DE3045760C2

DE3045760C2 -

Info

Publication number: DE3045760C2
Application number: DE3045760A
Authority: DE
Inventors: Shinji Tokio/Tokyo Jp Sekiya; Takatoshi Nagareyama Chiba Jp Ono
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1988-09-01
Also published as: IT8167130A0; NL8006598A; FR2474919A1; FR2474919B1; IT1143339B; JPS56107869A; JPS6017664B2; US4567694A; US4445300A; DE3045760A1

Description

Die Erfindung betrifft ein umlaufendes Schleifwerkzeug, bestehend aus einem topf- oder ringförmigen Träger, an dessen Stirnseite radial vom Trägerumfang vorstehend ein Schleifkranz oder Schleifsegmente befestigt sind, mit an einem Kegelmantel als Envelope liegender Rückseite, dessen Öffnung zur Arbeitsfläche weist.

Ein derartiges Schleifwerkzeug ist aus der FR-PS 11 96 747 bekannt, wobei es dort um das Schleifen von Steinen geht. Bei sämtlichen dort beschriebenen Ausführungsformen steht das Schleifwerkzeug mit seinem Schleifkranz stets mit einer großen Fläche mit dem zu schleifenden Werkstück an der zu schleifenden Fläche bzw. der geschliffenen Fläche in Eingriff. Damit sind unregelmäßige Schleifspuren unver meidlich. Außerdem kann sich der Schleifkranz leicht mit Schleifstaub zusetzen und damit den weiteren Schleifvorgang beeinträchtigen.

Bei dem Schleifwerkzeug gemäß der FR-PS 11 96 747 sind aufgrund des großflächigen Eingriffs zwischen Schleifkranz und Werkstück an der geschliffenen Fläche thermische Beanspruchungen des zu schleifenden Werkstückes unvermeidbar, wobei diese thermischen Beanspruchungen beim Schleifen von Steinen möglicherweise unproblematisch sind, weil diese aufgrund ihrer Materialdicke in der Lage sein düften, die beim Schleifvorgang auftretende Wärme abzuführen. Ein solches Schleifwerkzeug ist aber zum Planschleifen von dünnen Halbleiterplatten nicht geeignet, weil durch die stirnseitig große Eingriffsfläche sehr viel Reibungswärme erzeugt wird, die thermische Ausdehnungen des Werkstückes mit sich bringt und zu Überhitzungen, Glühmarken, Verwerfungen, Schleifrissen und Bruch führen können.

Ein ähnliches umlaufendes Schlweifwerkzeug dieser Art ist aus der FR-PS 15 56 095 bekannt, wobei der Schleifkranz keilförmig ausgebildet ist und mit dem Werkstück mit einer vertikalen Fläche und einer horizontalen Fläche in Eingriff kommt. Dort wird das abzutragende Material zwar teilweise durch Hinterschneidung abgebrochen, jedoch kommt das Schleifwerkzeug dort unvermeidlich mit einer großen Eingriffs fläche mit der geschliffenen Fläche des Werkstückes in Eingriff, so daß auch dort viel Reibungswärme entsteht, aus der sich die vorstehend genannten Probleme ergeben, wenn es um das Planschleifen von dünnen Halbleiterplatten geht.

In der US-PS 37 42 655 ist eine Trennscheibe beschrieben, die aus einer wellenförmigen Scheibe besteht, die an ihrem radialen Außenumfang mit Schleifkörnern besetzt ist. Eine derartige Trennscheibe ist zum Durchschneiden oder Ab schleifen von Werkstücken vorgesehen, bei denen es nicht auf einen minimalen Flächeingriff mit dem Werkstück an kommt, so daß die Schleif- bzw. Schneidbreite in Abhängig keit von der Welligkeit der Trennscheibe in der Größenordnung von mehreren Millimetern liegt. Die Problematik des Plan schleifens von spröden Materialien, insbesondere dünnen Halbleiterplatten ist dort nicht angesprochen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein umlaufendes Schleifwerkzeug zum Planschleifen dünner Halbleiterplatten, z. B. aus Silizium anzugeben, wo es weniger auf den Materialverschnitt als in erster Linie auf die Ebenflächigkeit unter Vermeidung von Glühmarken und Schleifrissen ankommt.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Kranz oder die Segmente dünnwandig ausgebildet sind, wobei die Dicke 0,1 bis 0,5 mm beträgt.

Aufgrund dieser dünnwandigen Ausbildung des Kranzes oder der Segmente wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß wegen der kleinen Eingriffsfläche mit dem Werkstück nur geringe Reibungswärme erzeugt wird, die das Werkstück nicht durch thermische Ausdehnung und sonstige thermische Effekte beein trächtigt. Mit dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug wird bei dickeren Schnitten der abzutragenden Bereich des Werkstücks in bekannter Weise zum größten Teil hinterschnitten, so daß aufgrund seiner Sprödigkeit in grobe Späne aufbricht, die durch die Drehbewegung des um laufenden Werkstücks weitgehend weggeschleudert werden, wobei sich nur ein kleiner Anteil an feinem Schleifstaub ergibt, der anderweitig abtransportiert wird.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs ist vorgesehen, daß der Kranz in Umfangsrichtung einen wellen förmigen Verlauf aufweist, wobei darunter sowohl eine scharfkantige Dreiecksform als auch eine Sinuskurvenform des Kranzes zu verstehen ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs ist vorgesehen, daß mehrere Kränze mit axialem Abstand hintereinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist es möglich, in einem Arbeitsgang eine größere Materialstärke beim Werkstück abzutragen. Die Kränze können dabei in geeigneter Weise hinsichtlich ihrer Durchmesser abgestuft sein.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs ist vorgesehen, daß der Kranz mit Schlitzen oder Löchern versehen ist, die dazu dienen, Kühlwasser durch den Schleifkranz hindurchtreten zu lassen.

Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs ist vorgesehen, daß der Kegelwinkel 90° bis 160° beträgt. Dies entspricht einem Neigungswinkel von 10° bis 45° gegenüber der geschliffenen Fläche und trägt zu der gewünschten kleinen Eingriffsfläche mit der übrig bleibenden, geschliffenen Fläche des Werkstücks bei.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Teilschnitt zur Erläuterung des um laufenden Schleifwerkzeugs;

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform des umlaufenden Schleifwerkzeugs mit mehreren Schleifkränzen;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer ge schlitzten Ausführungsform des Schleifwerkzeugs;

Fig. 4 einen der Fig. 1 ähnlichen Teilschnitt einer Ausführungsform, bei der das geschlitzte Schleifwerkzeug mit Wasser gekühlt wird; und in

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des umlaufenden Schleifwerkzeugs.

Fig. 1 zeigt schematisch ein umlaufendes Schleifwerkzeug in Eingriff mit einem zu bearbeitenden Werkstück 1, bei dem es sich um eine Halbleiterplatte, z. B. aus Silizium handelt, also einem harten, spröden Material, das schon unter einem leichten Druck schnell brechen kann. Ein Schleifkörper 2 ist mit einem dünnwandigen Schleifkranz 3 ausgebildet, der mit einem galvanischen Niederschlag von extrem harten Schleifmittelkörnchen, z. B. extrem harten kristallinen Substanzen, wie z. B. Diamantkörnern und kubischem Bornitrid besetzt ist. Der Schleifkörper 2 ist zylinderförmig ausgebildet und erweitert sich konisch nach außen an seinem unteren Ende zum Schleifkranz 3. Die Kante des nach außen erweiterten Bereiches des Schleifkörpers 2 bildet somit den eigentlichen Schleifkranz 3, der mit seiner Rückseite auf einem Kegel mantel als Envelope liegt, dessen Öffnung zur Arbeitsfläche weist. Die Dicke t ₁ des Schleifkranzes 3 beträgt etwa 0,1 bis 0,5 mm, während die Breite etwa 5 mm betragen kann. Die Unterseite 4 des Schleifkranzes 3 ist unter einem Winkel von 10° bis 45° zur geschliffenen Fläche 7 geneigt, während der Winkel zwischen einem Befestigungsteil 5 des Schleifkörpers 2 und dem Schleifkranz 3 einen Wert R von 100° bis 135° besitzt, was einem Kegelwinkel von 90° bis 160° entspricht. Damit wird gewährleistet, daß die Unterseite 4 des Schleifkranzes 3 so wenig wie möglich mit der geschliffenen Fläche 7 des Werkstücks 1 in Flächeneingriff kommt. Bei dem umlaufenden Schleifwerkzeug ist es vielmehr so, daß die Schneidkante 6 nur mit einer minimalen Fläche mit einer überstehenden Kante 8 des Werkstücks 1 in Eingriff kommt, wie sich aus Fig. 1 ergibt. Das senkrechte Befestigungsteil 5 des Schleifkörpers 2 ist in geeigneter Weise mit einem topf- oder ringförmigen Träger 10 verbunden, beispielsweise durch Einkleben in eine abge stufte oder hinterdrehte Aufnahme 9 im Träger 10 für den Schleifkörper 2 (vgl. Fig. 1).

Das Schleifwerkzeug mit dem oben beschriebenen Aufbau führt somit beim Planschleifen des Werkstücks 1 eine spanabhebende Bearbeitung durch, wobei der Träger 10 mit hoher Drehzahl umläuft und relativ zum Werkstück 1 verschoben wird. Die Relativstellung des Schleifkörpers 2 bzw. seines Schleifkranzes 3 zum Werkstück wird so eingestellt, daß die Schnittiefe t ₁ einen Wert von 0,3 bis 0,8 mm hat, also ein Mehrfaches der Dicke t₂ des Schleifkranzes 3 beträgt. Der Schleifvorgang beginnt daher mit seitlich am Werkstück 1 angesetzter Schneidkante 6, woraufhin der Vorschub des Schleifkörpers 2 oder des Werkstücks 1 mit vorgegebener Geschwindigkeit in Relativrichtung erfolgt.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang, daß während des Schleif vorganges nur die Schneidkante 6 des Schleifkranzes 3 mit der überstehenden Kante des Werkstücks 1 in Berührung steht, so daß der hinterschnittene Bereich des Werkstücks 1 über dem Schleifkranz 3 aufgrund seiner Sprödigkeit von selbst abbricht. Somit wird der über der Schneidkante 6 befindliche Teil des Werkstücks 1 weniger schleifend abgetragen, sondern bricht vielmehr von selbst aufgrund der Sprödigkeit weg, während die geschliffene Fläche 7 vom Schleifkranz 3 des Schleifkörpers 2 sauber bearbeitet wird. Beim Schleifvorgang fallen daher hauptsächlich grobe Späne oder Splitter und nur ein kleiner Anteil an feinem Schleifstaub an.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem das Werkstück 1 in einem einzigen Arbeitsdurchgang auf größere Tiefe abgeschliffen wird. Dabei sind drei Schleifkörper 2 ₁, 2 ₂ und 2 ₃ mit jeweils geringfügig unterschiedlichem Durchmesser in der Aufnahme 9 innerhalb des Trägers 10 befestigt und mit Schleifkränzen 3 ₁, 3 ₂ bzw. 3 ₃ versehen, die wiederum Schneid kanten 6₁, 6₂ bzw. 6₃ haben. Das Befestigungsteil 5 des Schleifkörpers 2 ₁ mit dem größten Durchmesser ist dabei unmittelbar an der Aufnahme 9 befestigt. Der Schleifkörper 2 ₂ mit dem mittleren Durchmesser ist unter Zwischenfügung eines Abstandsstückes 11 an der Innenfläche des Betätigungsteils 5 des Schleifkörpers 21 angebracht. Schließlich ist der Schleifkörper 2 ₃ mit dem kleinsten Durchmesser in gleicher Weise unter Zwischenfügung eines Abstandsstückes 11 befestigt. Bei dieser Ausführungsform besteht der Schleifkranz somit aus drei Lagen von Schleifkränzen 3 ₁, 3 ₂ und 3 ₃, die mit axialem Abstand hintereinander angeordnet sind und Schneidkanten 6 ₁, 6 ₂ und 6 ₃ mit unterschiedlichem Durchmesser haben.

Mit der vorstehend angegebenen Konstruktion des umlaufenden Schleifwerkzeugs kann das Schleifen des Werkstückes 1 mit größerer Schnittiefe in einem Arbeitsdurchgang erfolgen, weil die von den Schneidkanten 6 ₁, 6 ₂ und 6 ₃ der jeweiligen Schleifkränze 3 ₁, 3 ₂ und 3 ₃ hinterschnittenen Bereiche des Werkstücks in der oben beschriebenen Weise von selbst abbrechen.

Der in Fig. 3 dargestellte Schleifkörper 2 ist mit Einschnitten oder Schlitzen 13 versehen, durch welche eingespritztes Kühl wasser 12, wie in Fig. 4 angedeutet, hindurchtreten und Schleif späne mitnehmen kann. Die Schlitze 13 verlaufen von der Schneidkante 6 bis zum mittleren Bereich des Schleifkranzes 3. Bei Verwendung von geschlitzten Schleifkörpern 2 wird ein Zusetzen seiner Poren mit Schleifspänen verhindert, was die Schneidfähigkeit verbessert. Außerdem erreicht das vom Innen raum des Schleifkörpers 2 eingespritzte Kühlwasser 12 die überstehende Kante 8 des Werkstücks 1 über diese Schlitze 13, so daß die Späne weggespült und das Werkstück 1 und der Schleifkörper 2 gekühlt werden. Je schmaler die Schlitze 13 sind und je größer ihre Anzahl ist, um so wirksamer ist das Schleifwerkzeug. Tiefe, Breite und Anzahl der Schlitze 13 werden entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck gewählt, so daß die erforderliche Festigkeit erhalten bleibt.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Schleifwerkzeug wird ein Zusetzen der Poren durch Späne verhindert, wobei eine hohe Festigkeit des Schleifwerkzeugs gewährleistet ist. Der Schleifkranz 3 des Schleifkörpers 2 hat dabei in Umfangs richtung einen wellenförmigen Verlauf. Je feiner die Wellen ausgebildet sind und je größer ihre Anzahl sind, desto vorteilhafter erweist sich die Anordnung des Schleifwerk zeugs. Die Wellen können entweder eine scharfkantige drei eckige Form oder eine Sinuskurvenform haben. Außerdem können in dem Schleifkranz 3, z. B. durch Funkenerosion, kleine Löcher vorgesehen sein, die einen Durchmesser von 0,1 bis 0,2 mm haben und ebenfalls dem Durchtritt von Kühl wasser dienen.

Claims

1. Umlaufendes Schleifwerkzeug, bestehend aus einem topf- oder ringförmigen Träger, an dessen Stirnseite radial über den Trägerumfang vorstehend ein Schleifkranz oder Schleifsegment befestigt sind, mit an einem Kegelmantel als Envelope liegender Rückseite, dessen Öffnung zur Arbeitsfläche weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (3) oder die Segmente dünnwandig ausgebildet sind, wobei die Dicke (t ₂) 0,1 bis 0,5 mm beträgt.

2. Umlaufendes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (3) in Umfangsrichtung einen wellenförmigen Verlauf aufweist.

3. Umlaufendes Schleifwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kränze (3 ₁, 3 ₂, 3 ₃) mit axialem Abstand hinter einander angeordnet sind.

4. Umlaufendes Schleifwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kranz (3) mit Schlitzen (13) oder Löchern versehen ist.

5. Umlaufendes Schleifwerkzeug nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kegelwinkel 90° bis 160° beträgt.