淺析砂輪劃片機(jī)劃切工藝

鄭慶洋

摘 要：伴隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，市場對于半導(dǎo)體封裝技術(shù)工藝也提出了更高的要求。對其更小、更輕、更低功耗和更高可靠性的要求日新月異，并且新興的工藝劃切對象不再單一，導(dǎo)致劃切工藝更加復(fù)雜。所以為了提高劃切品質(zhì)和加工效率，必須透徹分析影響劃切品質(zhì)的因素。文章主要針對砂輪劃片機(jī)劃切工藝技術(shù)進(jìn)行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：砂輪劃片機(jī) 劃切工藝 控制要點(diǎn)

1導(dǎo)言

當(dāng)前砂輪劃片機(jī)主要采用了超薄金剛石刀片來作為劃切加工刃具，主軸帶動(dòng)刀片高速旋轉(zhuǎn)通過強(qiáng)力磨削對集成電路基片以及各種硬脆材料進(jìn)行高精度開槽和分割。除了設(shè)備本身的精度和功能外，劃切技術(shù)的研究與應(yīng)用是一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié)，直接影響著劃切質(zhì)量和效率。通過優(yōu)化主軸、刀片、冷卻、被劃材料、吸盤及基片固定、劃切速度和入刀速度、切的深度等技術(shù)及參數(shù)來保證。

2主軸

2.1主軸的分類

砂輪劃片機(jī)主軸采用空氣靜壓支承的電主軸。現(xiàn)在所使用的主軸有兩類，分別是交流主軸，及直流主軸。兩類主軸從結(jié)構(gòu)上有以下區(qū)別：直流主軸電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和普通直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要區(qū)別是：在主磁極上除了繞有主磁極繞組外，還繞有補(bǔ)償繞組，以便抵消轉(zhuǎn)子反應(yīng)磁動(dòng)勢對氣隙主磁通的影響，改善電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能;直流主軸電動(dòng)機(jī)都采用軸向強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻或熱管冷卻，以改善冷卻效果。直流主軸電動(dòng)機(jī)在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩范圍，在基本速度以上為恒功率范圍。直流主軸主要采用晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速。一般會(huì)裝有用于反饋的檢測元件。而交流主軸電動(dòng)機(jī)是經(jīng)過專門設(shè)計(jì)的鼠籠三相異步電動(dòng)機(jī)。與直流主軸電動(dòng)機(jī)相類似，在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，在基本速度以上為恒功率區(qū)。當(dāng)速度超過一定值后，功率-速度特性曲線會(huì)向下傾斜。交流主軸電動(dòng)機(jī)廣泛采用矢量控制調(diào)速方法進(jìn)行速度控制。由于結(jié)構(gòu)上的差別造成直流主軸的轉(zhuǎn)速控制精度較高（通過反饋補(bǔ)償轉(zhuǎn)速），主軸工作時(shí)震動(dòng)量較小，劃切效果較好，但其扭矩相對同功率交流主軸偏小，對較厚、硬的玻璃、陶瓷和鍵和材料劃切，切削力不足。其劃切領(lǐng)域主要針對硅晶圓，砷化鎵，氧化物晶圓等。交流主軸扭矩較大，震動(dòng)偏大，主要針對LED基板、生陶瓷、新型電子封裝等較硬，精度要求不高的產(chǎn)品加工。

2.2主軸的機(jī)械安裝對劃切效果的影響。

2.2.1平行度。主軸的水平度如果達(dá)不到要求，會(huì)使劃切后的刀槽變寬，崩邊嚴(yán)重。例如采用NBC-ZH2050O-SE27HEDD刀具劃切硅晶圓，主軸轉(zhuǎn)速30000r/min、劃切速度20mm/s時(shí)。較理想的刀痕為0.030～0.035mm，當(dāng)主軸打表水平度等于5μm時(shí)，實(shí)測刀痕為0.045mm。

2.2.2垂直度。如果劃切后工件的刀槽一邊崩邊，裂片嚴(yán)重，而另一邊正常，通常是由于主軸垂直度不夠，可根據(jù)那邊崩邊判別主軸仰角或是俯角。

2.2.3主軸轉(zhuǎn)速。主軸的轉(zhuǎn)速是與劃切速度相匹配，影響劃切效果的是主軸線速度，理論上增加主軸轉(zhuǎn)速，提高劃切速度，來保證固定的線速度就不會(huì)影響劃切效果，但是主軸的震動(dòng)量在不同的轉(zhuǎn)速范圍是不同的，這就需要找到一個(gè)最佳的結(jié)合點(diǎn)，在保證劃切效果的前提下提高效率。注意：選取主軸轉(zhuǎn)速時(shí)需注意刀具所允許的最大轉(zhuǎn)速，例如DISCO的PIA系列刀具，使用直徑50mm（2英寸）刀盤時(shí)，最高速度<60000r/min;75mm（3英寸）刀盤時(shí)，最高速度<40000r/min。當(dāng)超過所允許的最高轉(zhuǎn)速時(shí)，刀具會(huì)自動(dòng)解體。

3刀片

砂輪劃片機(jī)用刀的外緣（外徑）來實(shí)現(xiàn)劃切，按形式分：硬刀和軟刀。硬刀是將刀片與法蘭做成一體，軟刀需用法蘭盤夾緊。按結(jié)合形式分：鎳基刀、燒結(jié)刀、樹脂刀。劃片機(jī)一般選用的刀片外徑為的鎳基刀和樹脂刀。

3.1刀片的選擇。

3.1.1刃口露出量與厚度。刃口露出量根據(jù)刀片的厚度和劃切的深度確定，厚度根據(jù)劃切槽的要求確定，劃切深度是露出量的1/3}1/2最佳，同時(shí)金剛砂粒度和刀片厚度要相匹配。厚度在0.0200.050mm，其刃口露出量不能超過厚度的20倍;厚度在0.05}0.3mm，其刃口露出量不能超過厚度的1015倍。刃口露出最小可以獲得最大剛度，若刃口露出太多，刀的剛性較差，影響劃切效果。

3.1.2金剛砂顆粒。金剛砂顆粒的大小直接影響劃切質(zhì)量、劃切速度、主軸轉(zhuǎn)速以及刀片壽命。較大顆粒度會(huì)減小刀片負(fù)荷和延長刀片壽命、有較高的進(jìn)刀速度;較小顆粒度會(huì)減少正面匕邊和降低進(jìn)刀速度。高質(zhì)量的切槽用小的金剛砂顆粒刀片，對硬質(zhì)材料則用金剛砂顆粒較大的刀片。

3.1.3鎳刀體硬度。鎳刀體的硬度影響劃切質(zhì)量、進(jìn)刀速度以及刀片壽命。一般分為軟、中軟、標(biāo)準(zhǔn)、硬4種。軟的刀體更易于將舊的磨粒磨掉，露出新的鋒利的金剛砂，有助于提高切割質(zhì)量，減小刀刃粘連和加快刀片磨損;較軟的刀體不易進(jìn)刀;硬的刀體更耐磨損會(huì)延長刀片壽命。劃切硬材料選擇刀時(shí)注意結(jié)合的媒介物不應(yīng)該太軟，太軟將導(dǎo)致金剛石顆粒過早脫落，刀片磨損快。

3.1.4金剛砂密度。金剛砂密度是通過每立方體積金剛砂重量來計(jì)算，對鎳基鍍制的刀密度是由覆鍍過程控制，對樹脂和金屬燒結(jié)的是通過添加到混合劑中金剛砂粉未的量來控制，高密度金剛砂的刀片較硬耐磨、刀片壽命長、進(jìn)刀速度快;低密度金剛砂，刀片較軟，進(jìn)刀時(shí)阻力大，磨損快，進(jìn)刀速度慢。

4劃切參數(shù)

4.1劃切速度的選擇。劃切速度主要取決劃切材料硬脆性以及劃切深度，同時(shí)劃切速度與主軸的線速度要相匹配。一般新刀在開始劃切時(shí)速度都較低，逐漸由慢向快增加;對新的材料一般也是首先慢速試劃，根據(jù)劃切情況在考慮適合的速度。一般劃軟材料要比劃硬材料快，劃脆的材料速度較慢，劃淺比劃深速度快，劃切速度的快慢直接影響劃切槽寬和崩邊情況以及劃切效率。劃切到具有半黏性的固定材料時(shí)，可能增加刀的負(fù)載，所以劃切速度要適中。另外，劃切硬的材料，太小的劃切速度或太淺的劃切深度，也影響刀片自身鋒利。

4.2修刀參數(shù)設(shè)計(jì)。劃切過程中，由于冷卻效果不好，或者材料本身粘刀，使刀片的氣孔堵塞、磨粒不能夠及時(shí)脫落更新，就不能產(chǎn)生自銳現(xiàn)象。必須建立一套反復(fù)修整刀片的工序，保證刀片的最佳劃切性能。例如：劃切疊層電容等較軟材料時(shí)，會(huì)經(jīng)常發(fā)生刀口被堵塞的現(xiàn)象，這就需要我們通過磨刀的手段使刀具重新達(dá)到鋒利的狀態(tài)。修刀的基本工序：選擇中軟性（小于10μm粒度，320#）的修刀板，或者選擇刀片粒度加2個(gè)國標(biāo)粒度。修刀深度也要分不同深度進(jìn)行，可以選擇二次劃切。切割水盡可能的小，或者把修刀板放水里浸濕透。

4.3優(yōu)化工藝參數(shù)。穩(wěn)定的扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，必須要求進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量的穩(wěn)定。進(jìn)給速度主要取決劃切材料硬脆性以及劃切深度，同時(shí)進(jìn)給速度與主軸的轉(zhuǎn)速要匹配。一般情況下劃軟材料的進(jìn)給速度比硬材料快;脆的材料速度較慢;劃淺比深速度快。在選擇主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，劃切軟材料主軸轉(zhuǎn)速比硬材料低;同一種材料，劃切厚的工件主軸轉(zhuǎn)速比薄的要高;劃切厚硬材料時(shí)要考慮選用大功率的主軸。冷卻液的流量和溫度達(dá)到穩(wěn)定，劃切品質(zhì)才能達(dá)到最佳。冷卻液流量的調(diào)節(jié)，包括噴嘴方向、高低、流量大小的調(diào)節(jié)。只有保證了足夠的冷卻效果，才能降低刀片過載、堵塞、污染等現(xiàn)象，有效控制劃切崩裂。冷卻液的溫度并不是越低越好，冷卻液溫在24℃時(shí)主軸伸縮量的變化最小，使得刀痕偏移變化量也最小，此時(shí)不需要頻繁進(jìn)入圖像調(diào)整，避免劃切時(shí)偏離劃槽中心，或劃傷芯片。

5結(jié)束語

綜上所述，砂輪劃片機(jī)能夠劃切很多材料，不同性能材料劃切工藝技術(shù)存在一定的差異，每項(xiàng)參數(shù)都直接關(guān)系到劃切質(zhì)量與工作效率，不同性能材料其劃切工藝也存在差異，因此我們需要針對有關(guān)基本需求深入研究，找出能夠確保加工效率與加工質(zhì)量的最優(yōu)值。

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