Diamantdrahtschneiden für Glas und spröde Werkstoffe

Was ist Diamantdrahtschneiden?

Das Diamantdrahtschneiden ist ein Präzisionsschneideverfahren, bei dem ein dünner Stahldraht, der mit galvanisch aufgebrachten oder harzgebundenen Diamantschleifpartikeln beschichtet ist, unter kontrollierter Spannung und Vorschubgeschwindigkeit kontinuierlich über die Werkstückoberfläche gezogen wird, wodurch durch abrasive Schleifwirkung Material abgetragen wird. Der Draht – typischerweise mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,4 mm – bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit (10–30 m/s), während das Werkstück langsam in die Schneidebene vorgeschoben wird, wodurch ein Schnitt mit einer Schnittfugenbreite entsteht, die nur geringfügig größer ist als der Drahtdurchmesser selbst. Da der Draht im Vergleich zu herkömmlichen Schneidwerkzeugen extrem dünn ist, erzielt das Diamantdrahtschneiden die schmalste mögliche Schnittfuge unter allen Kontaktschneidverfahren und minimiert so den Materialverlust – ein entscheidender Vorteil bei der Bearbeitung teurer Substrate wie Saphir, optischer Kristalle und hochreinem Quarzglas. Mehrdrahtkonfigurationen ermöglichen die gleichzeitige Erzeugung von Dutzenden paralleler Schnitte in einem einzigen Durchgang, was den Durchsatz bei der Wafer- und Plattenproduktion drastisch erhöht.

Prozessfähigkeiten

• Drahtdurchmesser: Ø 0,10 – 0,40 mm (galvanisch aufgebrachtes oder kunstharzgebundenes Diamant)
• Schnittbreite: 120 – 450 µm (Drahtdurchmesser + Diamantschicht)
• Mindestdicke der Scheibe: 0,3 mm (Einzeldraht); 0,5 mm (Mehrfachdraht)
• Dickentoleranz: ±20 µm (Standard); ±10 µm (Präzision)
• Oberflächenrauheit (Ra): 0,5 – 2,0 µm (im Rohzustand); ≤ 0,1 µm (nach dem Läppen)
• Maximale Werkstückgröße: Ø 300 mm × 400 mm Länge
• Kapazität bei Mehrdrahtanschluss: Bis zu 100 gleichzeitige Schnitte pro Durchgang

Kompatible Materialien

Kantenqualität und Oberflächenausführung

• Ra im Rohzustand: 0,5 – 2,0 µm (galvanisierter Draht, feine Körnung); 1,0 – 3,0 µm (harzgebunden)
• Tiefe der unter der Oberfläche liegenden Beschädigung: 5 – 20 µm (durch Läppen entfernbar)
• Kette: ≤ 20 µm pro 100 mm Durchmesser (spannungsgesteuertes Schneiden)
• TTV (Gesamtdickenabweichung): ≤ 15 µm (Standard); ≤ 5 µm (Präzision)
• Randbedingung: Wie geschnitten; optionales Anfasen und Kantenschleifen möglich
• Optionen für die Nachbearbeitung: Beidseitiges Läppen, Polieren, AR-Beschichtung, Wafer-Prüfung

Typische Anwendungsbereiche

• Schneiden von Saphir-Wafern: Saphirkristallstäbe der C- und A-Ebene, die zu LED- und SiC-Substratwafern geschnitten wurden
• Optische Kristallrohlinge: Schneiden von CaF₂, Ge und Szintillatorkristallen für Detektor- und Linsenrohlinge
• Herstellung von Wafern aus Siliziumblöcken: Schneiden von monokristallinem und polykristallinem Silizium für die Solar- und Halbleiterindustrie
• Quarzkristallplatten: AT- und BT-geschliffene Resonatorrohlinge aus synthetischen Quarzstäben
• Platten aus Quarzglas: Hochreine Substratplatten für die Lithografie und die Halbleiterfertigung
• Glaskeramikplatten: ZERODUR-Spiegelrohlinge für Präzisionsoptik und Messtechnik

Kundenspezifische Spezifikationen

Wir nehmen kundenspezifische Aufträge für das Diamantdrahtschneiden sowohl für das Schneiden von Boules zu Wafern als auch von Blöcken zu Platten entgegen und bieten umfassende Unterstützung für vom Kunden bereitgestelltes oder intern beschafftes Rohmaterial. Zu den kundenspezifischen Parametern gehören die Auswahl des Drahtdurchmessers, die Korngröße, die Schnittdicke, der Abstand zwischen mehreren Drähten sowie die Zusammensetzung der Schneidflüssigkeit für die Kompatibilität mit bestimmten Materialien. Integrierte Dienstleistungen nach dem Schneiden – darunter beidseitiges Läppen, Polieren, Kantenschleifen, Wafer-Prüfung (TTV, Verwindung, Krümmung) sowie die Verpackung in reinraumtauglichen Trägern – stehen als kompletter Arbeitsablauf zur Substrataufbereitung zur Verfügung. Alle geschnittenen Substrate werden mit einer vollständigen Dokumentation der Maß- und Oberflächenqualität geliefert.

Vergleich der Schnittspaltverluste: Schnittverfahren vs. Materialverlust

Schnittspaltbreite und Materialverlust pro Schnitt bei vier Schneidverfahren – Saphir als Referenz (Mohs 9) 0 500 1000 1500 2000+ Schnittspaltbreite / Materialverlust pro Schnitt (µm) Diamantdrahtschneiden 120 – 200 µm ✓ Materialausbeute: ~85% Schleifschlamm-Drahtsäge 300 – 500 µm Materialausbeute: ~65% Innendurchmesser-Säge (ID) 400 – 800 µm Materialausbeute: ~55% Abrasiver Wasserstrahl 800 – 1500 µm Materialausbeute: ~40% Bis zu 60% weniger Abfall Kostenauswirkung Saphir: ~\$50/cm³ Schmalere Schnittfuge = direkte Einsparung Diamantdrahtschneiden (dieses Verfahren) Alternative Verfahren