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劃切工藝技術(shù)進行了分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：砂輪劃片機 劃切工藝 控制要點

1導(dǎo)言

當(dāng)前砂輪劃片機主要采用了超薄金剛石刀片來作為劃切加工刃具，主軸帶動刀片高速旋轉(zhuǎn)通過強力磨削對集成電路基片以及各種硬脆材料進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

砂輪劃片機主軸采用空氣靜壓支承的電主軸?，F(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：直流主軸電動機的結(jié)構(gòu)和普通直流電動機的結(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，還繞有補償繞組，以便抵消轉(zhuǎn)子反應(yīng)磁動勢對氣隙主磁通的影響，改善電動機的調(diào)速性能;直流主軸電動機都采用軸向強迫通風(fēng)冷卻或熱管冷卻，以改善冷卻效果。直流主軸電動機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。一般會裝有用于反饋的檢測元件。而交流主軸電動機是經(jīng)過專門設(shè)計的鼠籠三相異步電動機。與直流主軸電動機相類似，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-速度特性曲線會向下傾斜。交流主軸電動機廣泛采用矢量控制調(diào)速方法進行速度控制。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（通過反饋補償轉(zhuǎn)速），主軸工作時震動量較小，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。較理想的刀痕為0.030～0.035mm，當(dāng)主軸打表水平度等于5μm時，實測刀痕為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影響劃切效果，但是主軸的震動量在不同的轉(zhuǎn)速范圍是不同的，這就需要找到一個最佳的結(jié)合點，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，最高速度<60000r/min;75mm（3英寸）刀盤時，最高速度<40000r/min。當(dāng)超過所允許的最高轉(zhuǎn)速時，刀具會自動解體。

3刀片

砂輪劃片機用刀的外緣（外徑）來實現(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。較大顆粒度會減小刀片負(fù)荷和延長刀片壽命、有較高的進刀速度;較小顆粒度會減少正面匕邊和降低進刀速度。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;較軟的刀體不易進刀;硬的刀體更耐磨損會延長刀片壽命。劃切硬材料選擇刀時注意結(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、進刀速度快;低密度金剛砂，刀片較軟，進刀時阻力大，磨損快，進刀速度慢。

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，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。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，會經(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個國標(biāo)粒度。修刀深度也要分不同深度進行，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)定的扭矩運轉(zhuǎn)系統(tǒng)，必須要求進給速度、主軸轉(zhuǎn)速和冷卻液流量的穩(wěn)定。進給速度主要取決劃切材料硬脆性以及劃切深度，同時進給速度與主軸的轉(zhuǎn)速要匹配。一般情況下劃軟材料的進給速度比硬材料快;脆的材料速度較慢;劃淺比深速度快。在選擇主軸轉(zhuǎn)速時，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℃時主軸伸縮量的變化最小，使得刀痕偏移變化量也最小，此時不需要頻繁進入圖像調(diào)整，避免劃切時偏離劃槽中心，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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