es sich überwiegend
um Diamantkörner handelt, in bekannter Weise galvanisch gebunden sind.
[0006] So ist einerseits die reproduzierbare Einstellung unterschiedlicher Diamantkonzentrationen
erschwert, das heißt mit anderen Worten daß es schwierig ist, bei einer galvanischen
Bindung der Diamantkörner unterschiedliche Diamantkonzentrationen in der Nickelmatrix
auszunutzen, um dadurch die Säge dem zu bearbeitenden Material anzupassen bzw. hohe
Diamantkonzentrationen oder sehr niedrige Konzentrationen auszunutzen.
[0007] Darüber hinaus sind die mechanischen sowie thermischen Eigenschaften einer galvanischen
Bindungsmatrix nur in engen Grenzen zu variieren. Das wirkt sich unter anderem stark
aus auf den Schärfezustand von Innenlochsägen. Die Diamantkörner werden zwar in einer
galvanischen Bindung gut gehalten bei einem relativ geringen Bindungsverschleiß.
Nach einer gewissen Einsatzzeit stumpft jedoch ein Teil der Diamantkörner durch Verschleiß
ab, so daß die Säge geschärft werden muß in dem Sinne, daß Diamantkörner freigelegt
werden. Bei diesem Vorgang werden stumpfe Diamantkörner herausgerissen und die galvanische
Bindung soweit zurückgesetzt, daß scharfkantige Diamantkörner freigelegt werden.
Der Nachteil liegt dabei jedoch darin, daß bei diesen Sägen der Schärfezustand nicht
über eine längere Zeit konstant ist und damit nicht eine kontinuierliche Wirkung
gewährleistet ist. Hinzu kommen als Nachteile der erhöhte Zeitaufwand durch Schärfen
und die Verminderung der Standzeit infolge der Entfernung von ansich noch brauchbaren
Diamantkörnern.
[0008] Bei Innenlochsägen treten somit besondere Probleme auf, weil sie gedehnt werden müssen
für ihren Einsatz, im Gegensatz zu normalen Schleifscheiben, bzw. Außensägen, bei
denen nicht derartige Eigenspannungen oder Dehnungen infolge einer Einspannung auftreten.
[0009] Bisher erschien es deshalb nicht möglich, im Bereich des Innenloches einer Innenlochsäge
eine Kunststoffbindung vorzusehen, die ausreichende Eigenschaften aufweist, denn
ein solcher Kunststoff muß einerseits geeignet sein für eine ausreichende Halterung
der Diamantkörner und außerdem für einen sogenannten Selbstschärfeprozeß, das heißt
für eine Zurücksetzung der Bindung gegenüber den Diamantkörnern beim Einsatz. Unabhängig
davon muß jedoch der Kunststoff eine ausreichende Dehnfähigkeit aufweisen und eine
besonders hohe Temperaturwiderstandsfähigkeit, das heißt er darf einerseits nicht
weich werden beim Einsatz, während er sich andererseits zurücksetzt zum Zwecke der
Schärfung bzw. der fortlaufenden Selbstschärfung. Eine solche Zurücksetzung darf
jedoch nicht infolge einer Er weichung stattfinden, sondern durch die mechanische
Beanspruchung der Oberfläche des Kunststoffes.
[0010] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Innenlochsäge zu schaffen, die sich in ihren mechanischen
und thermischen Eigenschaften gezielt den zu bearbeitenden Werkstoffen und unterschiedlichen
Einsatzbedingungen anpassen läßt und die nicht die mit einem häufigen Nachschärfen
verbundenen Nachteile mit sich bringt. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß
die Hartstoffkörper in einer hochtemperaturfesten Kunstharzbindung eingebettet sind,
die durch ein Gießen oder Pressen auf das Kernblatt aufgebracht ist, wobei die Belaghaftung
auf dem Kernblatt durch eine mechanische Verankerung unterstützt ist, und das Kunstharz
eine Bruchdehnung von mehr als 2 %, eine Zugfestigkeit von als 20 N/mm² und eine
Glasübergangstemperatur von 200 bis 400°C aufweist.
[0011] Der Einsatz eines derartigen hochtemperaturfesten Kunstharzes als Bindung für die
Diamantkörner hat nicht nur den Vorteil, die beim Spannen der Säge auftretende Dehnung
des Kernblattes rißfrei und ohne ein Ablösen vom Kernblatt zu ertragen infolge einer
hohen Dehnbarkeit und einer großen Zugfestigkeit. Ein weiterer wesentlicher Vorteil
liegt vielmehr in dem Umstand, daß sich eine solche Säge beim Gebrauch selbst schärft
durch eine Zurücksetzung des Bindungsmaterials bei seiner Beanspruchung, so daß die
mit einem Nach schärfen verbundenen Nachteile entfallen.
[0012] Dabei handelt es sich vorzugsweise um Epoxyharze, Polyimide, flexibilisierte Phenolharze.
[0013] Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Innenlochsäge lassen sich den zu bearbeitenden
Werkstoffen im übrigen anpassen durch die Verwendung von Füllstoffen aus metallischen
oder nichtmetallischen Materialien, wobei ein ausreichender Halt der Diamant- oder
anderer Hartstoffkörner beeinflußt werden kann, in dem die Körner mit einem Überzug
aus einem metallischen oder nichtmetallischen Material versehen sind. Die Zusatzstoffe
können sich im übrigen als zweckmäßig zeigen für eine ausreichende Beständigkeit des
Kunstharzes gegenüber den üblicherweise verwendeten Kühlmitteln beim Einsatz der Innenlochsägen,
bei denen es sich in der Regel um Wasser handelt mit einem alkalischen oder sauren
Zusatz.
[0014] Beim Auftragen des Hartstoffkornbelages im Preßverfahren wird der Belag in pulverförmiger
Form auf dem Kernblatt aufgetragen. Danach werden beide gemeinsam erhitzt, wobei das
Pulver gleichzeitig verpreßt wird bei einer Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur
des gewählten Harzes. Demgegenüber wird beim Gießverfahren der Belag in flüssigem
Zustand innerhalb einer Form auf dem Kernblatt vergossen, wie es insbesondere möglich
ist bei Verwendung von Epoxyharzen.
[0015] Darüber hinaus kann aber auch als Alternative eine nachträgliche Befestigung eines
vorgefertigten Belages auf dem Kernblatt vorgesehen sein. Ein solche Befestigung
kann unter Ausnutzung eines Klebers erfolgen, der aus zwei Komponenten besteht.
[0016] Durch die Verwendung von Füllstoffen lassen sich beispielsweise die Zugfestigkeit
oder die Bruchdehnung beeinflussen. Dafür kommen faserartige bzw. nadelförmige Materialien
wie beispielsweise Glas-, Kohle- oder Metallfasern in Betracht.
[0017] Durch metallische Füllstoffe läßt sich die Wärmeleitfähigkeit beeinflussen und durch
die Verwendung von Trockenschmierstoffen wie beispielsweise Graphit oder Polytetrafluoräthylen
(PTFE) der Reibungskoeffizient reduzieren. Um neben der vorteilhaften Dehnbarkeit
des Belages auch seine ausreichende Haftung auf dem Kernblatt sicher zu stellen,
kann eine mechanische Verklammerung bzw. Verankerung ausgenutzt werden durch die
Anordnung von Löchern im Kernblatt, welche zu einer Brückenbildung zwischen den beiden
Belagseiten führt oder durch die Anordnung von Nuten im Kernblatt. Daneben ist ein
Verkleben möglich wie auch eine Haftung durch eine chemische Raktion mit dem Kernblattmaterial
und zwar insbesondere unter der Voraussetzung, daß das Kernblatt ebenfalls aus einem
faserverstärktem Kunststoff besteht.
[0018] Die Haftung des Belages wird im übrigen verbessert durch ein vorausgehendes Aufrauhen
des Kernblattes. Dies kann erfolgen mechanisch beispielsweise durch Sandstrahlen oder
Schleifen. Stattdessen kann ein chemisches Aufrauhen erfolgen durch den Einsatz von
Säuren oder durch ein elektrolytisches Ätzen.
[0019] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung
erläutert.
[0020] In der Zeichnung zeigen:
Figur 1: eine Innenlochsäge im Teilausschnitt mit einem Siliziumstab;
Figur 2: eine Innenlochsäge im Teilausschnitt mit einer mechanischen Verklammerung des Belages;
Figur 3: eine Innenlochsäge in der Seitenansicht mit Bohrungen im Innenlochbereich und
Figur 4 und 5: eine Innenlochsäge mit Nuten für die Halterung des Belages.
[0021] Die in den Figuren 1 bis 3 wiedergegebene Ausführungsform einer Innenlochsäge für
das Abtrennen dünner Scheiben von einem Stab 1 aus monokristallinem Silizium weist
ein aus Metallblech bestehendes Kernblatt 3 auf, das eine Stärke hat von beispielsweise
0,15 mm. Das Kernblatt 3 ist mit einem Innenloch 4 versehen, dessen zylindrischer
Wandbereich mit einem Belag 5 versehen ist, welcher aus Diamantkörnern besteht, die
in einer Kunststoffbindung gehalten sind. Der Belag 5 erstreckt sich auf beiden Seiten
des Kernblattes 3 über eine Randbreite von beispielsweise 2 mm über den Rand des Innenloches
4 hinaus.
[0022] Für eine verbesserte Haftung ist das Kernblatt 3 mit konzentrisch unmittelbar neben
dem Rand des Innenloches angeordneten Löchern 6 versehen, die entsprechend Figur
2 von dem Diamantbelag 5 durchdrungen sind, so daß sich zwischen den beiden seitlichen
Belagabschnitten Brücken bilden, die zu der Haftung des Belages 5 auf dem Kernblatt
3 beitragen.
[0023] Bei der Ausführung nach den Figuren 4 und 5 sind anstelle von Löchern 6 zwei ringförmige
Nuten 7 vorgesehen, in welche der Belag 5 eingreift.
1. Innenlochsäge zum Abtrennen dünner Scheiben von einem Stab beispielsweise aus monokristallinem
Silizium, bestehend aus einem dünnen, in seiner Mitte mit einem Innenloch versehenen
kreisförmigen Kernblatt, das im Randbereich des Innenloches einen Belag mit Diamant-,
Bornitrid- oder anderen Hartstoffkörnern trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffkörner
in einer hochtemperaturfesten Kunstharzbindung eingebettet sind, die durch Gießen
oder Pressen auf das Kernblatt (3) aufgebracht ist, wobei die Belaghaftung auf dem
Kernblatt (3) durch mechanische Verankerung unterstützt ist, und das Kunstharz eine
Bruchdehnung von mehr als 2 %, eine Zugfestigkeit von mehr als 20 N/mm² und eine Glasübergangstemperatur
von 200 bis 400 °C aufweist.
2. Innenlochsäge nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kunstharzes
aus der Gruppe der Epoxyharze, der Polyimide, der flexibilisierten Phenolharze.
3. Innenlochsäge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffkörner mit
einem Überzug versehen sind.
4. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß für eine mechanische Verankerung des Belages (5) im Kernblatt (3) Löcher (6)
im Abstand vom Innenlochrand (4) konzentrisch angeordnet sind, die Bindungsbrücken
zwischen den seitlichen Belagabschnitten bilden.
5. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß für eine mechanische Verankerung des Belages (5) eine umlaufende Nut (7) auf
beiden Seiten des Kernblattes (3) angeordnet ist.
6. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kernblatt (3) für eine mechanische, Haftung der Kunstharzbindung durch Aufbringen
eines galvanischen Belages vorbehandelt ist.
7. Innenlochsäge nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kernblatt (3) durch mechanisches oder chemisches Aufrauhen vorbehandelt ist.