用於鋼絲鋸割的方法、設備和研磨液的製作方法

2023-05-06 22:39:41 4

專利名稱：用於鋼絲鋸割的方法、設備和研磨液的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於鋼絲鋸割的方法、設備和研磨液。
背景技術：
EP 0 837 115 B1公開了一種使用鋼絲鋸將由硬質脆性材料製成的晶體切割成晶片的方法，在所述方法中使用一種取懸浮液形式的介質。介質主要包括一種非水液體，具有研磨作用的硬質物料微料分散在上述非水液體中。非水溶體從一組化合物中選定，所述這組化合物包括具有分子量為75-150的聚乙二醇和這種化合物的任何所希望的混合物，並含有佔懸浮液重量至多高達5％(按重量計)的水。液體的粘度優選的是在20℃下為50-800mPas。該方法的缺點是所用的鋸割用懸浮液必需以比較頻繁地更換，並且研磨液的性能在鋼絲鋸割期間可以用不受控制地改變。
CH 691039 A5公開了在鋼絲鋸割中使用一種研磨液，所述研磨液包括多元醇類混合物，上述多元醇類的至少其中之一是聚乙二醇。多元醇類的混合物用這種方式選定，以使研磨液具有預定的粘度。該文件還說明多元醇的混合物可以含有水。
EP 0 686 684 A1公開了一種鋸割用懸浮液的使用，所述懸浮液由研磨料在液體水溶液相中組成。鋸割用懸浮液含有增稠劑，如水溶性聚合物。鋸割用懸浮液的粘度在10s-1剪切速度下是在10和1000mPas之間。
DE 19938339 A1公開了一種供在鋼絲鋸中用的鋸割用懸浮液，所述懸浮液含有至少一種從包括礦物油類和乙二醇類的這組物質中選定的代表。還使用至少一種從聚矽氧烷類這組中選出的另外的添加劑。
US 6 422 067 B1介紹了一種適合鋼絲鋸割用的研磨液，其在約2s-1的剪切速度下具有粘度為約400-700mPas而在約280s-1的剪切速度下具有粘度為50-300mPas。
在申請人已知的鋼絲鋸割中使用乙二醇基研磨液，所述研磨液使用乙二醇基載體液體和作為具有研磨作用的硬質物料的SiC顆粒(SiCFujimi GC 1000)。研磨液的含水量在鋼絲鋸期間保持恆定。
圖11和12示出乙二醇基研磨液隨著GaAs晶體鋼絲鋸割的使用持續時間增加的變化的情況，上述乙二醇基研磨液包括已知產品名稱為Pluriol E 200的載體物質。在這種情況下，研磨液的含水量保持近似恆定在(12±2)g/l下。在圖11的上部繪出研磨液在20.4s-1的剪切速度下動粘度與研磨液中GaAs含量的關係曲線。增加的GaAs含量與研磨液用於GaAs鋼絲鋸割增加的使用持續時間相對應。在圖11的下部繪出研磨液的密度與GaAs含量的關係曲線。研磨液的動粘度和密度隨著GaAs含量增加而近似成線性增加。圖12中繪出用於不同GaAs含量的研磨液的動粘度與剪切速度的關係曲線。在這種情況下研磨液對所示的每種GaAs含量都具有非牛頓的特性。
圖13示出含有乙二醇基載體物質和近似恆定的含水量為(18±5)g/l的研磨液的特性，上述乙二醇基載體物質已知產品名稱為BetroholMF V 1016。圖13繪出研磨液用於不同GaAs含量的動粘度與剪切速度的關係曲線。如上所述，動粘度隨增加GaAs含量而增加，亦即隨研磨液使用的持續時間增加而增加，同時，研磨液對每種GaAs含量具有非牛頓的特性。
申請人已知的方法的缺點是，研磨液的性能隨使用持續時間增加而發生的變化同時造成用這種方式生產的GaAs晶片質量變差。尤其是，在鋼絲鋸割之後，在鋸割期間顯示鋼絲相對於GaAs晶片取向的結構在GaAs晶片的表面上用肉眼就可看出。這些結構意味著，即使在單面拋光的晶片上，但在交付元件製造商之前或者在元件的外延生產之前，都必需例如通過表面研磨進行修整加工晶片的背面。

發明內容
本發明的目的是提供用於鋼絲鋸割周的方法、設備和研磨液，通過上述方法、設備或研磨液可實現提高從工件切割的晶片的質量。本發明的另一個目的是在更長的使用持續時間沒有導致切割的晶片的性能惡化的情況下延長研磨液的使用持續時間。
本發明的目的通過按照權利要求1所述的鋼絲鋸，利用按照權利要求8所述的藉助鋼絲鋸切割工件的方法及通過按照權利要求17所述的研磨液達到。
使用按照本發明所述的鋼絲鋸的優點是，通過控制圍繞研磨液的氣態介質的至少一部分的含水量，可以設定研磨液的含水量，並因此有針對性地設定研磨液的流變學性能和粘度。
在一個優選實施例中，將圍繞研磨液的氣態介質的含水量控制到一恆定值，以便有針對性地將水吸收到研磨液中。這種方法的優點是，儘管研磨液的密度增加，但粘度下降且達到穩定值。由此，使用這種方法生產的晶片具有高質量，所述高質量在使用研磨液的持續時間裡保持恆定。
在鋼絲鋸的切割空間中控制氣態介質的恆定含水量是7-17g/m3，優選的是在11-15g/m3範圍內的情況下，在用鋼絲鋸生產的晶片質量方面可以達到恆定好的結果，並且可以避免經常更換研磨液。
使用粘度小於220mPas，優選的是在170-200mPas範圍內的研磨液而與在2s-1-34s-1範圍的剪切速度無關，導致鋸開的晶片的無結構表面和切割方法的高的長期穩定性。通過在鋼絲鋸中氣流的含水量控制研磨液的粘度導致對研磨液的長期使用，且與常規方法相比改善了Ga的平衡(每個單位體積從用過的研磨液中回收Ga)。
本發明還有優點是，在晶片的高質量情況下，高的進給速度是可行的。
按照本發明所述的設備和方法，能使用簡單的價格便宜的聚乙二醇而不用增稠劑。
控制鋼絲鋸中空氣的含水量相對於直接加水到研磨液中的優點是，研磨液的含水量可以朝兩個方向改變，亦即可以向上和向下。
本發明的優點是，儘管鋼絲的性能改變和研磨液的密度改變，也能保證將研磨液恆定的輸送到切割間隙中。通過本發明避免經常更換鋼絲，因為已把研磨液的粘度設定到鋼絲使用狀態最佳的值。
按照本發明預先處理的研磨液的優點是，它的性能在切割期間可以用按照本發明所述的方法很好地控制或調節。


本發明的其他優點和適合性將從參照附圖的實施例說明中得出，其中圖1示出按照本發明所述鋼絲鋸的第一實施例；圖2示出在按照第一實施方式所述方法中研磨液在20.4S-1的剪切速度下的動粘度隨研磨液的密度GaAs含量不同而變化的情況；圖3示出在用圖1所示的鋼絲鋸實施的按照第一實施例所述方法中；對於研磨液的不同GaAs含量，動粘度隨剪切速度不同而變化的情況；圖4示出在按照第一實施例所述方法中研磨液在20.4s-1的剪切速度下的動粘度和氣流中含水量隨研磨液中GaAs含量不同而變化的情況；圖5示按照第一實施例所述的方法在不同系列試驗中研磨液的含水量在每種情況下隨研磨液使用的持續時間增加而變化的曲線；圖6示出在按照第二實施例所述的方法中對於研磨液不同的GaAs含量動粘度隨剪切速度不同而變化的情況；圖7示出在按照第二實施例所述方法中研磨液在20.4s-1的剪速度下的動粘度和氣充中含水量隨研磨液中GaAs含量不同而變化的情況。
圖8示出在按照第二實施例的方法中對不同的GaAs含量，泥狀研磨在20.4s-1的剪切速度下的動粘度和研磨液的密度；圖9示出在按照第二實施例所述的方法中，研磨液的含水量隨GaAs含量不同而變化的情況；圖10示出按照本發明所述的鋼絲鋸的第二實施例；圖11示出申請人已知的第一方法中，研磨液在20.4s-1的剪切速度下的動粘度和密度隨GaAs含量不同而變化的情況；
圖12示出在申請人已知的第一方法中，對於不同的GaAs含量，研磨液的動粘度隨剪切速度不同而變化的情況；圖13示出在申請人已知的第二方法中，對於不同的GaAs含量，另外的研磨液的動粘度隨剪切速度不同而變化的情況；及圖14示出研磨液的GaAs含量與實施切割次數的關係。
具體實施例方式
圖1示出按照本發明所述鋼絲鋸1的第一實施例。
鋼絲鋸1具有若干相互平行設置的鋼絲導輥2，並圍繞上述導輥2多次導引鋼絲，以便繃緊包括若干平行的鋼絲分段的鋼絲區E，該鋼絲區垂直於圖1中圖紙的平面。還設置一進給裝置4，工件5可以用鋸條6固定在上述進給裝置4上。通過進給裝置4可以使固定於其上的工件5穿過鋼絲區E朝垂直於鋼絲區E的方向移動。鋼絲導輥2連接到一未示出的旋轉設備上，所述旋轉設備可使鋼絲導輥2旋轉，以便使鋼絲沿著它的縱向軸線移動。
在鋼絲平面的上方設置兩個研磨液噴嘴7，研磨液可通過上述噴嘴7塗布到鋼絲區E上。其中，研磨液噴嘴7以這種方式設置，使得在沿著形成鋼絲平面E的各鋼絲分段的方向上，一研磨液噴嘴分別位於工件的相對側上。
在鋼絲導輥2的下方有一漏鬥形收集設備8。在漏鬥形收集設備8的下端處有一出口，用收集設備8所收集的研磨液通過上述出口導入研磨液槽9中。在研磨液槽9中，有一攪拌器10用於均勻混合研磨液。攪拌器10通過軸11與用於驅動攪拌器的電機12連接。有一泵13設置用於通過供應管線14將研磨液從研磨液槽泵送回到研磨液噴嘴7。收集設備8、研磨液槽9、泵13和供應管線14形成一研磨液的循環設備，用於使研磨液在鋼絲鋸內循環。
鋼絲鋸的切割區域，亦即圍繞鋼絲區E的區域通過內殼15與環境分開，當鋼絲鋸工作時，在上述鋼絲區E中將工件切割開。進氣口16在位於內殼15中鋼絲平面E下方兩個相對的側壁中。在鋼絲平面E上方的頂側上，亦即在內殼15遠離收集設備的一側上，有一個或多個出氣口17。圍繞內殼15和研磨液槽9設置外殼18，所述外殼18用這種方式在氣候上使鋼絲鋸相對於環境密封，以便可以設定鋼絲鋸中空氣的含水量和溫度，而與外殼18外部的環境無關。在外殼18和內殼15之間的空間中形成兩個空氣循環通道23，所述空氣循環通道23用來將氣流從出氣口17導引到進氣口16。空氣循環通道23朝向研磨液槽9方向敞開。
在空氣循環通道23中設置風扇19，用於保持氣流朝箭頭20所指的方向循環。
在空氣循環通道23中設置一空氣溼度傳感器21，用於測量從內殼15排出的空氣中的含水量。另外，在空氣循環通道23中安裝一空氣加溼器22和空氣乾燥器27。空氣加溼器22和空氣乾燥器27通過控制裝置24與空氣溼度傳感器21連接。控制裝置24、空氣溼度傳感器21、空氣乾燥器27和空氣加溼器22形成一控制迴路，用於將循環氣流的含水量控制到一預定值上。
此外，在空氣循環通道23中設置加熱裝置25和溫度傳感器26，所述加熱裝置25和溫度傳感器26通過控制裝置24相互連接。控制裝置24、溫度傳感器26和加熱裝置形成一控制迴路，所述控制迴路可用來將氣流溫度控制到一預定值上。
當鋼絲鋸1工作時，用鋸條6固定在進給裝置4上的工件5穿過鋼絲區E朝垂直於鋼絲區E方向移動。在這種情況下鋼絲3通過鋼絲導輥2的旋轉這樣地移動，以使鋼絲區E的各鋼絲分段沿著它們的縱向軸線移動。在切割過程中，在工件一側上的鋼絲分段移入切割間隙，而在工件相對側上的鋼絲分段移出切割間隙。為了進行切割，鋼絲總是朝同一方向同步移動或是交替地往復移動。
研磨液通過研磨液噴嘴7在各鋼絲分段移入切割間隙的工件5這側上塗布到鋼絲區E的各鋼絲分段上。各鋼絲分段將研磨液運送到切割間隙中。所用的研磨液含有乙二醇基載體物質(比如由BASF AG生產的產品名稱為「Pluriol E 200」的聚乙二醇或者是由MKU ChemieGmbH生產的乙二醇基物質的混合物「Betronol MF V 1016」)和一種具有研磨作用的硬質材料如SiC顆粒(比如SiC Fujimi GC 1000)。由於SiC顆粒的研磨作用和當鋼絲與研磨液一起移動穿過切割間隙時去除物料，通過研磨(鋼絲切割研磨)切去工件晶片。其中，研磨液吸收從工件中去除的物料，因此研磨液密度隨著切割過程中使用持續時間增加而增加。研磨液隨著切割過程持續時間增加而密度增加的這種特性可從圖2的下部看出，在圖2的下部中繪出研磨液密度與GaAs含量的關係曲線。如從圖14可看出，研磨液的GaAs含量隨切割次數亦即GaAs單晶切割的次數增加而增加，同時切割次數與研磨液的GaAs含量之間的精確關係取決於GaAs單晶切割的長度和直徑。每個GaAs單晶切割的晶片數一般是在100與200片之間。增加切割次數同時意味著研磨液使用的持續時間增加。因此，GaAs含量增加與研磨液的使用持續時間的增加相應。
用來切割工件使用的研磨液在重力作用下通過收集設備8到達研磨液槽9中。在研磨液槽9中，研磨液通過攪拌器10均勻混合，因此研磨液保持均勻的性能。然後，利用泵13將研磨液從研磨液槽9中通過供應管線14泵送回到研磨液噴嘴7上。研磨液再次通過研磨液噴嘴7重新塗布到鋼絲平面E的移入切割間隙的鋼絲分段上。這樣，在鋼絲鋸內保持研磨液的循環。
鋼絲鋸內的空氣在空氣循環通道23中藉助於風扇從出氣口17輸送到進氣口16。由於和通過進氣口和出氣口16、17的設置，鋼絲鋸內的空氣朝圖1中箭頭20所指的方向輸送通過切割空間。由此，使循環的氣流穿過空氣循環通道23和內殼15內部的切割空間保持在鋼絲鋸內。循環空氣的含水量用空氣溼度傳感器21、控制裝置24、空氣乾燥器27和空氣加溼器22控制。同時，通過加熱裝置25、溫度傳感器26和控制裝置24將循環空氣的溫度控制到一固定的預定值上。
在以下用於切割工件的方法的描述中給出的研磨液的動粘度值用帶測量適配器的Haake粘度測試器6L取得，上述測量適配器用於具有圓筒幾何形狀的少的樣品量。使用心軸6L，10ml樣品體積和24.5℃的測量溫度。下面給出的研磨液的含水量用Karl-Fischer滴定法測定。Karl-Fischer滴定在分離固體材料部分之後進行，亦即相對於研磨液的液體部分測量和說明含水量。
在按第一實施例用於切割工件的方法中，空氣的含水量控制到一恆定值。
下面說明按第一實施方式用於切割工件的方法的具體的實施例。在該實施例中，將直徑為150mm的GaAs單晶以＞2mm/min的進給速度進行切割。空氣的含水量控制到一恆定值為(12±1)g/m3，鋼絲鋸內的氣流溫度恆定地控制在(23±1)℃上，以及切割空間內空氣的通過量設定為(400±50)m3/h。鋼絲鋸內的空氣壓力是大氣壓。在鋼絲鋸內，研磨液以(6000±500)kg/h的質量流循環。在切割單晶期間，鋼絲以8-12m/s的速度沿著鋼絲軸線同步移動，亦即朝一恆定方向移動。
在按第一實施方式的方法的實施例中利用在DE 100 52 154 A1中所介紹的發明。尤其是，在切割面中預定的結晶方向和進給方向之間的夾角ρ以這方式選定，以便在切割操作期間朝與切割面垂直的方向作用在鋼絲鋸的鋼絲上的力基本上相互補償。
另外，在這裡說明的實施例中，單晶是用DE 101 28 630 A1中所介紹的方法藉助於在鋼絲鋸中的自動準直器在鋼絲鋸中定向。
所用的研磨液是作為研磨硬質物料由Fujimi公司生產的「SiCFujimi GC 1000」在作為載體物質的由MKU Chemie GmbH生產的「Betromol MF V 1016」中的懸浮液。研磨液具有SiC與載體物質Betronol之間的質量比為msic/mBetronol＝0.8±0.2。在第一次切割操作之前，將泥狀研磨製備成具有初始粘度為近似300mPas。研磨液的含水量通過按照上述方法在沒有GaAs單晶情況下預處理增加到近似60g/l。
圖2-4示出在上述實施例的研磨液隨研磨液中GaAs含量增加，亦即使用持續時間增加而變化的性能。
圖2中繪出研磨液的動粘度和密度與GaAs含量的關係曲線。儘管密度增加，但研磨液的動粘度隨使用持續時間推進而下降。由此，能得到從工件切割的晶片均勻的表面性能。
圖3示出研磨液的動粘度隨不同GaAs含量的剪切速度不同而變化的關係。隨著在研磨液中GaAs含量的增加，亦即隨著切割方法中研磨液的使用持續時間的增加，在GaAs含量按為7.8質量％下，動粘度連續下降到約190mPas的值。在切割方法中開始使用時，研磨液具有一非牛頓特性，亦即動粘度很依賴於剪切速度，而隨著使用持續時間推進，研磨液的動粘度變得越來越少依賴於剪切速度。在GaAs含量為7.8質量％下，研磨液的流變性能與牛頓液體的流變性能類似，並且在2s-1-34s-1範圍內基本上與剪切速度無關。
圖4示出在20.4s-1的剪切速度下的動粘度及氣流中含水量隨研磨液中GaAs含量關係曲線。
圖5示出對不同系列試驗繪出的研磨液的含水量與GaAs含量的關係曲線。在曲線圖中用不同符號表示每個系列的試驗都是在不更換研磨液情況下，按照上述實施例進行。研磨液中增加的GaAs含量與研磨液增加使用持續時間相對應。不同系列的試驗由於在各個切割方法之間有不同長度的工作時間而不同。對每個系列試驗來說，研磨液的含水量隨GaAs含量增加而漸近地升高，直至約150g/l的值。
按照第一實施方式所述的方法在表面粗糙度和晶片曲率(扭曲，彎曲)及波度方面達到工件晶片的均勻性能。在上述實施例中製成的晶片的扭曲用Tropel FlatMaster幹涉儀測量。鋸開的晶片的扭曲在用溼式化學腐蝕除去中斷層之後為10μm或小於10μm。在鋸割之後，在GaAs晶片的表面上，尤其是即使在鋸割期間鋼絲離開切割間隙的邊緣區域中，也沒有肉眼能看出的結構。因此，當使用按照本發明所述的方法時，用肉眼甚至不能看出在鋸割期間鋼絲相對於晶片朝哪個方向移動或者定向。這樣在鋸過的狀態下和另外在溼式化學除去中斷層之後所產生的表面用肉眼看與通過表面研磨法(單面或雙面)所產生的表面沒有不同。這種差別只能用專用測量技術如TropelFlatMastr幹涉儀才能看出，另外，上述幹涉儀可以檢測鋼絲運動的方向。利用按照本發明所述的方法生產的表面適合於在溼式化學去除中斷層之後，不需要有修整加工的情況下例如通過單面或雙面研磨交付用於特定的應用，例如在單面拋面的晶片情況下作為背面，或者例如供LPE(液相外延)應用。
按DIN 4768的表面的最大粗糙度Rmax在整個晶片上，尤其是包括在鋼絲離開切割間隙的邊緣區域中的整個晶片上，為10μm或小於10μm，同時總測量長度為lm＝15mm，和高通濾波的極限波長為λ＝0.8mm。即使在高通濾波為λ＝2.5mm的極限波長下，在其它測量參數等同的情況下，表面粗糙度也是10μm或小於10μm。粗糙度用Mahr生產的粗糙度測量裝置Perthometer S5P，在使用RFHTB-50探針情況下，垂直於鋼絲方向進行測量。在這種粗糙度情況下，表面適合於例如LPE應用。
同時，該方法達到切割過程的高的運行時間穩定性。研磨液只是在大量切割過程後才必需更換，由此可以提高在從用過的研磨液中回收Ga時的Ga平衡。
按照第二實施方式所述的方法與按照第一實施方式所述的方法不同，因為在鋼絲鋸內循環的空氣中含水量隨著研磨液使用持續期間改變。通過在使用研磨液期間改變氣流中的含水量，能使研磨液的性能適應隨時間推移而改變的不同參數。
用於按照第二實施方式所述方法的一個具體實施例參照圖6-9進行說明。如上所述，將直徑為150mm的GaAs單晶切割。所用的研磨液是由Fujimi公司生產的研磨硬質物料「SiC Fjuimi GG 1000」在由BASF AG生產的載體物質「Pluriol E 200」中的懸浮液，二者的質量比msic/mpluriol＝0.8±0.2。採用與按第一實施方式的上述方法的實施例相同的壓力、溫度、鋼絲鋸中空氣通過量和研磨液通過量、鋼絲速度、進給速度等參數。GaAs單晶在鋼絲鋸中的定向如上所述按照DE 10052 154 A1和DE 101 28 630 A1中所介紹的方法進行。
如下面圖7中可看到的，將氣流中的含水量控制在預定的額定曲線S上，該曲線S與研磨液的使用持續時間，亦即與GaAs含量有關。將氣流的含水量控制在(13±2)g/m3的值上，直到GaAs含量為4質量％(在圖6中實心的方形符號和實心圓形符號)。從圖6可以看出，如按第一實施方式的方法的實施例一樣，研磨液的粘度隨著GaAs含量升高在漸近的且與剪切速度在2s-1-34s-1的範圍無關的(190±20)mPas範圍內下降。在GaAs含量達到4質量％之後，將氣流中的含水量控制到(2.5±1.0)g/m3(圖6中實心的三角形符號和空心方形符號)。研磨液的粘度再次升高，而同時粘度再次變得與剪切速度有關，亦即研磨液的性能變成非牛頓的。
圖7繪出在20.4s-1的剪切速度下泥狀所磨劑的動粘度和氣流中含水量與GaAs含量的關係曲線。還可以清楚地看出，在氣流中含水量高的情況下，動粘度如何隨使用持續時間增加，亦即隨GaAs含量增加而降低，及在氣流中含水量低的情況下再隨著使用持續時間增加而增加。
圖8中繪出研磨液的動粘度和密度與GaAs含量的關係曲線。從圖8可以看出，研磨液的動粘度可以通過按第二實施方式的方法可以設定與研磨液的密度無關。
圖9繪出研磨液的含水量與GaAs含量的關係曲線。很顯然，在鋼絲鋸內氣流中的含水量如上所述已從(13±2)g/m3降到(2.5±1.0)g/m3之後，GaAs含量低於4質量％則含水量持續增加，而GaAs含量按高於4質量％則再次減少。
通過按第二實施方式的方法可以用來補償鋼絲性能的波動，因此即使鋼絲性能改變，切割的工件晶片的表面質量也保持恆定。因此能省去頻繁的鋼絲更換或者省去在更換鋼絲時更換研磨液。
圖10示出按照本發明所述鋼絲鋸的第二實施例的鋼絲鋸100。在圖10中，圖1所示按第一實施例所述鋼絲鋸相同的那些元件用相同的附圖標記表示，並且此處不再重複這些元件的說明。
按照第二實施例所述的鋼絲鋸100與按照第一實施例所述的鋼絲鋸1不同之處在於，循環氣流與鋸狀研磨劑槽分開。研磨液槽9位於外殼30中，所述外殼30用基本上是氣密方式相對於鋼絲鋸的外部空間封閉。循環的氣流20通過空氣循環通道40從出氣口17通到進氣口16。
在按照第二實施例所述的鋼絲鋸中，空氣循環通道40不朝儲存容器9方向敞開。因此，外殼30內的空氣中含水量與循環的氣流20中含水量無關。由此，循環的氣流與循環的研磨液之間的水交換集中在切割區上。有針對性的水的交換可以特別好地在切割區中進行，因為在鋼絲平面上和切割間隙中，在空氣與研磨液之間有大的界面可供使用。
對上述例子和實施例的修改是可行的。
鋼絲鋸中循環的氣流已用這種方式說明，即切割區域中的氣流是從下向上通過鋼絲區E導引。相反的循環方向，亦即切割區域中的空氣從上向下通過鋼絲平面移動，也是可行的。
在鋼絲鋸的第一和第二實施例中，在氣流與研磨液之間的水交換在切割區域中發生。然而，水交換也可以在空氣與研磨液接觸的任何其它位置處發生。因此，可以在供給管線14中設置專用的水交換裝置。
鋼絲鋸的第一和第二實施例用進氣口16和出氣口17的規定的布置進行說明。用於在鋼絲鋸內導引氣流的進氣口和出氣口的不同布置也是可行的。倘若可以控制鋼絲鋸內氣流的溫度和含水量，則空氣溼度傳感器、溫度傳感器、風扇19、加熱裝置25和空氣加溼器22的不同配置也是可行的。
按照本發明所述的鋼絲鋸的實施例用空氣乾燥器和空氣加溼器進行說明。然而，根據鋼絲鋸中溫度和空氣的初始含水量，研磨液的含水量和待設定的空氣含水量，僅僅一個空氣乾燥器或僅僅一個空氣加溼器，可以足夠將空氣的含水量調節或控制到預定含水量。
設備和方法用鋼絲鋸內的循環氣流進行說明。然而，倘若可以控制與研磨液接觸的氣態介質的含水量，則鋼絲鋸不設置循環的氣流也是可行的。
另外還可以設置一種用於從鋼絲鋸周圍的環境中吸入空氣及調節或控制吸入的空氣中溫度和含水量的裝置代替鋼絲鋸中封閉的空氣循環。如果吸入的空氣中含水量高於所希望的含水量，則鋼絲鋸中空氣的含水量可以僅用空氣乾燥器調節/控制，而不需要用空氣加溼器。相反，如果吸入的空氣中含水量低於所希望的含水量，則需要用空氣加溼器而不用空氣乾燥器。
在鋼絲鋸從環境中吸入空氣的情況下，調節或控制鋼絲鋸外部的溫度和含水量也是可行的。因此，在這種情況下，溫度傳感器、加熱裝置、空氣溼度傳感器、空氣乾燥器和空氣加溼器也相應地可以設置在鋼絲鋸的外部。
含有由BASF AG生產的產品名稱「Pluriol E 200」和由MKUChemie GmbH生產的產品名稱「Betronol MF V 1016」的載體物質描述成用於研磨液的載體物質。然而，使用任何其它具有與氣態介質交換水的能力的載體物質也是可接受的，亦即上述任何其它載體物質全都是能吸收水和再釋放水的吸溼性液體。例如，也可以使用由GASFAF生產的「Pluriol E 300」，它是作為載體物質的所述示例的「PluriolE 200」的高分子的變體。
描述了作為在的研磨液中的研磨硬質物料是含Fujimi公司生產的產品名稱「SiC Fujimi GC1000」的SiC。也可以使用具有研磨作用的不同硬質物料，如由氧化鋁(Al2O3)，立方氮化硼(cBN)，碳化硼或金剛石製成的硬質物料。
各實施例用在鋼絲鋸內循環的氣流進行說明。然而，也可以用不同的氣態介質如氮氣代替空氣。
按照本發明所述的方法，說明了鋼絲鋸內規定的空氣的溫度，鋼絲鋸中規定的研磨液和空氣的通量，規定的進給速度和規定的鋼絲速度。也可以使用這些參數的其它值。
按第二實施方式的方法的實施例這樣地說明，即氣流中的含水量按照所希望的額定曲線控制。然而，也可以根據在晶片上形成痕跡，研磨液的粘度或研磨液的密度控制氣流中的含水量。
按照本發明所述的方法對於GaAs單晶的切割進行說明。然而，它也可以適用於切割由其它材料製成的工件。
權利要求
1.用於切割工件(5)的鋼絲鋸(1，100)，包括鋼絲(3)；用於將研磨液塗布到鋼絲(3)上的塗布裝置(7)；和用於設定包圍研磨液的氣態介質的至少一部分的預定含水量的裝置(21，22，24，27)。
2.按照權利要求1所述的鋼絲鋸，具有一殼體(15，18；30)，所述殼體(15，18；30)在氣候上將鋼絲鋸至少一部分與環境分開，這樣使這部分中的氣態介質的含水量可以與鋼絲鋸這部分外部的含水量無關地設定。
3.按照權利要求1或2所述的鋼絲鋸，還有一用於使氣態介質在鋼絲鋸內移動的裝置(19)。
4.按照權利要求1-3其中之一所述的鋼絲鋸，有一用於調節切割區中氣態介質含水量的控制裝置(21，22，24)，當鋼絲鋸工作時，工件的切割在上述切割區中進行。
5.按照權利要求1-4其中之一所述的鋼絲鋸，還具有收集設備(18)，所述收集設備(18)用於收集在操作時塗布到鋼絲(3)上的研磨液；和再循環裝置(9，13，14)，所述再循環裝置(9，13，14)用於將用收集設備(18)收集的研磨液再循環。
6.按照權利要求5所述的鋼絲鋸，具有一用於調節或控制再循環裝置區中氣態介質含水量的裝置。
7.按照權利要求1-6其中之一所述的鋼絲鋸，還有一用於調節或控制鋼絲鋸中氣態介質溫度的裝置(24，25，26)。
8.用於通過鋼絲鋸切割工件的方法，其中利用塗布到鋼絲(3)上的研磨液，和調節或控制圍繞研磨液的氣態介質的至少一部分的含水量。
9.按照權利要求8所述的方法，其中氣態介質在鋼絲鋸內循環。
10.按照權利要求8或9所述的方法，其中研磨液在鋼絲鋸內循環。
11.按照權利要求8-10其中之一所述的方法，其中在進行工件切割的切割區中氣態介質的含水量至少有時調節或控制在7-17g/m3範圍內的一個值上。
12.按照權利要求8-11其中之一所述的方法，其中在切割工件的切割區中氣態介質的含水量至少有時調節或控制在11-15g/m3範圍內的一個值上。
13.按照權利要求8-10其中之一所述的方法，其中切割區中氣態介質的含水量至少有時調節或控制在低於約5g/m3的一個值上。
14.按照權利要求8-13其中之一所述的方法，其中氣態介質的含水量根據研磨液的密度和/或粘度可變地控制。
15.按照權利要求8-13其中之一所述的方法，其中將氣態介質的含水量保持在與使用持續時間有關的、預定的理論曲線上。
16.按照權利要求8-15其中之一所述的方法，其中調節或控制氣態介質的溫度。
17.在鋼絲鋸中使用的研磨液，其中，研磨液具有一小於約220mPas的動粘度，上述動粘度在2s-1-34s-1的剪切速度範圍內基本上與剪切速度無關。
18.按照權利要求17所述的研磨液，其中對於在2s-1-34s-1範圍內的任何剪切速度，動粘度都是在170-200mPas範圍內。
19.按照權利要求17或18所述的研磨液，其中研磨液的動粘度具有一在1s-1-100s-1剪切速度範圍內基本上與剪切速度無關的動粘度。
20.按照權利要求17-19其中之一所述的研磨液，所述研磨液具有大於60g/l的含水量。
21.按照權利要求17-20其中之一所述的研磨液，所述研磨液具有乙二醇基的載體物質。
22.用於預處理帶有吸溼性載體物質的研磨液的方法，其中首先將研磨液製備成具有在20.4s-1的剪切速度下預定的初始粘度，並且然後將研磨液在鋼絲鋸中進行預處理，同時調節或控制圍繞研磨液的氣態介質的至少一部分的含水量，以使研磨液在20.4s-1的剪切速度下具有一與初始粘度不同的約220mPas或更低的粘度。
23.一種研磨液，包括吸溼性的載體物質，所述吸溼性的載體物質用按照權利要求22所述的方法製造。
全文摘要
本發明提供一種用於切割工件的鋼絲鋸(1；100)，及用鋼絲鋸實施切割工件的方法。鋼絲鋸具有鋼絲(3)和用於將研磨液塗布到鋼絲(3)上的塗布裝置(7)。鋼絲鋸還包括用於設定圍繞研磨液的氣態介質至少一部分的預定含水量的裝置(21，22，24，27)。用按照本發明所述的鋼絲鋸和用這種鋼絲鋸實施的方法，能在研磨液較長的使用持續時間時達到割開的工件晶片均勻的表面性能。
文檔編號B24B27/06GK1919534SQ20061011509
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月24日 優先權日2005年8月25日
發明者R·哈默, A·科萊因韋希特, S·米勒, R·格魯辛斯基 申請人:弗賴貝格化合物原料有限公司