Durchgängig gestaltete Automatisierungstechnik und ein neues modulares Antriebssystem ermöglichen beim Drahtsägen von Silizium-Wafern höhere Schnittgeschwindigkeiten mit dünneren Schneiddrähten als bisher, und zwar bei gesteigerter Regelgüte und Prozesssicherheit. Dies steigert den Durchsatz bei hoher Qualität.
Das bevorzugte Verfahren zum Schneiden hauchdünner Siliziumscheiben (Wafer) für die Photovoltaik- und die Halbleiterindustrie aus runden oder quadratischen Blöcken (Ingots) ist das Drahtsägen. Ein Trend ist dabei, die Drähte und auch die Wafer immer dünner auszuführen und so letztlich die Schnittverluste zu minimieren. Dünnere Wafer reduzieren die eingesetzte Siliziummenge pro Wafer, was letztlich zu niedrigeren Kosten pro installiertem Watt Photovoltaik-Leistung führt. Dünnere Drähte - der Fokus liegt derzeit auf 80 µm - erfordern aber auch eine entsprechend feinfühlige Handhabung, sprich: eine hochpräzise Regelung, um sie in jeder Situation sicher zu beherrschen.
Technologie- und Weltmarktführer bei Drahtsägemaschinen für Silizium-Wafer ist die Meyer Burger AG aus Thun in der Schweiz, ein Unternehmen der gleichnamigen Technologie-Gruppe mit Fokus auf Systeme und Prozesse zur Bearbeitung kristalliner und anderer hochwertiger Materialien. Unternehmen der Solarindustrie (Photovoltaik), der Halbleiter- und der Optikindustrie nutzen die Maschinen und Technologien der diversen Gruppengesellschaften. Band-, Trenn- und Drahtsägen aus Thun schneiden Silizium, Saphir oder andere Kristalle in dünne Wafer, Prismen und andere Formen. Meyer Burger nutzt an seinen Drahtsägen hauptsächlich Steuerungs- und Antriebstechnik von Siemens und hat jetzt erneut einen Generationswechsel bei den Antrieben vollzogen.
Das Prinzip einer Drahtsäge für Silizium-Wafer ist vergleichbar mit dem eines Eierschneiders, wobei es nur einen einzigen langen Draht gibt, der zudem gezogen wird. Dazu wird der quasi endlose Draht so über zwei in Master-Slave-Kopplung angetriebene Drahtführungsrollen gewickelt, dass ein Drahtfeld entsteht. Den Transport des mehrere hundert Kilometer langen Drahtes mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20 m/s übernehmen ein Ab- und ein Aufwickler, jeweils mit eigener Tänzerregelung für konstante Drahtspannung. Die Sägeladung aus bis zu 1 m langen Siliziumblöcken wird mit angepasster Vorschubgeschwindigkeit von oben auf das Drahtfeld abgesenkt und so in mehreren Stunden zu hauchdünnen Wafern geschnitten. Dabei sorgt nicht der Draht selbst für die schneidende Wirkung, sondern das sogenannte Slurry, eine kontinuierlich zugeführte abrasive Flüssigkeit aus Siliziumkarbid bzw. Diamantpulver und Glykol.
Ziel ist es dabei, einen Draht mit möglichst geringem Durchmesser einzusetzen, um die Schnittbreite zu minimieren und mehr Wafer aus einem Ingot schneiden zu können. Kleinere Drahtdurchmesser sind auch deshalb vonnöten, weil die Wafer selbst immer dünner werden sollen (derzeit rund 180 µm, Nahziel sind 120 µm), wodurch die Schnittverluste proportional abnehmen. Gleichzeitig sind die Maschinenhersteller bestrebt, die Schnittgeschwindigkeit und damit die Produktivität weiter zu erhöhen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Vermeidung von Drahtrissen, die in den meisten Fällen zur vollständigen Zerstörung des immer teureren Ausgangsmaterials führen.