DE10349287A1

DE10349287A1 - Drahtführungsrolle mit demontierbarem Beschichtungsträger

Info

Publication number: DE10349287A1
Application number: DE2003149287
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. Egglhuber (FH)
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2003-10-23
Publication date: 2005-06-16

Abstract

Drahtführungsrolle, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Grundkörper (4) und einen abtrennbaren Beschichtungsträger (2) aufweist.

Description

Drahtsägen werden unter anderem dafür verwendet, Rohlinge aus Halbleitermaterial, Solarmaterial oder andere sprödharte Materialien in eine Anzahl Scheiben zu zerlegen, die dann in weiteren Schritten der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, Solarzellen oder anderer Formkörper dienen. Für die nachfolgende Verarbeitung der Scheiben oder Formkörper ist es wichtig, dass diese eine sehr hohe geometrische Qualität aufweisen. Dadurch entstehen hohe Anforderungen an die Führung der Sägedrähte während des mehrstündigen Sägevorganges. Eine Quelle für Positionsänderungen ist dabei die thermische Ausdehnung der Drahtführungsrollen, die die beim Schneiden auftretende Wärme von den Sägedrähten notwendigerweise zum Teil übernehmen. Eine andere Wärmequelle stellt auch einfach das Umlaufen der Drähte um die Drahtführungsrollen und die Eintragung von Wärme der angrenzenden Lager dar. Verschärft wird dieses Problem noch dadurch, dass die Sägegeschwindigkeit und damit die Produktivität der Drahtsägen, zu erhöhen angestrebt wird, wobei auch die Wärmeproduktion ansteigt.

Üblicherweise müssen Drahtführungsrollen immer wieder nach einiger Zeit neu beschichtet werden, nachdem durch mehrmaliges Überschleifen und Rillieren der Polyurethanbelag aufgebraucht ist, da durch das Sägen mit der Drahtsäge deren Draht immer wieder über die Drahtführungsrolle gleitet und dadurch die Beschichtung der Drahtführungsrolle, die als Umlenkrolle dient, abgenützt wird. Ein zusätzlicher Verschleiß entsteht dadurch, dass bevorzugt die Drahtführungsrollen, die die Geometrie beim Sägen beeinflussen, nicht direkt vom Motor angetrieben werden, sondern durch die umlaufenden Drähte, die damit als Riemen wirken. Des weiteren werden Verfahren angewendet, bei denen eine ständige Drehrichtungsänderung stattfindet. Der Verschleiß ist damit umso höher, je größer das Gewicht und das Trägheitsmoment der Rollen ist. Diese Neubeschichtung erfordert es, die gesamte Rolle zu einem Betrieb zu schicken, der die Beschichtung vornimmt und dann wird die neu beschichtete Rolle zu einem Betrieb gebracht, der die Rillen aufbringt. Nachteilig für diese Prozedur und das Handling ist das hohe Gewicht der Rollen.

Zusätzlich zu dem Nachteil des hohen Trägheitsmoments und des hohen Gewichts bereitet die Kühlung mit Flüssigkeit , die innerhalb der Rollen zirkuliert, Probleme. Beim Ausbau der Drahtführungsrollen aus der Drahtsäge vermischt sich die auslaufende Kühlflüssigkeit mit dem Sägemedium.

Des weiteren muss der Kühlkreis geöffnet werden, wodurch Luftblasen in die Kühlflüssigkeit gelangen und damit beim Wiederanfahren der Drahtsäge die Temperierung negativ beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und insbesondere die Beschichtung und Rillierung zu vereinfachen, sowie das Trägheitsmoment zu reduzieren und die thermische Ausdehnung zu reduzieren zur Erzielung besserer Geometrie.

Die Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist eine Drahtführungsrolle, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Grundkörper und einen abtrennbaren Beschichtungsträger aufweist.

Erfindungsgemäß wird eine Drahtführungsrolle zur Verfügung gestellt, bei der ein Beschichtungsträger von einem Grundkörper getrennt werden kann, um den Beschichtungsträger ohne den Grundkörper dann alleine zum Neubeschichten und Rillieren zu schicken.

Auf der Drahtführungsrolle läuft entweder ein einfacher Draht, der zum Sägen ein Drahtsägemedium (Slurry) benötigt oder ein Draht, der mit Diamanten oder anderem Korn beschichtet ist und vorzugsweise im wässrigen Milieu sägt.

Zur Reduzierung des Trägheitsmoments und des Gewichts sind der Grundkörper und der Beschichtungsträger möglichst dünnwandig und leicht zu gestalten. Die vorgespannten Drähte des Drahtgatters sowie die Schneidkräfte führen zu einer unzulässig großen Verformung vor allem des Beschichtungsträgers. Deshalb ist zwischen Beschichtungsträger und Grundkörper ein Stabilisierungsträger erforderlich.

Es kann sowohl der Grundkörper als auch der Beschichtungskörper vorzugsweise mit einem Stabilisierungsträger kombiniert werden, um den Grundkörper oder bzw. den Beschichtungskörper zu stabilisieren. Eine bevorzugte Ausführungsform ist aber auch ein Grundkörper oder ein Beschichtungsträger mit bereits geformten Rippen, die bei kleinem Trägheitsmoment und geringem Gewicht eine Verformung auf ein zulässiges Maß reduzieren. Um eine Verformung der Bauteile zu verhindern, muss zur Aufnahme der Kräfte der Beschichtungsträger Kontakt zum Stabilisierungsträger oder zu den geformten Rippen haben. Als bevorzugte Ausführung des Stabilisierungsträgers wird ein Rohr aus CFK verwendet. Es reduziert das Trägheitsmoment und das Gewicht und dient zur Verbindung von Grundkörper und Beschichtungskörper. Auch ein Stabilisierungsträger in Rippenform vermindert das Trägheitsmoment bei gleichem oder sogar reduziertem Gewicht. Der Stabilisierungsträger ist vorzugsweise aus CFK oder Metall.

Es sind aber auch andere Werkstoffe mit hoher Stabilität bei geringem Gewicht und geringer Wärmeausdehnung bevorzugt. Vorzugsweise ist der Stabilisierungsträger ein Metallrohr mit geformten Rippen oder besteht aus CFK-Rohr mit Zentrierringen. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist ein CFK-Rohr mit konischen Zentrierringen. Diese konischen Zentrierringe leiten zur Vermeidung einer Verformung die Kräfte in das CFK-Rohr ab. In einer bevorzugten Ausführung ist der Beschichtungsträger aus Werkstoffen mit besonders kleiner Wärmeausdehnung, z.B. CFK, Metall oder keramische Werkstoffe.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Stabilisierungsträger Kühlkanäle auf. In einer weiteren Ausführungsform sind die Metallrippen so gestaltet, dass eine möglichst große Oberfläche zum Wärmeübergang vorhanden ist und dass zwischen den Rippen Kühlkanäle ausgebildet sind.

Ein weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Kühlung der erfindungsgemäßen Drahtführungsrolle, wobei die Drahtführungsrolle mit Gas, wie Luft, Stickstoff, Helium etc. gekühlt wird. Das Gas kann aber auch z.B. gegen Korrosion mit Spuren von Tröpfchen eines zu dem Sägemedium verträglichen Korrosionsschutzmittel vermischt sein.

Bevorzugt strömt das Gas beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle zwischen dem Beschichtungsträger und dem Stabilisierungsträger durch.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle strömt das Gas zwischen dem Stabilisierungsträger und dem Grundkörper durch.

Bei noch einem weiteren bevorzugten Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle strömt das Gas zwischen den Rippen des als Stabilisierungsträgers dienenden Stahlrippenrohrs durch.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren strömt das Gas zwischen dem Beschichtungsträger und dem Stabilisierungsträger und zwischen dem Stabilisierungsträger und dem Grundkörper gemeinsam durch.

Bei dieser besonderen Ausführungsform ist z.B. der Grundkörper mit Rippen, wobei auf die Rippen ein CFK-Rohr mit außen liegenden Kühlkanälen aufgeschoben ist und auf dem CFK-Rohr ist der Beschichtungsträger aufgeschrumpft.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle wird die Temperatur und die Luftmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur aus der Drahtführungsrolle auf eine definierte Temperatur geregelt. Derartige Temperaturen liegen in einem Bereich von 20°C–30 °C, bevorzugt 23 °C bis 27 °C, besonders bevorzugt 24 °C bis 26 °C, ganz besonders bevorzugt 25 °C. Jede eingestellte Temperatur wird vorzugsweise mit einer Genauigkeit von ± 0,5 °C eingestellt.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle wird die Temperatur und die Luftmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit von der Scheidtiefe geregelt. Das bedeutet, dass z.B. am Anfang des Sägevorgangs weniger gekühlt wird als beim Sägevorgang zur Mitte des Halbleitermaterials hin gekühlt wird.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle wird die Temperatur und die Luftmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit von der Temperatur des Drahtsägemediums (Slurry) geregelt. Die Temperatur des Drahtsägemediums kann bis zu 40 °C erreichen. Wenn die Temperatur des Drahtsägemediums über die Solltemperatur von z.B. 25°C ansteigt, wird die Drahtführungsrolle um einen bestimmten zugeordneten Wert abgekühlt.

Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Temperatur und die Luftmenge nach einem fest vorgegebenen Programm in Abhängigkeit von der Schneidzeit eingestellt, um eine von der üblichen Geometrie abweichende Geometrie zu erhalten, z.B. gewölbte Scheiben.

Die Gaskühlung hat den Vorteil, dass bei ihr kein flüssiges Kühlmittel notwendig ist, wie es bereits verwendet wird, da flüssige Kühlmittel bei der Demontage der Drahtführungsrolle in die Drahtsäge gelangen können und so die Drahtsäge kontaminiert wird.

Figurenbeschreibung

1: Beschichtung
2: Beschichtungsträgers
3: Stabilisierungsträger
4: Grundkörper
5: Schrauben
6: Kühleinheit
7: Gießform
8: Trägerkörper
9: Regeleinheit
11: Metallrippen
12: Zentrierringe
14: Kühlkanäle

Die 1 zeigt eine Schnittansicht einer Drahtführungsrolle.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht eines Beschichtungsträgers (2) auf den eine neue Beschichtung (1) aufgebracht wird.
3 zeigt das Aufbringen einer Rillierung auf einen Beschichtungsträger (2).
Die 4a bis 4e zeigen erfindungsgemäße Drahtführungsrollen mit Stabilisierungsträgern (3).
1 stellt eine erfindungsgemäße Drahtführungsrolle mit einem Grundkörper (4) dar, auf den ein Stabilisierungsträger (3) befestigt ist, auf den wiederum ein Beschichtungsträger (2) mit Beschichtung (1) montiert ist und vorzugsweise axial mit Schrauben (5) gesichert ist. Der Stabilisierungsträger (3) und der innenliegende Grundkörper (4) haben vorzugsweise radial größere Ausdehnungskoeffizienten als das außenliegende Beschichtungsrohr. Das Beschichtungsrohr ist bevorzugt aus einem Metallrohr mit sehr kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, z.B. Invarstahl, kann aber auch aus nichtmetallischen Werkstoffen oder auch aus keramischen Werkstoffen bestehen. Dadurch ist es möglich, den Beschichtungsträger durch Abkühlen der gesamten Drahtführungsrolle von dem Grundkörper zu lösen.
2 zeigt die Beschichtung eines demontierten Beschichtungsträgers (2) einer erfindungsgemäßen Drahtführungsrolle. Hierbei wird bevorzugt nur der Beschichtungsträger (2) in einer Gießform (7) beschichtet. Es ist auch möglich, ein Laminat auf den Beschichtungsträger (2) zu wickeln. Es ist nicht mehr die gesamte Drahtführungsrolle, sondern nur noch der Beschichtungsträger (2) erforderlich.
3 zeigt einen Trägerkörper (8), der Teil der Rilliermaschine ist, wobei er die gleiche Außenkontur wie der Stabilisierungsträger (3) besitzt und auf den zum Zweck des Rillierens der Beschichtungsträger (2) montiert ist.
4a zeigt eine Drahtführungsrolle mit einem Stabilisierungsträger (3) aus CFK, auf den der Beschichtungsträger (2) mit einer Polyurethanauflage als Beschichtung (1) folgt.
Ein mittiger Zentrierring 12 verbindet den Stabilisierungsträger (3) mit dem Beschichtungsträger (2) und ermöglicht so ein geringes Gewicht und eine stabile Konstruktion.
4b zeigt eine Drahtführungsrolle mit einem Stabilisierungsträger (3) aus Metallrohr mit geformten Rippen (11), der zugleich den Grundkörper darstellt. Im Grundkörper (4) sind Kühlkanäle (14) für den Ein- und Austritt des Kühlmediums dargestellt. Das Kühlmedium strömt zwischen den Rippen (11) entlang.
4c zeigt eine Drahtführungsrolle mit einem Stabilisierungsträger (3) aus vorzugsweise CFK mit Zentrierringen (12), die bei dieser Ausführung eine konische Außenkontur haben. Zwischen dem Stabilisierungsträger (3) und Beschichtungsträger (2) sind Kühlkanäle (14) dargestellt
4d zeigt eine Drahtführungsrolle mit einem Stabilisierungsträger (3) mit Metallrippen (11) mit Kühlkanälen (14). Die Metallrippen sind gekrümmt zur Bereitstellung einer möglichst großen Oberfläche.
4e zeigt eine Drahtführungsrolle mit einem Stabilisierungsträger (3) aus CFK-Rohr, der auf einem Grundkörper (4) mit Stahl- oder Gussrippen (11) aufgepresst ist. Auf das CFK-Rohr ist der Beschichtungsträger (2) aufgepresst. Zwischen den Metallrippen (11) und zwischen Stabilisierungsträger (3) und Beschichtungsträger (2) strömt das Kühlmedium hindurch.
5 zeigt eine Drahtführungsrolle mit einem Stabilisierungsträger (3), der am Beschichtungsträger (2) befestigt ist und gemeinsam mit dem Beschichtungsträger (2) zum Beschichten vom Grundkörper (4) getrennt wird. Somit können z.B. die Schrauben (5) einfach gelöst werden, die den Grundkörper mit dem Stabilisierungsträger (3) verbinden und der Stabilisierungsträger (3) wird mit dem Beschichtungsträger (2) zusammen zum neu Beschichten eingeschickt. Ein Auf- und Abschrumpfen des Stabilisierungsträgers (3) vom Beschichtungsträger (2) entfällt bei dieser Ausführungsform also.
6 zeigt die gesamte Kühleneinrichtung mit Drahtführungsrolle, Kühleinheit (6) und Regeleinheit (9). Es ist möglich, die Temperatur und den Volumenstrom zur Konstanthaltung der Temperatur oder zur Einstellung oder Profilierung der Temperatur der Drahtführungsrolle in Abhängigkeit von der Schneidtiefe zu regeln oder die Temperatur und den Volumenstrom nach einem vorgegebenen Programm in Abhängigkeit von der Schneidzeit oder der Schneidtiefe einzustellen.
Der Vorteile der Erfindung sind, dass die Neubeschichtung einer erfindungsgemäßen Drahtführungsrolle nun schneller, einfacher und kostengünstiger möglich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle ermöglicht nun eine einfache Kühlung, ohne dass eine Kontamination der Drahtsäge erfolgt. Die Öffnung des Kühlkreises hat nun keine störende Beeinflussung der Temperierung der Drahtführungsrollen nach dem Wiederanfahren der Drahtsäge zur Folge.
Die Reduzierung des Trägheitsmoments vermindert den Verschleiß der Beschichtung und das geringe Gewicht vereinfacht das Handling der Rollen.

Claims

Drahtführungsrolle, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Grundkörper (4) und einen abtrennbaren Beschichtungsträger (2) aufweist.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) einen Stabilisierungsträger (3) aufweist.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsträger (2) einen Stabilisierungsträger (3) aufweist.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsträger (2) aus CFK oder einem keramischen Werkstoff besteht.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsträger (3) aus CFK oder Metall besteht.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsträger (3) ein Metallrohr mit geformten Rippen (11) ist.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsträger (3) mit Zentrierringen (12) ausgestattet ist.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungsträger (3) Kühlkanäle aufweist.
Drahtführungsrolle nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rippen und zwischen Stabilisierungsträger und Beschichtungsrohr Kühlkanäle bestehen.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtführungsrolle mit Gas oder einer Mischung aus Gas mit Spuren eines Korrosionsschutzmittels gekühlt wird.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zwischen dem Grundkörper (4) und dem Stabilisierungsträger (3) durchströmt.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zwischen dem Stabilisierungsträger (3) und dem Beschichtungsträger (2) durchströmt.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas zwischen den Rippen des als Stabilisierungsträger (3) dienenden Metallrippenrohrs (11) durchströmt.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Rippen und zwischen Stabilisierungsträger (3) und Beschichtungsträger (2) jeweils das Kühlmedium durchströmt.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und die Luftmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit von der Austrittstemperatur aus der Drahtführungsrolle auf eine definierte Temperatur geregelt werden.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und die Luftmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit von der Scheidtiefe geregelt werden.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und die Luftmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit von der Temperatur des Sägemediums geregelt wird.
Verfahren zur Kühlung der Drahtführungsrolle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur und die Luftmenge des Kühlmediums in Abhängigkeit von der Schneidzeit nach einem fest vorgegebenem Programm eingestellt wird.