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EP0268152A2 - Innenlochsäge - Google Patents

Innenlochsäge Download PDF

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Publication number
EP0268152A2
EP0268152A2 EP87116283A EP87116283A EP0268152A2 EP 0268152 A2 EP0268152 A2 EP 0268152A2 EP 87116283 A EP87116283 A EP 87116283A EP 87116283 A EP87116283 A EP 87116283A EP 0268152 A2 EP0268152 A2 EP 0268152A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
sheet
outside
diamond coating
diamond
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP87116283A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0268152B1 (de
EP0268152A3 (en
Inventor
Jürgen Balck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Original Assignee
Ernst Winter and Sohn Diamantwekzeuge GmbH and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ernst Winter and Sohn Diamantwekzeuge GmbH and Co filed Critical Ernst Winter and Sohn Diamantwekzeuge GmbH and Co
Publication of EP0268152A2 publication Critical patent/EP0268152A2/de
Publication of EP0268152A3 publication Critical patent/EP0268152A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0268152B1 publication Critical patent/EP0268152B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/12—Cut-off wheels
    • B24D5/126—Cut-off wheels having an internal cutting edge

Definitions

  • the invention relates to an inner hole saw, in particular for separating thin slices from a monocrystalline silicon rod, consisting of a thin sheet provided in the middle with an inner hole, which has a coating in the edge region of the inner hole, which consists of diamond or boron nitride grains, which are in a galvanic Binding are held, the covering covering the inner cylindrical peripheral surface of the inner hole and the adjacent edge portions on the two outer sides of the sheet.
  • a corresponding inner hole saw has a core sheet for this purpose, which has a thickness of, for example, 0.12 mm or 120 ⁇ m.
  • This sheet has an inner hole, the edge of which is provided all around with a galvanically applied diamond coating, which is usually thickened like a bead on the immediate inner edge.
  • the blade has a diamond coating of approximately 2 mm in width on both sides at the two edge regions adjoining the hole.
  • the thin blade is clamped in a clamping ring in order to bring about high rigidity.
  • This clamping ring is arranged in a machine and set in rotation. The distance from the inner edge of the inner hole to the clamping ring allows a rod of the appropriate diameter to be cut.
  • Such a saw is particularly advantageous when it comes to cutting a very expensive material, such as monocrystalline silicon, because the effective cutting width and thus the resulting waste are only small.
  • a problem with the use of internal hole saws for cutting extremely thin panes arises from the fact that a pane can bend during the cutting process. This is due to the fact that during the cutting process a stable side arises on the side of the rod to be sawn and an unstable side on the side of the disc 1 to be cut off. In this context, one speaks of the stable side, because even relatively large forces on this side do not cause any elastic or plastic deformation. On the unstable side, on the other hand, even relatively small forces, particularly depending on the thickness of the pane to be separated, can cause elastic but also plastic deformations due to crystal destruction on the surface. In an unfavorable case, such deformations lead to the disc to be separated coming close to the blade of the internal hole saw or even to contact with the internal hole saw.
  • the object of the invention is to provide an internal hole saw, which leads to a reduced scrap rate on separate discs and saw material while still having a narrow cutting width of the saw.
  • the thickness of the diamond coating on the side of the disc to be separated ie on the unstable side, is greater than on the opposite so-called stable side of the saw blade.
  • the saw blade may bend when it is tensioned. If the saw blade is stretched a lot during commissioning, the diameter of the inner hole is stretched. As a result of such stretching, the covering in the edge region of the inner hole can lead to a lateral deflection, in particular if it is arranged on both outer sides of the blade in different thicknesses. This is due to the fact that the differently thick layers of material on the core produce different counter-forces during tensioning and, as a result, a balance of forces occurs by tilting the stronger to the weaker side, so that the width of cut increases.
  • this is remedied by the fact that, in addition to the different thicknesses of the diamond coating on the two outer sides of the blade, provision is made for the total proportions of the diamond coating to be approximately the same on both sides of the blade.
  • the edge area of the diamond coating on one outside of the blade can be wider than on the other outside, which is on the unstable side.
  • the one on the stable side can be thicker than that on the stable side if the diamond coating in the head region is additionally widened on the unstable side.
  • the proposed solutions have the advantage that, while maintaining the usual cutting widths by lateral displacement of the covering projections, they improve the functional reliability of the internal hole saw and reduce material waste on separated discs.
  • FIG. 1 shows a rod 1 made of monocrystalline silicon, from which extremely thin slices 2 are to be separated.
  • an inner hole saw is provided, which consists of a thin metal sheet 3, which is provided with an inner hole 4 in the middle.
  • the sheet 3, which can consist of a chrome-nickel steel, has a thickness of only 0.12 mm.
  • the edge area of the inner hole 4 is surrounded by a diamond coating 5.
  • the single ones Diamond grains are held in a metallic bond.
  • the diamond coating 5 surrounds the cylindrical inner edge of the inner hole 4 and the adjoining edge section on both sides of the sheet 3.
  • the rod 1 is inserted into the inner hole 4 to separate a disk 2.
  • a disc 2 is separated from the rod 1 with the sheet 3 and its inner hole 4.
  • the diamond coating 5 is more strongly formed on the side of the disk 2, that is to say the so-called unstable side, in particular in the head region 9 than on the opposite side 7, which is the stable side. This reduces the risk of the disk 2 touching the sheet 3.
  • the larger covering overhang of the diamond layer 5 on the outside of the sheet 3 is designated in FIG. 1 as in FIG. 2 by "X2".
  • the lower covering overhang on the stable side 7 is labeled "X1".
  • FIG. 2 shows the size relationships of the edge area at the inner hole of a blade 3 of an inner hole saw in terms of size.
  • the edge region has a width of 2.0 mm on the unstable side and a length "L2" of 2.5 mm on the stable side.
  • the total covering thickness in the head area is 270 ⁇ m.
  • the length L 1 of the covering 5 is less than the covering length L 2 on the opposite side.
  • the coating on the unstable side 6 is made stronger, so that there is a total of equal diamond coating proportion on both sides of the axis of the blade 3.
  • the diamond coating thickness is greater in the head region on the unstable side than on the stable side 7.
  • the lengths in the edge region are the same on both sides.
  • the covering 5 on side 6 is thinner than on side 7.
  • the invention is not restricted to the use of an internal hole saw for cutting a monocrystalline silicon rod, but can also be used for the processing of polycrystalline materials and materials other than silicon, such as for example germanium.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Die Innenlochsäge besteht aus einem dünnen, in seiner Mitte mit einem Loch versehenen Blatt, das im Randbereich des Innenloches einen Belag aus Diamantkörnern trägt. Um eine Durchbiegung des Blattes (3) beim Abtrennen einer Scheibe (2) infolge einer ungleichmäßigen Belastung des Blattes (3) zu verhindern, ist vorgesehen, die dicke des Diamantbelages (5) auf der einen Seite (6) der abzutrennenden Scheibe (2) größer auszubil­den als auf der anderen Außenseite des Blattes (3). Das führt zu einer verminderten Ausschußrate an abgetrennten Scheiben bei weiterhin nur gerin­ger Schnittbreite der Innenlochsäge. Weiterhin wird damit erreicht, daß der Abstand zwischen dem Blatt (3) der Lochseite und der ihm zugewandten Seite der abzutrennenden Scheibe (2) größer als bei gleicher Diamantbelagstärke ist, so daß die Gefahr einer Berührung der Scheibe (2) mit dem Blatt (3) vermindert wird. Als vorteilhaft hat es sich dazu gezeigt, wenn die Gesamtanteile des Diamantbelages (5) auf beiden Seiten des Blattes (3) gleich stark sind, wobei der Randbe­reicht des Diamantbelages (5) auf einer Außenseite (7) des Blattes (3) breiter sein kann, als auf der anderen Außenseite (6) desselben Blattes (3).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Innenlochsäge, insbesondere zum Abtrennen dünner Scheiben von einem monokristallinen Siliziumstab, be­stehend aus einem dünnen in seiner Mitte mit einem Innenloch versehenen Blatt, das im Rand­bereich des Innenloches einen Belag trägt, der aus Diamant- oder Bornitridkörnern besteht, die in einer galvanischen Bindung gehalten sind, wobei der Belag die innenliegende, zylin­drische Umfangsfläche des Innenloches sowie die daran angrenzenden Randabschnitte auf den beiden Außenseiten des Blattes bedeckt.
  • Derartige Innenlochsägen finden beispielsweise Anwendung in der Elektronikindustrie zum Tren­nen von sogenannten "Wafers", das heißt extrem dünnen Scheiben von einem monokristallinen Siliziumstab, wie sie insbesondere Verwendung finden für die Herstellung sogenannter Chips.
  • Eine entsprechende Innenlochsäge besitzt dafür ein Kernblech, das eine dicke aufweist von beispielsweise 0,12 mm bzw. 120 µm. Dieses Blech weist ein Innenloch auf, dessen Kante rundherum mit einem galvanisch aufgetragenen Diamantbelag versehen ist, der an der unmittel­baren Innenkante normalerweise wulstartig verdickt ist. Zusätzlich zu diesem Belag auf der zylinderförmigen Lochinnenseite trägt das Blatt auf seinen beiden Seiten an den beiden an das Loch anschließenden Randbereichen einen Diamantbelag von ca. 2 mm Breite.
  • Bei der Benutzung einer derartigen Innenloch­säge wird das dünne Blatt in einem Spannring eingespannt, um eine hohe Steifigkeit hervorzu­rufen. Diese Spannring wird in einer Maschine angeordnet und in Rotation versetzt. Dabei erlaubt es der Abstand vom Innenrand des Innen­loches bis zum Spannring einen Stab von ent­sprechender Durchmessergröße schneiden zu können. Eine solche Säge ist besonders vorteil­haft wenn es sich darum handelt ein sehr kost­spieliges Material wie monokristallines Sili­zium zu schneiden, weil die wirksame Schnitt­breite und damit der hervorgerufene Verschnitt nur gering sind.
  • Ein Problem bei der Benutzung von Innenlochsä­gen zum Abtrennen von extrem dünnen Scheiben ergibt sich aus dem Umstand, daß sich während des Trennvorganges eine Scheibe durchbiegen kann. Das ist darauf zurückzuführen, daß sich beim Trennvorgang systembedingt eine stabile Seite auf der Seite des zu sägenden Stabes und eine instabile Seite auf der Seite der abzutrennenden Scheibe 1 stellt. Man spricht in diesem Zusammenhang von der stabilen Seite, weil selbst relativ große Kräfte auf dieser Seite keine elastische oder plastische Verfor­mung hervorrufen. Auf der instabilen Seite hingegen können bereits relativ kleine Kräfte insbesondere in Abhängigkeit von der Dicke der abzutrennenden Scheibe elastische aber auch plastische Verformungen durch Kristallzer­störung auf der Oberfläche hervorrufen. Derar­tige Verformungen führen in einem ungünstigen Fall zu einer starken Annäherung der abzu­trennenden Scheibe an das Blatt der Innenloch­säge oder gar zu einer Berührung mit der Innen­lochsäge. Infolge der dabei auftretenden Rei­bung führt eine solche Annäherung der abzu­trennenden Scheibe an das Sägeblatt zu einer Zerstörung der Scheibe wie auch gegebenenfalls der Innenlochsäge selber, da eine Verformung des Materials ihres Kernes eintritt und dadurch ein Stabilitätsverlust durch hervorgerufene Spannungsänderungen im Kernmaterial eintritt. Dem läßt sich zwar in einem gewissen Umfang grundsätzlich abhelfen durch einen dickeren Diamantbelag an beiden Seiten des Sägeblattes. Würde man jedoch den wulstförmigen Diamantbe­lag zu beiden Seiten des Sägeblattes wesentlich verstärken, so würde sich eine erheblich größere Schnittbreite ergeben, die wiederum unvorteilhaft ist mit Rücksicht auf den damit verbundenen hohen Verlust an kostbarem Mate­rial.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Innenloch­säge zu schaffen, die zu einer verminderten Ausschußrate an getrennten Scheiben und Sägen­material führt bei weiterhin nur geringer Schnittbreite der Säge. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß die Dicke des Dia­mantbelages auf der Seite der abzutrennenden Scheibe, also auf der instabilen Seite größer ist, als auf der gegenüberliegenden sogenannten stabilen Seite des Sägeblattes. Damit ist der Vorteil verbunden, daß der Abstand zwi­ schen dem Blatt der Lochsäge und der ihm zuge­wandten Seite der abzutrennenden Scheibe größer als zuvor ist, so daß die Gefahr einer Berüh­rung vermindert wird, während andererseits die wirksame Schnittbreite nur geringfügig vergrößert wird.
  • Nach weiteren Kenntnissen gemäß der Erfindung ist zu berücksichtigen, daß bei zwei unter­schiedlich dicken Diamantmaterialschichten auf dem Rand des Kernes ein Ausbiegen des Sägeblattes bei seinem Spannen eintreten kann. Wird nämlich bei einer Inbetriebnahme das Sägeblatt stark gespannt, so wird der Durch­messer des Innenloches gedehnt.Infolge einer solchen Dehnung kann der Belag im Kantenbereich des Innenloches zu einer seitlichen Auslenkung führen und zwar insbesondere sofern er auf beiden Außenseiten des Blattes in unterschied­licher Stärke angeordnet ist. Das beruht da­rauf, daß die unterschiedlich starken Material­schichten auf dem Kern beim Spannen unter­schiedliche Gegenkräfte hervorrufen und als Folge ein Kräfteausgleich auftritt durch ein Kippen der stärkeren zur schwächeren Seite, so daß sich eine Schnittbreitenvergrößerung ergibt.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird dem dadurch abgeholfen, daß zusätzlich zu den unterschiedlichen Dicken des Diamant­belages auf den beiden Außenseiten des Blattes Vorsorge dafür getroffen ist, daß die Gesamt­anteile des Diamantbelages auf beiden Seiten des Blattes etwa gleich sind. Dafür kann der Randbereich des Diamantbelages auf einer Außen­seite des Blattes breiter sein als auf der anderen Außenseite, welche sich auf der insta­bilen Seite befindet. Stattdessen aber können bei gleicher Breite der beiden sich gegenüber­liegenden Randbereiche derjenige auf der sta­bilen Seite dicker sein, als der auf der in stabilen Seite, wenn zusätzlich der Diamantbe­lag im Kopfbereich auf der instabilen Seite verbreitert ausgebildet ist.
  • Allgemein haftet den vorgeschlagenen Lösungen der Vorteil an, daß sie unter Beibehaltung der üblichen Schnittbreiten durch eine seitli­che Verschiebung der Belagüberstände die Funk­tionssicherheit der Innenlochsäge verbessern und einen Materialausschuß an abgetrennten Scheiben vermindern.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach­stehend unter bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert.
  • In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1: eine Innenlochsäge im Betriebszustand bei schematischer Darstellung;
    • Figur 2: den Randabschnitt des Innenloches einer Säge in stark vergrößertem Maßstab und
    • Figur 3: eine weitere Ausführungsform einer Innen­lochsäge.
  • In der Figur 1 ist ein Stab 1 aus einem mono­kristallinen Silizium dargestellt, von dem extrem dünne Scheiben 2 abzutrennen sind. Dafür ist eine Innenlochsäge vorgesehen, die aus einem dünnen Metallblech 3 besteht, das in seiner Mitte mit einem Innenloch 4 versehen ist. Das Blech 3, das aus einem Chrom-Nickel-­Stahl bestehen kann, hat nur eine Dicke von 0,12 mm.
  • Der Randbereich des Innenloches 4 ist von einem Diamantbelag 5 umgeben. Die einzelnen Diamantkörner sind in einer metallischen Bin­dung gehalten. Der Diamantbelag 5 umgibt den zylindrischen Innenrand des Innenloches 4 sowie den angrenzenden Randabschnitt auf beiden Seiten des Blattes 3. Zum Abtrennen einer Scheibe 2 wird der Stab 1 in das Innenloch 4 hineingeführt. Anschließend wird mit dem Blatt 3 und seinem Innenloch 4 eine Scheibe 2 vom Stab 1 abgetrennt. Grundsätzlich ergibt sich dabei die Gefahr einer Durchbiegung einer Scheibe 2 entsprechend dem Pfeil 8 und damit seiner Berührung mit dem Blatt 3 bei fort­schreitender Schnitttiefe. Um dem abzuhelfen ist der Diamantbelag 5 auf der Seite der Schei­be 2, das heißt der sogenannten instabilen Seite stärker ausgebildet und zwar insbesondere im Kopfbereich 9 als auf der gegenüberliegenden Seite 7, bei der es sich um die stabile Seite handelt. Dadurch wird die Gefahr einer Berüh­rung der Scheibe 2 mit dem Blatt 3 vermindert.
  • Der größere Belagüberstand der Diamantschicht 5 über die Außenseite des Blattes 3 ist in der Figur 1 wie auch in der Figur 2 mit "X₂" bezeichnet. Der geringere Belagüberstand auf der stabilen Seite 7 ist mit "X₁" bezeichnet.
  • In der Figur 2 sind die Größenverhältnisse des Randbereiches am Innenloch eines Blattes 3 einer Innenlochsäge in Größenangaben darge­stellt. Bei dieser Ausführungsform hat der Randbereich auf der instabilen Seite eine Breite von 2,0 mm und auf der stabilen Seite eine Länge "L₂" von 2,5 mm. Auf der instabilen Seite 6 beträgt die Diamantbelagdicke im Kopf­bereich 90 µm = X₂ und die Belagstärke auf der stabilen Seite 7 im Kopfbereich 60 µm = X₁. Die gesamte Belagstärke im Kopfbereich beträgt 270 µm.
  • Auf der instabilen Seite 6 ist die Länge L₁ des Belages 5 zwar geringer als auf der gegen­überliegenden Seite die Belaglänge L₂. Dafür ist der Belag auf der instabilen Seite 6 stär­ker ausgebildet, so daß sich insgesamt zu beiden Seiten der Achse des Blattes 3 ein gleich großer Diamantbelaganteil findet.
  • Gleiches gilt sinngemäß auch für eine Anordnung entsprechend der Ausführung nach Figur 3. Dort ist im Kopfbereich auf der instabilen Seite die Diamantbelagdicke größer, als auf der stabilen Seite 7. Die Längen im Randbereich sind auf beiden Seiten gleich. Um einen Mate­rialausgleich und damit einen Spannungsaus­gleich zu erzielen ist jedoch der Belag 5 auf der Seite 6 dünner als auf der Seite 7.
  • Es versteht sich, daß die Erfindung nicht beschränkt ist auf die Verwendung einer Innen­lochsäge zum Trennen eines monokristallinen Siliziumstabes, sondern ebenso Anwendung finden kann für die Bearbeitung polykristalliner Materialien und anderer Stoffe als Silizium wie beispielsweise auch Germanium.

Claims (5)

1. Innenlochsäge, insbesondere zum Abtrennen dünner Scheiben von einem monokristallinen Siliziumstab, bestehend aus einem dünnen in seiner Mitte mit einem Innenloch verse­henen Blatt, das im Randbereich des Innen­loches einen Belag trägt, der aus Diamant- ­oder Bornitridkörnern besteht, die in einer galvanischen Bindung gehalten sind, wobei der Belag die innenliegende, zylindrische Umfangsfläche des Innenloches sowie die daran angrenzenden Randabschnitte auf den beiden Außenseiten des Blattes bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Diamantbelages (5) auf der Seite (6) der abzutrennenden Scheibe (2) größer ist als auf der anderen Außenseite des Blattes (3).
2. Innenlochsäge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtanteile des Diamantbelages (5) auf beiden Seiten des Blattes (3) gleich groß sind.
3. Innenlochsäge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Diamantbe­lages (5) in einem verbreiterten Kopfbereich (9) auf der Seite (6) der abzutrennenden Scheibe (2) größer ist als auf der anderen Seite des Blattes (3).
4. Innenlochsäge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich des Diamantbelages (5) auf einer Außenseite (7) des Blattes breiter ist als auf der anderen Außenseite (6) des Blattes.
5. Innenlochsäge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Randbereich des Diamantbelages (5) auf einer Außenseite (6) des Blattes (3) dicker ist als auf der anderen Außenseite (7) des Blattes.
EP87116283A 1986-11-20 1987-11-05 Innenlochsäge Expired - Lifetime EP0268152B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3639700 1986-11-20
DE19863639700 DE3639700A1 (de) 1986-11-20 1986-11-20 Innenlochsaege

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0268152A2 true EP0268152A2 (de) 1988-05-25
EP0268152A3 EP0268152A3 (en) 1990-01-17
EP0268152B1 EP0268152B1 (de) 1992-05-06

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ID=6314396

Family Applications (1)

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EP87116283A Expired - Lifetime EP0268152B1 (de) 1986-11-20 1987-11-05 Innenlochsäge

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EP (1) EP0268152B1 (de)
JP (1) JPS63200971A (de)
DE (2) DE3639700A1 (de)

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