专利名称：用于分割材料的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分割材料的装置和方法，尤其是涉及一种用于分割单晶体的装置和方法。
背景技术：
内孔切割是一种公知的分割单晶体的方法，该方法特别用于半导体晶片的生产。图1是一个从中心纵轴M方向上看的示意图，示意性地表示了用于单晶体1的内孔切割。如图1所示，基本为带一根中心纵轴M的圆柱体构造的所述单晶体1装配在一个未示出的固定装置上，并且所述单晶体1借助于一个未示出的进给装置，和所述固定装置一起可在与中心纵轴M垂直的方向上移动。为了分割或切割所述晶片，提供一个切割圆盘2，所述切割圆盘2由一个具有同心内孔的铁心片2a组成，在所述铁心片2a的包围内孔的边缘3处镶有金刚石磨粒，并且因此形成一个切割边缘。在所述铁心片的外边缘和内边缘之间的铁心片宽度比所述单晶体的直径大，因此在图中仅示意地表示了内边缘。通过一个驱动装置所述切割圆盘2沿图1所示的方向A围绕其中心轴R旋转。所述切割圆盘和所述单晶体彼此如此布置，即所述切割圆盘2的旋转轴R和所述单晶体1的中心纵轴M彼此以一个间距地平行伸展。此外所述单晶体1借助于所述进给装置以垂直于其中心纵轴M的方向朝着切割圆盘2的方向移动，这样在旋转时，所述切割圆盘沿着垂直于中心纵轴M的一个平面完整地切割所述单晶体1，并且所述单晶体1可从所述切割圆盘2处移开，进入一个可以取出所分割晶片的位置。
在围绕所述内孔的所述切割圆盘2的边缘3内部，沿旋转方向A，在所述切割圆盘进入所述单晶体1的位置P1的前面，即下面称作的进入侧处，提供有一个将冷却润滑剂输送到切割边缘上的冷却润滑剂输送装置4。沿旋转方向A，在所述切割圆盘从所述单晶体1出来的位置P2的后面，即下面称作离开侧处，提供有一个用于冷却润滑剂的第二输送装置。当运行时，在所述切割圆盘2进入所述单晶体1之前，通过所述输送装置4将所述冷却润滑剂供给到所述切割边缘或所述切割圆盘2上，然后通过所述切割圆盘2的旋转，所述冷却润滑剂被供给到在切割时所形成的切割裂缝中。当所述切割圆盘2从所述单晶体1中出来时，通过第二输送装置5再次供给冷却润滑剂，以此保证净化和运出穿过所述切割裂缝的被磨蚀的材料。给冷却润滑剂添加附加物，所述附加物降低表面张力，并且因此使所述切割圆盘的润湿得到改善。此外所述公知的装置还具有一个用于断续地冲洗所述铁心片和所述夹紧系统的装置。
在所述公知的装置中存在这样的问题，即在切割过程中，有效地净化和运出被磨蚀掉的材料需要如此多的冷却润滑剂，致使得所述切割裂缝充满冷却润滑剂和所磨蚀掉的材料。这样就导致了在切割裂缝窄的情况下，发生所述切割圆盘2的所述铁心片和所述晶片块之间的接触。所述晶片块由于附着力的作用而被吸到所述铁心片上，并且被分割的晶片的质量受到不利影响。在接触面大时则出现所述晶片的撕裂。而相反如果冷却润滑剂量太小，则净化和运出效果不充分。此外减小表面张力的附加物使铁心片有较好的润湿，这促进了铁心片上的切割悬浮液的蒸发和干燥。
发明内容
本发明的任务是提供一个利用内孔切割进行切割晶片的装置和方法，该装置或方法避免了上述的不足。
所述任务是通过根据权利要求1或14的装置以及根据权利要求8或16的方法来完成的。
本发明的进一步构型在从属权利要求中详细说明。
根据本发明的装置和根据本发明的方法尤其具有这个优点，即在切割过程中所需要的冷却润滑剂比公知装置所需要的少。以此形成一个高质量的切割。
本发明的其它特征和实用性从根据附图的实施例描述中得出。
附图示出图1是公知装置在单晶体纵轴方向上的示意图；图2是根据本发明装置的实施例在单晶体中心纵轴方向上的示意图；图3是根据本发明的方法的冷却步骤的示意图；图4是在切割前往切割工具上分撒冷却润滑剂的步骤的示意图；图5是切割步骤的示意图；以及图6是本发明方法中的净化步骤的示意图。
具体实施例方式
如图2所示，根据本发明的装置按照公知的方式具有用于单晶体1的固定装置和进给装置以及切割圆盘2，所述切割圆盘2具有铁心片2a和镶有金刚石磨粒的切割圆盘内孔边缘3。与公知的装置不同的是，根据本发明的装置具有一个将冷却润滑剂输送到内孔边缘3和切割圆盘2上的第一输送装置10，从切割圆盘2的旋转方向上看，所述第一输送装置10配置在离开侧，在穿过单晶体1的通路P2之后的位置处。用于冷却润滑剂的所述第一输送装置10比如构成一个喷嘴。此外一个用于净化剂的第二输送装置11配置在内孔区域的离开侧。此外将一种气态介质，尤其是将压缩空气输送到切割圆盘2，尤其是边缘3上的装置12也配置在离开侧。
根据本发明的装置的运行和根据本发明的方法在图3至6中示出。在切割或分割操作之前使切割圆盘2和单晶体1彼此分离。然后所述单晶体1相对于所述切割圆盘2移动，并且所述切割圆盘2旋转地切入所述单晶体1的材料中以便对其进行切割。如图3所示，在切割过程中，具有小的体积流量，即具有低的速度v和低的压力p的冷却润滑剂通过所述输送装置10供给到所述边缘3上，所述边缘3形成切割边缘。作为冷却润滑剂的材料是一种具有附加物的冷却润滑剂，所述附加物增加了冷却润滑剂的表面张力σ，因此削弱了铁心片2a的润湿。这导致了切割圆盘2的铁心片2a的差的润湿，并且在铁心片2a的表面上形成冷却润滑剂滴20。类似地在切割过程中，如图4所示，压缩空气也通过压缩空气源12吹到所述边缘3上，以此补偿不良的润湿。压缩空气还有助于滴20的形成和分布。如图5所示，在切割过程中，借助于所述边缘3和在所述铁心片2a的表面上形成的冷却润滑剂滴20，所述切割圆盘2插入所述单晶体1中以便分割晶片块1a。不断地向其供给低压力p的空气和冷却润滑剂。切割时，所述铁心片2a上的冷却润滑剂滴20吸收所磨蚀掉的材料并且将其分布在铁心片上，而不会出现干燥或接触所述晶片的现象。
在切割过程之后，所述单晶体1和所分割的晶片通过所述进给装置离开切割圆盘2，这使得切割圆盘与单晶体或与所分割的晶片彼此分离，如图6所示。现在通过输送装置12供给具有高压力p的压缩空气，同时通过输送装置11供给具有较高速度v的足量净化剂，以此对堆积在所述铁心片上和包围在所述滴20中的材料进行净化和运出。
因此根据本发明的方法是一个双步骤的方法，在所述双步骤方法的切割过程中，在离心力的作用下，相继进行切割工具的冷却，冷却剂的流动，所磨蚀掉的材料在冷却润滑剂滴中的封包，以及带有被磨蚀掉材料的冷却润滑剂滴的分配和保持。在第二步骤中，当所述单晶体从所述切割圆盘移开后，通过高空气压力和足够的冷却润滑剂供给对所磨蚀掉的材料进行净化和运出。在所述第二步骤中所使用的净化剂可以是所述冷却润滑剂，然而也可以是另一种物质，比如水。因此冷却润滑剂和净化剂可以具有不同的特性。
在根据本发明的方法中，用于冷却和润滑的冷却润滑剂比用于净化和运出所磨蚀掉的材料所需要的冷却润滑剂要少得多。一个高质量的切割仅仅通过这样少量的冷却润滑剂就可以取得。在实际切割过程中，将冷却润滑剂量调到为保证冷却和润滑所需要的最小量上。所述切割裂缝是清洁的，并且避免了铁心片和晶片块之间的接触。然而在净化时，最好采用相当高的体积流量。这些要求是自相矛盾的。由于在两个步骤中最好具有不同的体积流量，因此所述冷却和净化在时间上是彼此分开的。
也可以供给另一种气体，比如用氮气来代替压缩空气的供给。
在一个优选实施例中，如图2所示，安装有一个用于将冷却润滑剂供给到输送装置10中的容器30，所述输送装置10在切割过程中提供少量的冷却润滑剂，所述容器30处在所述输送装置10上方一定高度的工作位置上，并且通过一个传输管线31与所述输送装置10连接。冷却润滑剂在所述容器中，所述冷却润滑剂仅仅在重力或液压的作用下通过所述传输管线供给所述输送装置10。所述传输管线中的气泡向上排出。因此可以保证，即使在提供的冷却润滑剂很少时也可以保证恒定的无气泡的供给。
本发明适合于分割各种不同的材料，比如光学玻璃，塑料和其它材料。
权利要求
1.用于将材料切割成单个晶片的方法，其中，所述材料(1)由切割圆盘(2)通过旋转地切入到所述材料(1)中进行切割，其特征在于，在切割操作过程中供给一种冷却润滑剂，并且在通过切割操作从所述材料上切割下来一个单个晶片之后，将一种净化剂直接供给到所述切割边缘上。
2.根据权利要求1所述的用于将材料切割成单个晶片的方法，其特征在于，在金属芯片的表面上形成冷却润滑剂滴；由于切割操作被剥离的材料被所述滴吸收；通过所述滴在金属芯片的表面上的分配使剥离的材料散布，从而不会由于剥离的材料的堆积而在金属芯片和材料之间发生接触。
3.根据权利要求1或2所述的用于将材料切割成单个晶片的方法，其特征在于，在切割操作过程中，从旋转方向上看，仅在所述切割圆盘(2)穿过所述材料(1)的通路之后的离开侧供给所述冷却润滑剂。
4.根据权利要求1至3之一所述的用于将材料切割成单个晶片的方法，其特征在于，在切割操作之后，在通过切割操作从所述材料(1)上切割下来一个单个晶片(1a)之后，并且在该单个晶片从切割圆盘(2)移开或切割圆盘从该单个晶片移开之后，供给净化剂。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述方法用于一种单晶体的内孔切割。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在冷却时供给一定量的冷却润滑剂，在净化时供给相对于上述一定量更大量的冷却润滑剂。
7.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，给所述切割圆盘(2)供给一种气态介质。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，沿着所述切割圆盘的旋转方向看，在所述切割圆盘从所述材料中出来之后供给所述气态介质。
9.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，使用一种带有添加剂的冷却润滑剂，所述添加剂增加表面张力。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法用于单晶体的内孔切割。
11.根据权利要求1、2或10所述的方法，其特征在于，以小体积流速供给冷却润滑剂，而以相对于所述冷却润滑剂的小体积流速而言较大的体积流速供给净化剂。
12.用于将材料切割成单个晶片的装置，所述装置包括一个切割圆盘(2)，所述切割圆盘(2)具有一个同心的孔，所述孔的边缘(3)形成一个切割边缘，所述切割圆盘(2)可以围绕其中心轴旋转以用于切割所述材料(1)，一个定位装置，用于相对于切割圆盘对待切割材料(1)如此进行定位，即在切割时，所述切割圆盘旋转地穿过所述材料，以便从所述材料(1)上切割下来一个单个晶片(1a)，一个用于将冷却润滑剂供给到所述切割圆盘(2)上的第一装置(10)，一个用于将净化剂供给到所述切割圆盘(2)的切割边缘上的第二装置(11)，其特征在于，设有一个控制装置，所述控制装置如此地控制所述第一装置(10)和所述第二装置(11)，即，使冷却操作和净化操作暂时分开地进行，其中，在切割过程中供给冷却润滑剂，而在切割过程之后在通过切割过程从所述材料(1)上切割下来所述单个晶片(1a)之后，供给净化剂。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制装置如此地构成，即以小体积流速供给冷却润滑剂，而以相对于所述冷却润滑剂的小体积流速而言较大体积流速供给净化剂。
14.用于将材料切割成单个晶片的方法，其中所述材料(1)由切割圆盘(2)通过旋转地切入到所述材料(1)中进行切割，其特征在于，当在切割操作过程中供应冷却润滑剂时；在金属芯片的表面上形成冷却润滑剂滴；由于切割操作被剥离的材料被所述滴吸收；通过所述滴在金属芯片的表面上的分配使剥离的材料散布，从而不会由于剥离的材料的堆积在金属芯片和材料之间发生接触。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在通过切割操作从所述材料上切割下来一个单个晶片之后，将一种净化剂直接供给到所述切割边缘上。
全文摘要
本发明涉及一种用于将材料切割成单个晶片的方法和装置，所述装置包括一个切割圆盘，切割圆盘具有一个同心的孔，孔的边缘形成一个切割边缘，切割圆盘可以围绕其中心轴旋转以用于切割材料，一个定位装置，用于相对于切割圆盘对待分割材料进行定位，使得在切割时切割圆盘旋转地穿过材料，以便从材料上切割下来一个单个晶片，一个用于将冷却润滑剂供给到切割圆盘上的第一装置，一个用于将净化剂供给到切割圆盘的切割边缘上的第二装置，其中设有一个控制装置，控制装置控制第一装置和第二装置，使冷却操作和净化操作在时间上分开进行，其中，在切割过程中供给冷却润滑剂，而在切割过程之后在通过切割过程从材料上切割下来单个晶片之后，供给净化剂。
文档编号B28D5/00GK101066616SQ20071010658
公开日2007年11月7日 申请日期2001年10月17日 优先权日2000年11月8日
发明者拉尔夫·哈默, 拉尔夫·格鲁斯兹恩斯基, 安德烈·克莱恩维希特, 提罗·弗拉德 申请人:弗赖贝格化合物原料有限公司