全自动划片机关键技术及工艺研究

发布时间：2020-06-17 03:32

【摘要】：近年来,随着计算机、通信、高性能电子产品的高速发展,集成电路(IC)及LED等蓬勃发展的半导体产业正改变着世界。LED及集成电路封装常用的衬底材料包括硅晶圆、蓝宝石、碳化硅等。目前国内生产使用的划片机主要依赖于进口,制约了我国LED及集成电路封装行业的发展。现阶段国内对划片机的研究还不够深入,为实现全自动精密划片机的国产化,降低半导体封装产业链的成本,本文对全自动划片机进行了研究,研制出全自动划片机样机。本文主要完成以下几个方面研究工作:(1)通过压痕试验和刮擦试验对硬脆材料去除机理进行分析,得出划切应该在保证磨粒与工件表面接触面积小、磨粒对工件作用力小且划切深度小等条件下进行;对影响硬脆材料划切质量的因数进行分析;建立硬脆材料划切过程电主轴传动系统运动模型,得出主轴电流大小可以直接反应划切过程切削力的大小;对砂轮刀片高速旋转受离心力作用应力分布情况进行了理论分析,对划切过程磨削力进行了分析;(2)针对划片机的工艺特性,确定了机床总体结构布局,并对全自动划片机进行设计。机械运动系统进行设计,包括直线运动平台设计、关键部件设计选型、高精度快速响应要求的旋转工作台设计;为实现全自动化功能提高划切效率设计自动上下料系统;对全自动划片机控制系统进行了概述;最后对其它辅助装置的设计,包括一种在线刀具磨损检测装置,划片机主轴水罩、工件装夹装置、气路及水路等设计使其满足智能化要求。(3)对机床性能进行验证。通过对机床各性能指标进行检测以及工厂LED芯片试切报告验证了研发机床各项性能指标。(4)针对硬脆材料划切过程中容易产生崩边、微裂纹、分层等缺陷,直接影响芯片的质量及良品率,提出一种分层划切工艺。通过对单晶硅和蓝宝石两种硬脆材料进行划切,研究了进给速度、主轴转速、划切深度等工艺参数对划切效果的影响。通过对单晶硅材料进行分层划切与单次划切对比试验,试验表明:与传统单次划切方式相比,分层划切工艺能够得到更好的划切效果,可一定程度降低崩边宽度、减小相对缝宽值和减少微裂纹,提高划切质量。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH69
【图文】：

划片机,产品

a) DAD3350 型划片机 b) DAD6361 型划片机 c) DFD6760 型划片机图 1.2 DISCO 公司生产的划片机产品东京精密公司对划片机的研究能力可以与 DISCO 公司媲美，其研发生产的AD3000T(见图 1.3)号称是世界上占地面积最小的 12 英寸全自动划片机，X 轴最大切割速度为 1000mm/s，Y 轴最大进给速度为 300mm/s， Y 轴定位精度0.002mm/310mm，Z 轴重复定位精度达 0.001mm，操作界面人机交互性好，采用对向式，前端固定的方式安装主轴系统，增大了主轴的刚性与利用空间，可以进行分步和斜角划切，提高了加工品质、加工效率和适应多变的切割工艺。同时将陶瓷气浮导轨技术运用到 X 轴系上，通过平面电机控制，极大的提高了运行的精度，提高了划切速度[8, 9]。韩国 NIHON 生产的 NDS1012 型 8 英寸划片机，最大切割速度为 300mm/s，定位精度达到 0.001mm/5mm，重复精度达到 0.001mm；NDS1612 型 12 英寸划片机（见图 1.4）运动行程达 400mm，切割范围达到 0.01～310mm，定位精度达0.003mm/300mm，自动化程度较高，加工品质较好。这两款划片机采用 NIHON 公

划片机

图 1.3 AD3000T 型划片机图 1.4 NDS1612 型划片机图 1.5 NDS5200 型划片机以色列 ADT 公司 30 多年的研究，研发的划片机包括 7100、7120、7130、7220、7900DUO 和 8020 等系列划片机（见图 1.6），软件系统功能不断增多。相对其它公司的划片机产品，ADT 研制的划片机主轴可以装载 2~5 英寸不同尺寸的刀片，材料加工适应性更强。8020 系列划片机配备双主轴，8 英寸工作台，具有高精度定位系统，定位精度 0.015mm/210mm，视觉系统焦距可变，同时配备两个触摸屏，包括 19 英寸主屏幕和 17 英寸维护屏，维护屏能够执行系统设置、刀片更换和一些基本操作，配备自动上下料系统，能够进行全自动划切[10]。

【参考文献】