用于鋼絲鋸的鋼絲導(dǎo)輥制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及用于由圓柱形工件同時(shí)切割許多晶片的鋼絲鋸中的鋼絲導(dǎo)輥，該鋼絲導(dǎo)輥具有厚度為至少２ｍｍ且最多７．５ｍｍ的涂層，該涂層由肖氏Ａ硬度為至少６０且最多９９的材料組成，而且該鋼絲導(dǎo)輥還包括多個(gè)引導(dǎo)鋸切鋼絲的溝槽，其中這些溝槽均具有曲率半徑Ｒ為鋸切鋼絲直徑Ｄ的０．２５至１．６倍的彎曲的溝槽底部及６０至１３０°的孔徑角。此外，本發(fā)明專利技術(shù)還涉及通過鋼絲鋸由圓柱形工件同時(shí)切割許多晶片的方法，其中使用該鋼絲導(dǎo)輥。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及用于鋼絲鋸的鋼絲導(dǎo)輥，該鋼絲鋸用于從圓柱形工件， 尤其是從由半導(dǎo)體材料組成的工件同時(shí)切割許多晶片，其中借助于推進(jìn) 設(shè)備，工件和鋼絲鋸的鋼絲排沿著與工件縱軸垂直的方向進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 由此引導(dǎo)工件穿過鋼絲排。
技術(shù)介紹
通常借助于鋼絲鋸在一個(gè)加工步驟中將半導(dǎo)體材料的圓柱形單晶或 多晶工件同時(shí)切割成許多半導(dǎo)體晶片，由此制備半導(dǎo)體晶片。該鋼絲鋸的主要組件包括機(jī)械框架、推進(jìn)設(shè)備和由包括平行的鋼絲段(Drahtabschnitten)的排組成的鋸切工具。該工件通常通過粘合或粘 結(jié)固定在所謂的鋸切條(Sageleiste)上。接著將鋸切條固定在裝配板上， 以便將工件夾在鋼絲鋸中。鋼絲鋸的鋼絲排通常由多個(gè)平行的鋼絲段形成，這些鋼絲段在至少 兩個(gè)鋼絲導(dǎo)輥之間繃緊，鋼絲導(dǎo)輥以可旋轉(zhuǎn)的方式安裝，并驅(qū)動(dòng)它們之 中的至少一個(gè)。鋼絲段通常屬于以螺旋形纏繞在輥系統(tǒng)上并從備用輥解 繞至接收輥上的單股有限的鋼絲。在鋸切過程中，推進(jìn)設(shè)備的作用是引導(dǎo)鋼絲段與工件彼此反向地相 對(duì)運(yùn)動(dòng)。該推進(jìn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果是，施加鋸切懸浮液的鋼絲運(yùn)動(dòng)以形成穿過 工件的平行鋸路。也稱作漿料的鋸切懸浮液含有懸浮于液體中的硬 材料顆粒，如碳化硅。也可使用具有牢固結(jié)合的磨料的鋸切鋼絲。在此 情況下，無需施加鋸切懸浮液。只需添加避免鋼絲和工件過熱且同時(shí)從 切口帶走工件切屑的液態(tài)冷卻潤(rùn)滑劑(如水)。由圓柱形半導(dǎo)體材料如單晶棒制造半導(dǎo)體晶片對(duì)于鋸切方法的要求 嚴(yán)格。鋸切方法的目的通常是使每個(gè)鋸過的半導(dǎo)體晶片具有兩個(gè)盡可能 平坦且相互平行的表面。除了厚度變化以外，半導(dǎo)體晶片的兩個(gè)表面的平坦度也非常重要。 在利用鋼絲鋸切割半導(dǎo)體單晶如硅單晶之后，由此制備的晶片具有波紋 狀表面。根據(jù)波紋的波長(zhǎng)和幅度以及去除材料的深度，可以將該波紋在 諸如磨削或拋光的后序步驟中部分或完全地去除。在最不利的情況下， 即使在拋光之后，仍然在最終半導(dǎo)體晶片上檢測(cè)到可能具有從幾毫米至例如50毫米的周期性的此類表面不規(guī)則性(起伏、波動(dòng)性)，它們對(duì)局 部幾何形狀造成不利影響。作為實(shí)際晶片形狀與所追求的理想晶片形狀(即Sori)的偏差的 度量的弓形和翹曲參數(shù)決定性地取決于切割的直線度，而該直線度決定 性地取決于所用鋼絲導(dǎo)輥的特性。鋼絲導(dǎo)輥通常具有涂層。此外，它們具有許多溝槽，鋸切鋼絲被引 導(dǎo)通過溝槽，并由此形成鋼絲鋸的鋼絲排。通常使用具有聚氨酯涂層的鋼絲導(dǎo)輥。由于具有結(jié)合的磨料的切割 鋼絲，聚氨酯對(duì)于研磨漿料或者對(duì)于磨損具有顯著的耐磨性。但是在現(xiàn)有技術(shù)中，例如在50次操作之后，逐漸出現(xiàn)主要引起溝槽 幾何形狀改變的鋼絲導(dǎo)輥的磨損。然而這是非期望的，因?yàn)殇徢袖摻z的 最佳引導(dǎo)由于該溝槽幾何形狀的此類改變而不再得到保證。JP 2006-102917 A2建議使用包含5至30重量％的碳化硅磨料的聚氨 酯作為涂層，使得該涂層比僅包含聚氨酯的涂層明顯更硬。然而，在鋼絲引導(dǎo)涂層過硬時(shí)，不再確保鋼絲與鋼絲導(dǎo)輥之間的摩 擦連接，從而在運(yùn)動(dòng)中不再最佳地固定鋼絲排。這也適用于在JP11-099465 A2中所公開的鋼絲導(dǎo)輥。在此，輥的涂 層也應(yīng)包含硬度可與研磨的碳化硅顆粒相比的材料。碳化硅顆粒的硬度 為3000至4000 HV (維氏硬度)。JP 11-262853采用了通過用低氧等離子體處理鋼絲導(dǎo)輥表面的類似 方法。由此應(yīng)使鋼絲導(dǎo)輥的表面更均勻，這應(yīng)致使鋼絲導(dǎo)輥的壽命約為 2倍。由此還可以改善鋸切的晶片的波動(dòng)性。該鋼絲導(dǎo)輥包含硬的聚氨 酯樹脂的表面。未受損的鋼絲導(dǎo)輥的溝槽具有在現(xiàn)有技術(shù)中常見的V形 形狀。因此，本專利技術(shù)的目的在于提供適用于鋼絲鋸的鋼絲導(dǎo)輥，并克服了 現(xiàn)有技術(shù)的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)涉及用于由圓柱形工件同時(shí)切割許多晶片的鋼絲鋸中的鋼絲 導(dǎo)輥，該鋼絲導(dǎo)輥具有厚度為至少2mm且最多7.5mm的涂層，該涂層 由肖氏A硬度為至少60且最多99的材料組成，而且該鋼絲導(dǎo)輥還包括 多個(gè)引導(dǎo)鋸切鋼絲的溝槽，其中這些溝槽均具有曲率半徑R為鋸切鋼絲 直徑D的0.25至1.6倍的彎曲的溝槽底部及60至130。的孔徑角。根據(jù)本專利技術(shù)的鋼絲導(dǎo)輥包括肖氏A硬度等級(jí)為至少60且最多99的 木才卑斗的涂層。在ISO 868中描述了彈性體的肖氏A硬度測(cè)量。鋼絲導(dǎo)輥的涂層優(yōu)選由肖氏A硬度在82至99之間的材料組成。特別優(yōu)選使用基于聚酯或聚醚的聚氨酯。這可以包括可輥壓的聚氨 酯和鑄塑聚氨酯。鋼絲導(dǎo)輥的涂層在任何情況下都不應(yīng)太軟，因?yàn)檫@對(duì)溝槽的塑性變 形的耐抗性不足。在此情況下，鋸切鋼絲會(huì)切入鋼絲導(dǎo)輥中。這會(huì)引起 溝槽幾何形狀的改變，使得不再最佳地引導(dǎo)鋸切鋼絲，并且在發(fā)生側(cè)向 力時(shí)會(huì)容易地脫離。這對(duì)切割的精確度和直線度產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo) 致更差的弓形值和翹曲值，它們?cè)诤笮蚣庸げ襟E中無法或僅以高費(fèi)用才 能改善和校正。輥芯，即鋼絲導(dǎo)輥的基體，優(yōu)選由鋼如熱膨脹率低的特種鋼(Ingwar 鋼)組成。但作為輥芯材料還可使用鋁、不銹鋼、鈦、碳或復(fù)合材料， 如GFP和CFP。 GFP和CFP是分別由玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)的塑料。鋼絲導(dǎo)輥包括許多引導(dǎo)鋸切鋼絲的溝槽。所有溝槽均具有包括彎曲 的溝槽底部和特定孔徑角的溝槽側(cè)壁的確定的均勻的幾何形狀。其中引導(dǎo)鋸切鋼絲的溝槽底部的曲率半徑R相當(dāng)于所用鋸切鋼絲的 直徑D的至少25X，但最多大于該直徑60%。這意味著R = 0.25 D ~ 1.6D。但溝槽底部的曲率半徑優(yōu)選小于鋸切鋼絲的直徑。溝槽的曲率半徑 R優(yōu)選為鋸切鋼絲直徑的0.4至0.9倍，艮卩R = 0.4 D ~ 0.9 D。 根據(jù)本專利技術(shù)，每個(gè)溝槽的孔徑角均為60至130。。 孔徑角優(yōu)選為80至110°。鋼絲導(dǎo)輥的涂層厚度特別優(yōu)選大于或等于2 mm且小于或等于 6 mm。本專利技術(shù)的專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有技術(shù)中己知的V形溝槽形狀相比，根 據(jù)本專利技術(shù)的溝槽形狀具有優(yōu)點(diǎn)。該涂層優(yōu)選由具有根據(jù)本專利技術(shù)的特定硬度等級(jí)的聚氨酯組成。聚氨 酯為可壓縮的材料。以相對(duì)較大的拉力(每圈鋼絲20至30N，通常約 為300圈鋼絲)在輥上繃緊的鋸切鋼絲將涂層壓縮至零點(diǎn)幾毫米的范圍 內(nèi)。此外，整個(gè)涂層上的壓縮力不恒定，而是會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)檫m用于 下式，對(duì)于鋼絲鋸切過程特別重要的鋼絲拉力直接取決于F = AxExdl/l，其中F代表鋼絲拉力，A代表鋼絲的橫截面積，E代表彈性模量，dl代 表長(zhǎng)度變化，而l代表鋼絲的自由長(zhǎng)度。涂層厚度越大，則涂層的壓縮力越大，這導(dǎo)致鋼絲拉力的大幅變化 而對(duì)鋸切過程造成不利影響。另一方面，不應(yīng)選擇涂層厚度為任意小，因?yàn)樵诖饲闆r下，產(chǎn)生的 鋼絲力直接作用于輥芯上，且會(huì)導(dǎo)致涂層脫落。根據(jù)本專利技術(shù)的2 mm至7.5 mm的涂層厚度避免了鋼絲拉力的此類變 化和輥涂層的脫落，并使在鋼絲鋸切過程中切割的晶片的幾何品質(zhì)最佳。 在現(xiàn)有技術(shù)中，目前通常使用涂層厚度大于8 mm，通常大于10 mm的 鋼絲導(dǎo)輥。本專利技術(shù)第一次表明了鋼絲導(dǎo)輥的涂層厚度與壽命之間的關(guān)系。本專利技術(shù)的專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)，鋼絲導(dǎo)輥的涂層的根據(jù)本專利技術(shù)的硬度以及根 據(jù)本專利技術(shù)的涂層厚度使輥的磨損最優(yōu)化，因此使鋼絲導(dǎo)輥的壽命更長(zhǎng)， 這確保在更經(jīng)濟(jì)地使用助劑方面明確的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)點(diǎn)。與涂層厚度相關(guān)的根據(jù)本專利技術(shù)的溝槽形狀確保最佳地引導(dǎo)在鋼絲導(dǎo) 輥的溝槽中的鋸切鋼絲，還改善切割品質(zhì)，因此使鋸切的晶片的幾何形 狀更佳。根據(jù)本專利技術(shù)的鋼絲導(dǎo)輥用于鋼本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
用于由圓柱形工件同時(shí)切割許多晶片的鋼絲鋸中的鋼絲導(dǎo)輥，該鋼絲導(dǎo)輥具有厚度為至少２ｍｍ且最多７．５ｍｍ的涂層，該涂層由肖氏Ａ硬度為至少６０且最多９９的材料組成，而且該鋼絲導(dǎo)輥還包括多個(gè)引導(dǎo)鋸切鋼絲的溝槽，其中這些溝槽均具有曲率半徑Ｒ為鋸切鋼絲直徑Ｄ的０．２５至１．６倍的彎曲的溝槽底部及６０至１３０°的孔徑角。

【技術(shù)特征摘要】
DE 2007-4-25 102007019566.61、用于由圓柱形工件同時(shí)切割許多晶片的鋼絲鋸中的鋼絲導(dǎo)輥，該鋼絲導(dǎo)輥具有厚度為至少2mm且最多7.5mm的涂層，該涂層由肖氏A硬度為至少60且最多99的材料組成，而且該鋼絲導(dǎo)輥還包括多個(gè)引導(dǎo)鋸切鋼絲的溝槽，其中這些溝槽均具有曲率半徑R為鋸切鋼絲直徑D的0.25至1.6倍的彎曲的溝槽底部及60至130°的孔徑角。2、 根...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：A胡貝爾，E奧爾，M舍恩赫費(fèi)爾，H西霍費(fèi)爾，P維斯納，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：硅電子股份公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：DE[德國(guó)]