DE8806254U1 - Internal hole saw - Google Patents
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Description
(GmbH & Co.), Hamburg
meine Akte? 6123/ft« (GmbH & Co.), Hamburg
my file? 6123/ft«
DieErfindung betrifft eine Innenlochsäge, die aus feinem Metallblatt besteht und im Randbereich ihres Innenloches einen Schneidbelag trägt, der aus einer diamantdurchsetzten Matrix besteht. Derartige Innenlochsägen werden insbesondere benutzt zum Schneiden von Stangen aus monokristallinem Silizium für die Herstellung von sogenannten wafers bzw. sehr dünnen Scheiben wie sie benutzt werden als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Chips in der Computerindustrie.The invention relates to an internal hole saw which consists of a fine metal blade and has a cutting coating made of a diamond-encrusted matrix in the edge area of its internal hole. Such internal hole saws are used in particular for cutting rods made of monocrystalline silicon for the production of so-called wafers or very thin slices, such as those used as starting material for the production of chips in the computer industry.
Derartiges hoch reines monokristallines Silizium wird in einem komplizierten Herstellungsprozess gewonnen und ist deshalb ein sehr hochwertiges Material. Beim Schneiden der sehr dünnen Scheiben, die in der Regel nur eine Stärke von etwa 0,5 mm aufweisen bei einem Durchmesser von etwa 150 mm ist es deshalb von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung, nur einen geringenSuch high-purity monocrystalline silicon is obtained in a complicated manufacturing process and is therefore a very high-quality material. When cutting the very thin slices, which are usually only about 0.5 mm thick and have a diameter of about 150 mm, it is therefore of particular economic importance to use only a small
Schnittverlust in Kauf nehmen zu müssen. Das erfordert äußerst geringe Schnittbreiten und nur einen geringen Freischnitt, wie es sich erreichen läßt durch die Verwendung von sehr dünnen gewalzten Blechen von hoher Festigkeit für die Ausbildung des Sägeblattes. Zur Verwendung kommen deshalb Innenlochsägen, deren Blätter aus einem Chrom/Nickel-Stahl bestehen mit einer Stärke zwischen 0,1 und 0,15 mm, wobei ihre Schnittbreite, die sich ergibt aus der Stärke des diamanthaltigen Schneidbelages in der Größenordnung von 0,25 bis 0,35 mm liegt.Cutting loss is a factor. This requires extremely small cutting widths and only a small amount of clearance, which can be achieved by using very thin rolled sheets of high strength for the saw blade. Internal hole saws are therefore used, the blades of which are made of chrome/nickel steel with a thickness of between 0.1 and 0.15 mm, with their cutting width, which results from the thickness of the diamond-containing cutting coating, being in the order of 0.25 to 0.35 mm.
Obwohl der Sägeprozess beim Herstellen der genannten wafers unter Anwendung von Innenlochsägen auf automatisch gesteuerten Spezialmaschinen durchgeführt wird, ergeben sich doch in der Praxis beim Einsatz von Innenlochsägen gewisse Probleme, die auf ihre besondere Beschaffenheit zurückzuführen sind. Das liegt zum einen an der Notwendigkeit, das Blatt an seinem Rand trommelartig aufzuspannen und dabei in die Nähe seiner Streckgrenze zu belasten, um ein Werfen des Blattes bzw. Verbiegungen desselben zu verhindern, welche zu einem fehlerhaften Schnittverlauf führen. Daneben ergeben sich Probleme in der Zuführung von Kühlmitteln während des Sägens, da nur mit geringen Kühlmittelmengen gearbeitet werden kann, wenn sichergestellt sein soll.- dall die dünnen wafers bzw. Scheiben nicht während des Trenn - bzw. Sägeprozesses aus ihrer Stellung herausgedrückt werden.Although the sawing process used to manufacture the wafers mentioned is carried out using internal hole saws on automatically controlled special machines, in practice certain problems arise when using internal hole saws which are due to their special nature. This is due on the one hand to the need to clamp the blade at its edge like a drum and to load it close to its yield point in order to prevent the blade from warping or bending, which would lead to an incorrect cut. There are also problems with the supply of coolants during sawing, as only small quantities of coolant can be used to ensure that the thin wafers or discs are not pushed out of their position during the cutting or sawing process.
Trotz aller in der Praxis dagegen zu treffender Vorsichtsmaßnahmen läßt sich nicht verhindern, daß beim Sägen eines Siliziumstabes das Blatt aus Chrom/Nikkel-Stahl der Innenlochsäge mit dem monokristallinen Silizium in unmittelbare Berührung kommt. Eine derartige Berührung führt zu einer ortlichen Erwärmung des Blattes, mit der die Gefahr eines Werfens bzw. eines Verbiegens des Blattes verbunden ist, die zu einem Schnittverlauf führt und damit zu einer unerwünschten Produktion von Ausschuß an dem teuren monokristallinem Silizium.Despite all the precautions that must be taken in practice, it cannot be prevented that when sawing a silicon rod, the chrome/nickel steel blade of the internal hole saw comes into direct contact with the monocrystalline silicon. Such contact leads to local heating of the blade, which is associated with the risk of the blade warping or bending, which leads to a cutting path and thus to the undesirable production of rejects on the expensive monocrystalline silicon.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Verwerfen in Folge einer Berührung zwischen dem Blatt und dem Silizium soweitgehend als möglich zu verhindern durch Verbesserung der sogenannten Notlaufeigenschaft der Säge insbesondere bei unzureichender Kühlung. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß das Blatt auf seinem an den Schneidbelag angrenzenden Bereich eine durch chemische Dampfabscheidung aufgetragene Reibschutzschicht aus diamantartigen Kohlenstoff trägt. Eine solche Reibschutzschicht kann sich bis an den Außenrand des Blattes erstrecken. Da sie sich auftragen läßt in einer Stärke von nur 1 bis 5 Mikrometern kann sie auch bis an den Rand des Innenloches reichen, das heißt auf dem Schneidbolag liegen, in dem sie aufgebracht wird nach dem Auftragen des Schneidbelages bei der Herstellung der Innenlochsäge.The object of the invention is to prevent such warping as a result of contact between the blade and the silicon as far as possible by improving the so-called emergency running properties of the saw, particularly in the case of insufficient cooling. According to the invention, the blade has a friction protection layer made of diamond-like carbon applied by chemical vapor deposition on its area adjacent to the cutting coating. Such a friction protection layer can extend to the outer edge of the blade. Since it can be applied in a thickness of only 1 to 5 micrometers, it can also extend to the edge of the inner hole, i.e. lie on the cutting coating in which it is applied after the cutting coating has been applied during the manufacture of the inner hole saw.
Der Auftrag der Reibschutzschicht bzw. der Schicht zur Verbesserung der Reibung zwischen dem Chrom/Nickelftahiblatt und dem Silizium kann erfolgen nach dem Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung oder der Plasmaabscheidung.The application of the friction protection layer or the layer to improve the friction between the chrome/nickel foil sheet and the silicon can be carried out using the chemical vapor deposition or plasma deposition process.
Beim bekannten Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung, das in der Fachwelt auch bezeichnet wird als CVD -Verfahren (Chemical Vapor Deposition) erfolgt die Aufbringung einer dünnen Schicht durch eine chemische Reaktion von gasförmigen Komponenten. Dabei ist es unter anderem möglich, unter Verwendung von Methangas eine Abscheidung von diamantartigem Kohlenstoff herbeizuführen, wobei jedoch unter Temperaturen in der Größenordnung von über 1.0000C gearbeitet wird. Demgegenüber bildet das bekannte sogenannte Plasma Verfahren den Unterschied, daß bei niedrigem Druck eine Aufheizung der Gasphase durch Hochfrequenz oder elektrische Entladung "rfolgt und die Gasteilchen entsprechend geladene Ionen sind, so daß sie bei ihrem Auftreffew auf dem Träger extrem energiereich sind und eine Verbindung eingehen können, und einen diamantartigen Kohlenstoff bilden. Die erfindungsgemäSe Reibschutzschicht wird deshalb vorzugsweise in einem plasnagestützten Prozeß hergestellt, wobei in der Beechichtungskammer in einer besonderen kohlenstoffhaltigen Gasatmosphäre bei vermindertem Druck eine Plasmaentladung hervorgerufen wird, das heißt eine elekt-In the known process of chemical vapor deposition, which is also referred to in the technical world as CVD (Chemical Vapor Deposition) process, a thin layer is applied by a chemical reaction of gaseous components. Among other things, it is possible to deposit diamond-like carbon using methane gas, although this is done at temperatures in the order of magnitude of over 1,000 ° C. In contrast, the known so-called plasma process is different in that the gas phase is heated at low pressure by high frequency or electrical discharge and the gas particles are correspondingly charged ions, so that when they hit the carrier they are extremely energetic and can form a bond and form diamond-like carbon. The friction protection layer according to the invention is therefore preferably produced in a plasma-supported process, whereby a plasma discharge is caused in the coating chamber in a special carbon-containing gas atmosphere at reduced pressure, i.e. an electrical discharge.
rische Hochfrequenzentladung erzeugt wird, aus der sich die gewünschte Schicht abscheidet. Dies erfolgt während das beschichtete Blech praktisch kalt bleibt. Die nach einem solchen Verfahren hergestellte Reibschutzschicht besteht aus nahezu reinem Kohlenstoff, Irical high-frequency discharge is generated, from which the desired layer is deposited. This takes place while the coated sheet remains practically cold. The anti-friction layer produced using such a process consists of almost pure carbon, I
der einen diamantartigen Charakter aufweist und ehe- |which has a diamond-like character and is |
misch inert ist. Ihre Härte kann über 3.500HV (Vickers l Härte) liegen mit dem besonderen Vorteil eines extremIts hardness can be over 3,500HV (Vickers l hardness) with the special advantage of an extremely
niedrigen Reibkoeffizienten, so daS sich die Reib- Ilow friction coefficient, so that the friction I
Schutzschicht vorzüglich eignet, das Problem der Notlaufeigenschaften von Chrom/-Nickel-Stahl auf Silizium als wirksame Zwischenschicht zu lösen.Protective layer is ideally suited to solving the problem of the emergency running properties of chromium/nickel steel on silicon as an effective intermediate layer.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit anstelle des Auftrages einer diamantartigen Kohlenstoffschicht eine Schicht aus Titannitrid und/oder Siliziumnitrid durch plasmaunterstützte Abscheidung aufzutragen, gleichwohl diese Stoffe sich zur Zeit noch nicht so einfach im Verfahren handhaben lassen wie die Herstellung kohlenstoffhaltiger Gleitschichten.In principle, it is also possible to apply a layer of titanium nitride and/or silicon nitride by plasma-assisted deposition instead of applying a diamond-like carbon layer, although these materials are currently not as easy to handle in the process as the production of carbon-containing sliding layers.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Darin zeigen:An embodiment of the invention is explained below with reference to a drawing. In it:
Figur 1: eine Innenlochsäge mit Stab in der SeitenansichtFigure 1: an internal hole saw with rod in side view
-S--S-
undand
Figur 3: die Innenlochsäge mit Stab im vergrößerten Maßstab.Figure 3: the internal hole saw with rod on an enlarged scale.
Die Innenlochsäge 1 besteht aus einem kreisrunden Blatt 2 aus gewalztem Chrom/Nickel-Stahl, das in seiner Mitte mit einem Innenloch 3 versehen ist. Zum Spannen des Sägeblattes 2 ist dieses an seinem Außenrand mit einem Spannring 4 versehen, der durch Schrauben 5 gehalten ist.The inner hole saw 1 consists of a circular blade 2 made of rolled chrome/nickel steel, which has an inner hole 3 in its center. To clamp the saw blade 2, it is provided with a clamping ring 4 on its outer edge, which is held by screws 5.
Das Innenloch ist auf seiner Innenseite und den beiden seitlich angrenzenden Randabschnitten mit einem Schneidbelag 6 versehen, der aus Diamanten besteht, die in einer Matrix gehalten sind.The inner hole is provided on its inner side and the two adjacent edge sections with a cutting coating 6 consisting of diamonds held in a matrix.
Der Außendurchmesser der Innenlochsäge beträgt 660 mm. Die Stärke des Chrom/Nickel-Bleches 0,12 mm. Durch den Schneidbelag 6 ergibt sich eine Schnittbreite von 0,j mm. Damit lassen sich von einem Stab 7 aus monokristallinem Silizium Scheiben 9 in einer Stärke von etwa 0,5 mm abtrennen bei nur sehr geringem Schnittverlust, die für eine Weiterverarbeitung zu Chips zur Verwendung in der elektronischen Bauindustrie geeignet sind.The outer diameter of the inner hole saw is 660 mm. The thickness of the chrome/nickel sheet is 0.12 mm. The cutting coating 6 results in a cutting width of 0.j mm. This allows discs 9 with a thickness of around 0.5 mm to be cut from a rod 7 made of monocrystalline silicon with only very little cutting loss, which are suitable for further processing into chips for use in the electronic construction industry.
Da die Gefahr besteht, daß bei Berührungen des Blattes 2 mit dem Siliziumstab 7 und den Scheiben 9 während des Säge bzw. Trennvorganges Erwärmungen des Sägeblat-Since there is a risk that contact between the blade 2 and the silicon rod 7 and the disks 9 during the sawing or cutting process may cause the saw blade to heat up,
tes 2 auftreten, die zu einem Werfen bzw. Verbiegen desselben führen, ist das Blatt 2 auf seinen beiden Seiten mit einer Reibschutzschicht 8 bzw. 8" versehen, die aus einer sehr harten Kohlenstoffschicht mit diamantähnlichem Charakter besteht und die Notlaufeigenschaften des Blattes 2 wesentlich verbessert und ein Verwerfen des Sägeblattes 2 verhindert. Diese Reibschutzschicht 8 wird in einer Stärke von 0,002 mm in einem plasmagestützten Prozeß aufgebracht. Dabei wird das Blatt 2 in der Beschxchtungskammer in einer kohlenstoffhaltigen, bevorzugt methanhaltigen Gasatmosphäre bei niedrigem Druck einer Plasmaentladung ausgesetzt, bei der eine elektrische Hochfrequenzentladung erzeugt wird, aus der sich die Reibschutzschicht auf dem Blatt 2 abscheidet.In order to prevent damage to the saw blade 2 that could cause it to warp or bend, the blade 2 is provided on both sides with a friction protection layer 8 or 8" which consists of a very hard carbon layer with a diamond-like character and which significantly improves the emergency running properties of the blade 2 and prevents the saw blade 2 from warping. This friction protection layer 8 is applied in a thickness of 0.002 mm in a plasma-assisted process. The blade 2 is exposed to a plasma discharge in the coating chamber in a carbon-containing, preferably methane-containing gas atmosphere at low pressure, in which a high-frequency electrical discharge is generated, from which the friction protection layer is deposited on the blade 2.
Bei dem in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Reibschutzschicht 8 nur bis an den Schneidbelag 6 heran. Es besteht grundsätzlich jedoch die Möglichkeit, daß sich die Reibschutzschicht vom Innenloch 3 bis an den Außenrand desBlattes 2erstreckt.In the embodiment shown in the drawing, the friction protection layer 8 only extends as far as the cutting surface 6. However, it is fundamentally possible for the friction protection layer to extend from the inner hole 3 to the outer edge of the blade 2.
Durch die geschilderten Maßnahmen wird erreicht, daß die Siliziumscheiben eine höhere Planität aufweisen und ein Verlaufen des Sägeblatte 2 im Silizium verhindert wird. Darüber hinaus wird die Standzeit des Sägeblattes wesentlich erhöht.The measures described ensure that the silicon disks have a higher level of flatness and that the saw blade 2 is prevented from running in the silicon. In addition, the service life of the saw blade is significantly increased.
Claims (6)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0424953A2 (en) * | 1989-10-27 | 1991-05-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Inner peripheral type thin plate blade: method of producing the same |
-
1988
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| EP0424953A2 (en) * | 1989-10-27 | 1991-05-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Inner peripheral type thin plate blade: method of producing the same |
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| US5133783A (en) * | 1989-10-27 | 1992-07-28 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Inner peripheral type thin plate blade and method of producing the same |
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