Neues Messverfahren optimiert Schleifprozess

Bislang sind die Kräfte, die im Schleifprozess auf den Wafer einwirken, noch weitgehend unbekannt. Diese Belastungen müssen jedoch genau betrachtet werden, um korrigierend in die Maschinensteuerung eingreifen und die Prozessführung optimieren zu können. Mit den Messdaten, die das System des Fraunhofer IPT ermittelt, lässt sich nun der gesamte Schleifprozess qualitativ verbessern und beschleunigen.

Das neue Messsystem erlaubt erstmals, die Bearbeitungskräfte beim Schleifen direkt in der Kontaktzone zwischen Wafer und Werkzeug zu ermitteln. Der Messsensor, der in eine Topfschleifscheibe integriert wird, arbeitet selbst bei Drehzahlen von 6000 min-1 mit einer Zentrifugalbeschleunigung bis zu 5000 g noch zuverlässig. Diese hohen Drehzahlen, zusammen mit den damit verbundenen Kräften, ließen eine "In-Prozess-Messung" beim Rotationsschleifen bisher nicht zu.

Das neue Messsystem besteht aus einem piezoelektrischen Dreikomponentensensor, der in eine segmentierte, feinkörnige Diamantschleifscheibe integriert ist. Mit dem Sensor lässt sich die Verteilung der Normal-, Tangential- und Radialkräfte an einem Schleifscheibensegment über seiner Kontaktlänge untersuchen.

In ersten Grundlagenversuchen kam das neue Messsystem bereits zum Einsatz, um die Zusammenhänge zwischen Prozesskräften und Maschinenparametern zu ermitteln. Zu diesem Zweck wurde die Spindeldrehzahl systematisch zwischen 1500 und 6000 min-1 variiert. Die Prozesseffizienz nimmt aufgrund der steigenden Reibung des Werkzeugs vom Waferrand zum Zentrum hin ab. Dabei hat sich gezeigt, dass dabei am Rand des Wafers die größten Zerspankräfte auftreten, doch geht weniger Energie durch Reibung verloren, so dass die Zerspanung mit geringerem volumenbezogenem Energieeinsatz gelingt.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT