Vom Carborundum zum Diamantdraht: eine kurze Technikgeschichte des Waferschneidens und des Slurry-Recyclings

Sägen & Wafer · Veröffentlicht am 2026-10-22

Ausschnitt eines prozessierten Siliciumwafers mit regelmäßig angeordneten Chips, die in Regenbogenfarben schimmern — Ein prozessierter Siliciumwafer mit Hunderten Chips: das Endprodukt einer Kette, die mit dem Sägen des Blocks beginnt. Foto: Rob Bulmahn, CC BY 2.0

Die Geschichte des Waferschneidens ist eine Geschichte des Materialsparens. Jede Etappe, vom ersten künstlichen Schleifkorn über das Mehrdrahtsägen bis zum Diamantdraht, hat versucht, mit weniger Verlust mehr Scheiben aus einem Kristall zu holen. Das Recycling des Sägeschlamms ist Teil dieser Entwicklung.

Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung der Technik, nicht die Geschichte einzelner Unternehmen.

1891–1893: ein künstliches Schleifkorn

Siliciumcarbid kommt in der Natur nur in Spuren vor. Als technisches Produkt geht es auf Edward Goodrich Acheson zurück, der 1891 bei Versuchen mit einem elektrisch beheizten Gemisch aus Ton und Kohlenstoff harte Kristalle erhielt, die er „Carborundum“ nannte. Sein US-Patent 492 767 auf das Verfahren stammt von 1893 (Lemelson-MIT, „Edward Acheson“; Acheson process). Der Grundaufbau seines Widerstandsofens, ein Graphitkern in einer Schüttung aus Quarzsand und Koks, ist bis heute die Basis der meisten SiC-Produktion (Fiven, „SiC production process“). Mehr dazu im Artikel Siliciumcarbid: Werkstoff und Herstellung.

Damit stand ein Schleifmittel zur Verfügung, das härter als fast alle damals bekannten Werkstoffe außer Diamant war, in großen Mengen herstellbar und in Körnungen klassierbar. Diese Eigenschaften machten es Jahrzehnte später zum Standardkorn für das Sägen von Silicium.

Das Mehrdrahtsägen mit loser Körnung

Das Prinzip, einen Werkstoff mit einem bewegten Träger und loser Körnung zu trennen, ist nicht auf Halbleiter beschränkt. Für Siliciumwafer setzte sich das Mehrdrahtsägen mit Stahldraht und einer Slurry aus SiC und Glykol durch, weil es viele dünne Scheiben gleichzeitig liefert. Die Lehrplattform der University of New South Wales beschreibt den klassischen Prozess mit einem 180-µm-Stahldraht, rund 10 m/s Drahtgeschwindigkeit, etwa 200 µm Sägeverlust und sechs bis acht Stunden Schnittzeit pro Block (PV Manufacturing, „Wafering“). Die Grundlagen stehen im Artikel Mehrdrahtsägen: das Prinzip.

Mit dem Wachstum der Photovoltaik wurde das Slurry-Sägen zum Massenprozess und mit ihm der Verbrauch an SiC-Körnung und Glykol. Hier beginnt die Geschichte der Aufbereitung.

Die Aufbereitung wird zur eigenen Disziplin

Gebrauchte Slurry war anfangs vor allem ein Entsorgungsproblem. Mit steigenden Mengen lohnte es sich, die schneidfähigen Körner und das Glykol zurückzugewinnen. Es entstanden Verfahren, die Grundoperationen der mechanischen Verfahrenstechnik kombinieren: Zentrifugen und Hydrozyklone zur Klassierung, Filtration, chemische Reinigung der Körnung und Verdampfen von Wasser aus dem Glykol. Patentschriften aus der Mitte der 2000er-Jahre beschreiben solche Anlagen detailliert (zum Beispiel US 8 512 577 B2, Priorität 2005). Die Abfolge der Schritte erklärt der Artikel Aufbereitung und Rückgewinnung.

Die Übersichtsarbeit von Gopala Krishna Murthy aus dem Jahr 2015 fasst den Stand zusammen: Sie ordnet die vorgeschlagenen Verfahren, nennt Auswahlkriterien, diskutiert die kommerziell eingesetzten Methoden vor dem Hintergrund der Konsolidierung der Branche und stellt Aufbereitung im eigenen Werk und durch externe Dienstleister gegenüber, mit einem erkennbaren Trend zur Aufbereitung im eigenen Haus (Resources, Conservation & Recycling 104, 2015).

Optimieren am Slurry-Prozess

Parallel wurde der Slurry-Prozess selbst verbessert. Strukturierte Drähte mit kleinerem Durchmesser verringerten den Verlust; ein Versuch des Fraunhofer-Technologiezentrums THM arbeitete 2018 mit einem 115-µm-Strukturdraht und SiC der Körnung F800. Derselbe Beitrag untersuchte, ob sich das zähe PEG200 durch dünnflüssigeres Propylencarbonat ersetzen lässt, und maß eine um etwa 60 % geringere mittlere Antriebsleistung (Kaden u. a., 35. EU PVSEC 2018).

Der Wechsel zum Diamantdraht

Den eigentlichen Umbruch brachte der Diamantdraht, bei dem die Körnung fest auf dem Draht sitzt und eine wasserbasierte Kühlflüssigkeit die Slurry ersetzt. Die Internationale Technologie-Roadmap für Photovoltaik (ITRPV) sah in ihrer 7. Ausgabe von 2016 für monokristallines Silicium einen Anstieg des Diamantdraht-Anteils von 35 % im Jahr 2015 auf rund 70 % im Jahr 2018 voraus; bei multikristallinem Silicium lag der Anteil 2015 nach demselben Bericht bei etwa 5 % (TaiyangNews, 12.04.2016, zur ITRPV 2016). Die tatsächliche Entwicklung verlief schneller: Nach der UNSW-Lehrplattform hat die Photovoltaik inzwischen vollständig vom Slurry- auf das Diamantdrahtsägen umgestellt, zuerst beim monokristallinen, dann auch beim multikristallinen Silicium (PV Manufacturing).

Der Fraunhofer-Beitrag von 2018 nennt Kerndurchmesser von 60 bis 70 µm für Diamantdrähte und verweist darauf, dass Slurry-Prozesse in der Mikroelektronik noch einen hohen Anteil hatten. Eine Übersichtsarbeit von 2025 beschreibt den Trend zu Drähten unter 35 µm Durchmesser und zu Photovoltaik-Wafern unter 150 µm Dicke, mit den Folgeproblemen Drahtverschleiß und Drahtbruch (Ge u. a., Materials Science in Semiconductor Processing 203, 2026). Was der Wechsel für Oberflächen, Abfälle und Recycling bedeutet, steht im Artikel Umstieg auf Diamantdraht.

Neue Recyclingfrage: das Silicium

Mit dem Diamantdraht verschwand in der Photovoltaik die SiC-Slurry, nicht aber der Sägeverlust. Weil der Abrieb nun nicht mehr mit SiC vermischt ist, wurde die Rückgewinnung des Siliciums selbst attraktiver: Yang u. a. schreiben, dass Recycling und Wiederverwendung des Sägeverlust-Siliciums durch den Wechsel wegen der geringeren Verunreinigungen realistischer geworden sind (Waste Management 84, 2019). Details im Artikel Sägeverlust und Siliciumrückgewinnung.

Zeitleiste

Zeitpunkt	Entwicklung	Quelle
1891	Acheson erhält erstmals Siliciumcarbid („Carborundum“)	Lemelson-MIT
1893	US-Patent 492 767 auf das Herstellverfahren	Lemelson-MIT, Wikipedia
2005 (Priorität)	Patentierte Anlagen zur Rückgewinnung von SiC-Korn und PEG	US 8 512 577 B2
2015	Übersichtsarbeit zur SiC-Slurry-Aufbereitung	Murthy 2015
2015/2016	ITRPV: Diamantdraht bei etwa 35 % (mono) bzw. 5 % (multi)	TaiyangNews zur ITRPV 2016
2018	Versuche mit niederviskosem Träger im Slurry-Prozess	Kaden u. a. 2018
2019	Studie zur Wiederverwendung von Silicium aus dem Diamantdraht-Sägeverlust	Yang u. a. 2019
2025/2026	Drähte unter 35 µm, Wafer unter 150 µm als Ziel	Ge u. a. 2026