АЛМАЗНЫЙ РЕЖУЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РЕЗКИ ПЛАСТИН ИЗ ТВЕРДЫХ И ХРУПКИХ МАТЕРИАЛОВ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

Изобретение относится к абразивным режущим инструментам, а именно, к алмазным режущим инструментам для резки пластин из твердых и хрупких материалов, преимущественно полупроводниковых. Изобретение может быть использовано в полупроводниковой промышленности. Кроме того, изобретение может быть использовано в других областях техники, где требуется ненарушаемость структуры разрезаемого материала и высокая точность режущего инструмента, обеспечивающего тонкий суперточный качественный рез с получением при этом идентичных по размерам отрезаемых элементов. Так, это изобретение может быть применено для раскроя синтетических материалов, а также в швейных и обувных производствах.
Широко известны различные конструкции абразивного режущего инструмента. Наиболее эффективными конструкциями, обеспечивающими резку пластин из твердых и хрупких материалов, является режущий инструмент, включающий металлические струны с абразивным покрытием.
1
46
Так, известен режущий инструмент в виде металлической струны с закрепленными на ее поверхности абразивными частицами (Патент РФ №2127340, М.кл. B 26 D /, опубл. 1999.03.10). Режущий инструмент в данном устройстве получают путем нанесения абразивных частиц на металлическую поверхность струны при проведении электролитического осаждения, например, слоя меди или никеля.
Эта конструкция режущего инструмента недостаточно эффективна в работе из-за низкой остроты применяемых абразивных частиц и невысокой прочности их крепления в режущем инструменте.
33
16
Известен режущий инструмент (Патент РФ №2220840, М.кл. B 27 B /, опубл. 2004.01.10), обладающий более высокими эксплуатационными характеристиками, выполненный в виде струны, на поверхность которой нанесен более прочный слой металла (например, хрома) с элементами резания, сформированными в виде зубьев, расположенных продольными рядами и имеющих форму пирамид. Однако проблемой этой известной конструкции является отсутствие возможности обеспечения тонкого суперточного качественного реза, необходимого при разрезании достаточно дорогих полупроводниковых пластин. Также, достаточно проблематично (маловероятно) получить при разрезании идентичные отрезаемые элементы. Эти факты говорят о недостаточно высокой точности известного режущего инструмента.
5
02
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является проволочный режущий инструмент, известный по патенту РФ №2251598, М.кл. B 28 D /, опубл. 2004.09.10. Этот проволочный режущий инструмент состоит из большого числа проходящих параллельно проволок, которые растянуты поверх роликов и могут перемещаться в плоскостях, перпендикулярных центральной продольной оси монокристаллического цилиндрического слитка, разрезаемого на пластины.
Устройство дополнительно содержит узел нанесения алмазосодержащей пасты на поверхность каждой проволоки и узел для удаления материала, сошлифованного проволоками при прохождении через монокристалл. Также предусмотрен альтернативный вариант устройства, в котором алмазные частицы уже включены в проволоку и не требуется их нанесения с помощью пасты.
Недостатками известного проволочного режущего инструмента являются невысокая точность и скорость реза, низкое качество разрезанных элементов (большой разброс геометрических размеров). Эти недостатки связаны с конструктивной нерешенностью следующих технических проблем:
- не обеспечено согласованное натяжение проволок в процессе резки;
- отсутствует возможность обеспечения постоянно зафиксированного размещения всех проволок в одной плоскости;
- отсутствует возможность надежной фиксации необходимого натяжения проволок, приводящая к наличию неровностей и искривлений на отрезанных элементах.
Эти недостатки устранены в заявляемом изобретении.
Технической задачей заявляемого объекта защиты являлось создание конструктивно оригинального алмазного режущего инструмента для резки пластин из твердых и хрупких материалов (преимущественно полупроводниковых), конструкция которого отличалась бы от известных высокими точностью и скоростью режущего инструмента, обеспечивающего (при ненарушаемости структуры разрезаемого материала) получение идентичных по размерам и структурным свойствам отрезанных элементов. При этом указанный режущий элемент должен обеспечить бездефектную (исключающую неровности и искривления) групповую резку кристаллов при сохранении фиксированного натяжения режущих струн и их строгую неизменную параллельность (находящаяся в одной плоскости постоянно) в процессе резки.
При этом должно быть обеспечено достижение следующих технико-экономических результатов:
- улучшение технических и эксплуатационных характеристик;
- высокая эксплуатационная надежность;
- обеспечение качественной групповой резки пластин;
- высокая точность режущего инструмента с получением идентичных по размерам отрезанных элементов;
- обеспечение суперточного тонкого качественного реза с высокой экономичностью разрезаемого материала;
- длительный срок службы с ненарушаемостью положения и натяжения струн.
Предлагается алмазный режущий инструмент для резки пластин из твердых и хрупких материалов, преимущественно полупроводниковых, включающих множество размещенных в одной плоскости режущих вольфрамовых струн с алмазным покрытием и их держатели.
Достижение указанных технических результатов обеспечивается за счет того, что устройство снабжено корпусом, выполненном в виде прямоугольной
рамки с открытой полостью для размещения упомянутых струн, а их держатели выполнены групповыми, установлены в продольные пазы двух противолежащих стенок прямоугольной рамки и имеют форму призматических планок с арочной рабочей поверхностью, в которой выполнен продольный ряд поперечных проточек, при этом внешне боковые поверхности упомянутых стенок рамки выполнены полуцилиндрическими и имеют элементы крепления концов струн, а поверхность прямоугольной рамки снабжена изоляционной рубашкой, например, из эмали молотковой.
Заявляемое техническое решение может быть признано соответствующим требованиям новизны, поскольку не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам предлагаемого объекта защиты.
Техническое решение можно признать имеющим изобретательский уровень, поскольку оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости, поскольку оно изготовлено и используется в собственном производстве.
Сущность заявляемого устройства пояснена следующими чертежами:
- фиг.1 - алмазный режущий инструмент для резки пластин из твердых и хрупких материалов, преимущественно полупроводниковых (вид спереди);
- фиг.2 - то же, вид сверху;
- фиг.3 - то же, сечение А-А;
- фиг.4 - то же, сечение Б-Б;
- фиг.5 - то же, вид сбоку;
- фиг.6 - то же, разрез Г (масштаб 100:1);
- фиг.7 - то же, вид I (увеличенный вид одной поперечной проточки из множества проточек, выполненных в каждой призматической планке);
- фиг.8 - то же, (в завершенном виде).
Заявляемый алмазный режущий инструмент 1 для резки пластин из твердых и хрупких материалов, преимущественно полупроводниковых, включает (см. фиг.1-7), корпус 2, множество размещенных в одной плоскости режущих
вольфрамовых струн 3 с алмазным покрытием и два групповых держателя 4. Корпус 2 выполнен в виде прямоугольной рамки (фиг.2) с открытой полостью для размещения упомянутых вольфрамовых струн 3. Каждый групповой держатель 4 выполнен в виде призматической планки 5 с арочной рабочей поверхностью 6, в которой выполнен продолный ряд поперечных проточек 7. В двух противолежащих стенках 8 рамки 2 выполнены продолные пазы 14, в которые установлены призматические планки держателя 4 струн 3. Внешние поверхности упомянутых стенок 8 рамки 2 выполнены полуцилиндрическими 13 и имеют элементы крепления 9 концов струн 3. Элементы крепления 9 могут быть выполнены, например, в виде винтов ВМ4-6дх10.36.016 ГОСТ 27473-80.
Поверхность прямоугольной рамки 2 снабжена изоляционной рубашкой 10, выполненной из эмали молотковой, например, марки: эмаль МЛ165III.УХЛ2 ГОСТ 12034-77, цвет серый.
В упомянутой прямоугольной рамке 2, в ее двух противолежащих стенках 8 выполнены установочные отверстия для закрепления в рабочее положение на держателе установки для резки полупроводниковых пластин (на фиг. не показаны).
Принцип работы заявляемого устройства состоит в следующем. Алмазный режущий инструмент для резки пластин из твердых и хрупких материалов размещают в установке для резки полупроводниковых пластин (на фиг. не показаны) и подключают к приводу возвратно-поступательного перемещения. В направлении перпендикулярном возвратно-поступательному перемещению алмазных струн режущего инструмента осуществляют встречное перемещение разрезаемой полупроводниковой пластины, размещенной на подвижном столике. В результате происходит высокоточное разрезание полупроводниковых пластин на идентичные по размерам элементы.
При этом режущий инструмент обеспечивает тонкий суперточный качественный рез. Высокое качество резки обеспечено оригинальной конструкцией алмазного режущего инструмента, в которой за счет введения оригинальной конфигурации корпуса и держателей струн, а также благодаря нестандартному
техническому решению конструктивных взаимосвязей этих узлов, решены следующие технические проблемы:
- конструктивно обеспечена фиксация положения струны с точной величиной ее натяжения (и поддержания его постоянным);
- обеспечено стационарное закрепление струн в одной плоскости с обеспечением неизменности этого расположения;
Заявляемая конструкция алмазного режущего инструмента для резки пластин из твердых и хрупких материалов, преимущественно полупроводниковых, обладает следующими техническими преимуществами по сравнению с известными конструкциями:
- улучшенными техническими и эксплуатационными характеристиками;
- высокой надежностью эксплуатации;
- высокой точностью и экономичностью при резке дорогостоящих материалов;
- длительным безаварийным сроком службы с ненарушаемостью положения и натяжения алмазных струн;
- возможностью получения идентичных по размерам отрезаемых элементов;
- высокой степенью безопасности в процессе эксплуатации.