ADT7100劃片機的使用和維護

刁振國，殷履文，臧成東

(中國電子科技集團第五十五研究所，江蘇南京210016)

集成電路和電子元器件的制造工藝主要由硅圓片的生長，圓片的切片和磨光，薄膜生長，光刻，刻蝕，針測，劃片，到封裝與測試。劃片是電子器件和集成電路制造過程中一個非常重要的環節，劃片主要是由劃片機來完成。劃片機的主要制造商有以色列的ADT（原先是美國K&S的子公司），日本的DISCO，和中國的電子科技集團公司第四十五研究所等。劃片機的主軸有100 mm和50 mm（4英寸和2英寸）。100 mm主軸轉矩大，切割力強，主要用來切割厚且硬的材料。50 mm主軸工作時振動小，切割質量更好。用根據實際的需要選擇合適的主軸、機型、切割刀片。刀片主要有硬刀（金屬刀）和軟刀（樹脂刀），有的刀片和法蘭一體(Hub)，刀片用完后法蘭不再使用，另一種是刀片安裝在法蘭上（Hub less），刀片用完后可在法蘭上更換新的刀片。

1 ADT7100的結構

1.1 工作臺

晶圓，直徑為150 mm和200 mm兩種，材料為多空陶瓷。將待切割片貼在藍膜或UV膜上貼裝后放置在工作臺上由真空吸附。如圖1所示。

圖1 切割示意圖

1.2 運動軸

X軸：由壓縮空氣（0.45 MP）浮撐,伺服電機驅動，帶動工作臺作水平方向移動，移動速度為0～350 mm／s。

Z軸：由步進電機驅動，帶動主軸、清洗水、冷卻水、攝像系統上下方向運動，精度±3 μm。

Y軸：由步進電機驅動，帶著Z軸系統前后方向運動（Z軸放置在Y軸上），精度：±1.5 μm。

T軸：由步進電機驅動，旋轉工作臺。老型號機器是由步進電機驅動鋼絲繩纏繞的變速機構，開環控制無轉角檢測，新機器有改進，由電機直接驅動，光電傳感器檢測轉動角度。

主軸：100 mm(4英寸)主軸功率為2.5 kW，最大轉速30 kr/min；或50 mm(2英寸)主軸功率1.2 kW，最大轉速60 kr/min。

1.3 視覺系統

CCD+燈光調節。用于手動或自動找平，或查看切割痕跡。

1.4 測高系統

（1）接觸式測高：Z軸下降，高速旋轉的刀片與工作臺上的特定測高區域相接觸，系統計算出刀片和工作臺之間的位置關系（刀片距離臺面高度）。

（2）非接觸式測高：應用光電傳感器（一端發射，另一端接受），Z軸下降，當刀片擋住光柵時，系統知道Z軸下降的距離，比對位置關系，計算出刀片的曝余量。優點在于非接觸，刀片不磨損。

1.5 水路

冷卻水和清洗水。刀片切割時產生的熱量極易損壞刀片和工件，此時需要用去離子水來冷卻，以提高切割質量。切割產生的碎屑和粉塵殘留在芯片上，污染芯片，也會影響其電氣性能，在切割的同時還要用去離子水來沖洗，保證清潔。

1.6 控制結構

控制結構見圖2。

圖2 控制系統框圖

2 7100的使用

（1）根據待切割的材料選定合適的刀型，安裝刀具，調整冷卻水和清洗水的位置、流量。

（2）在程序中先定幾個重要的參數：spindle轉速，feed速度，切割深度depth。

（3）根據圖像，手動對準找平或自動對準找平（先編教 model）。

（4）編教步進 index，0°和 90°角。

（5）先劃一刀，觀察刀痕，執行Y-offset。

（6）劃幾刀后，根據切割的情況，調整2中的工作參數，要求崩邊較小，深度合適，正常劃切。

（7）使用中需要注意的事項：wafer貼在tape上，要求平整，不能有氣泡；檢查刀片有無缺口，是否完好；刀片的曝余量和材料厚度的比值要求，樹脂刀不超過10∶1，金屬燒結刀不超過20∶1，鎳刀 不超過30∶1。

3 維護

（1）日常維護：工作臺、防水罩清洗，保持清潔；小心清潔CCD鏡頭、非接觸測高傳感器。

（2）周期維護（三個月）：拆下工作臺，超聲清洗；各運動軸用油槍加油脂潤滑。

（3）周期維護（一年）：壓縮空氣過濾器濾芯的更換。

（4）周期維護（二年）：UPS電池的更換。

4 維修

（1）水閥、氣閥的更換。當水閥或氣閥有泄漏現象，或動作響應慢甚至無響應時，應將其更換。

（2）電動機驅動板的更換。當電動機不動或工作異常時，首先將其驅動電路板更換，不能解決故障時，再更換電動機。Y、Z、T軸電動機驅動板相同，維修時可互換使用，以排除故障。互換時需要確認板上的匹配電阻電容（圖3中可見2個紅色匹配電容），要與原板相同。

圖3 步進電機驅動器

（3）測高板和測高傳感器的更換。當系統測高時間變長，且經常報警，顯示系統測高失敗時，先調整測高電路板上的電位器，在GUI界面上看Light光強值使其為1450，再觀察測高是否正常，否則更換傳感器。換傳感器后，注意調整其高度，用治具棒調整。最后在維護界面下運行接觸式測高和CHUCK到NCH BUTTON的高度差。圖4為測高傳感器，安裝時要求傳感器內邊和刀片平行，圖5為調整傳感器高度用的治具。

圖4 測高傳感器

圖5 調整傳感器高度用治具

(4)T軸有關的維修：

①限位開關的更換：當T軸不能回原點時，或原點位置不定時考慮更換。

②步進齒帶的更換：當能聽見電機旋轉聲，工作臺不見轉動時，很可能是齒帶斷裂，如是更換即可。齒帶型號：120MXL（MADE IN USA），可用寧波伏龍同步帶有限公司生產的120MXL替代（見圖6）。

圖6 步進齒帶

③鋼絲繩更換（共12根，2長10短）：當T軸有卡死，或過載現象，或T軸精度變差時，打開保護罩，觀察鋼絲繩的狀況，如果磨損，損壞嚴重，彈簧變松時要更換。注意方法：Ⅰ.用治具卡住齒輪盤；Ⅱ.第一根長繩（右邊掛鉤，左邊掛彈簧）從絲桿的第六圈開始繞六圈；Ⅲ.空一格，繞一短繩（左邊掛鉤，右邊掛彈簧）；Ⅳ.空一格，繞一短繩（右邊掛鉤，左邊掛彈簧）；Ⅴ.重復Ⅲ、Ⅳ，將10根短繩全繞上；Ⅵ.空一格，繞最后一根長繩（左邊掛鉤，右邊掛彈簧），繞六圈。所有繩都遵循左高右低的原則。

圖7 鋼絲繩和治具

④T軸電動機更換：當電動機損壞不能工作，或電動機老化轉矩變小不能拖動負載時更換。型號：Ts3103N5037，日本多摩川制造，見圖8。

圖8 T軸步進電機

（5）DSP控制器的更換：排除所有原因后，故障仍不能解決，可考慮換DSP控制器，其上的接口板不需要更換。

（6）主軸轉動時噪音大：切割過程中產生的粉塵容易粘附在刀盤上，長時間的積累達到一定程度時和空氣摩擦產生極大的噪音，用工具拆下刀盤清洗。

圖9 下刀盤治具

（7）系統不能進行接觸式測高：①工作臺真空吸盤下面信號線斷開，卸下吸盤，重新焊接。②接觸測高控制板壞，更換。③主軸上電刷磨損嚴重，接觸不良，致使信號不能正常接通，更換電刷。

[1]杜長華，陳方.電子微連接技術與材料[M].北京：機械工業出版社，2008.8-10.

[2]王蔚，田麗，任明遠.集成電路制造技術[M].北京：電子工業出版社，2010.1-3.