劃片機冷卻水罩對劃切品質(zhì)影響的研究

閆偉文

(北京中電科電子裝備有限公司，北京100176)

劃片機是以強力磨削為劃切機理，空氣靜壓電主軸為執(zhí)行元件，以每分鐘3 萬到6 萬的轉(zhuǎn)速劃切晶圓的劃切區(qū)域, 同時承載著晶圓的工作臺以一定的速度沿刀片與晶圓接觸點的劃切線方向呈直線運動, 將每一個具有獨立電氣的芯片分裂出來。這個過程就是劃片或劃切（Dicing Saw）。工作原理如圖1所示。

1 冷卻水罩的作用

圖1 原理示意圖

由于在劃切中主軸高速旋轉(zhuǎn)，在切割材料時，刀片與材料的接觸處會產(chǎn)生很高的溫度，穩(wěn)定的劃切冷卻水流量（去離子水），不僅在劃切過程中起到冷卻刀片的作用，還可以防止電擊、電弧現(xiàn)象發(fā)生，同時沖掉劃切過程中碾碎的碎粒，減少芯片表面的碎屑污染，提高劃切品質(zhì)。如果冷卻水在劃切過程中突然減少，或者噴灑不到位就會出現(xiàn)刀痕突然加深，嚴重時劃傷工作臺、刀體打火、刀痕燒糊、刀體卡在芯片中、損毀刀具，以至于芯片報廢。冷卻水的流量和溫度達到穩(wěn)定時，劃切品質(zhì)才能達到最佳。冷卻水流量的調(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，才能有效控制劃切崩裂。冷卻水罩的作用就是將冷卻水均勻準(zhǔn)確地噴射到刀片兩側(cè)以及切割道中，對劃切芯片的質(zhì)量有很大影響。

2 冷卻水罩現(xiàn)狀

圖2為一種劃片機的防水罩三維效果圖。左側(cè)前后兩根噴水管噴出的水噴在刀片的兩側(cè)，起到冷卻刀片的作用，右側(cè)噴水管噴出的水不僅能起到冷卻刀片的作用，還可以沖走切割道內(nèi)由于劃切材料產(chǎn)生的碎屑。由于劃切中刀片尺寸不同，所以需要噴水桿可以便捷的調(diào)節(jié)。由圖可見，左側(cè)和右側(cè)噴桿想要實現(xiàn)上下位置的調(diào)節(jié)很不方便，使得冷卻水噴水點不夠準(zhǔn)確，不能集中于刀體與工件劃切點上；而且左右兩種噴水桿都需要折彎，增加了工藝難度；噴水桿的縫隙由于制造、裝配等原因會出現(xiàn)堵塞不暢，使得噴水效果無法實現(xiàn)“扇形噴灑”。這樣會不利于冷卻刀片以及沖走切割道內(nèi)的碎屑。

圖2 改進前防水罩三維效果圖（一）

圖3是一種劃片機的防水罩三維效果圖。此防水罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計：噴水桿與罩體連結(jié)方式是焊接，焊點有可能會堵塞噴水桿，無法實現(xiàn)冷卻水有效的噴灑；同樣右側(cè)出水口的角度亦無法調(diào)節(jié)，難以適應(yīng)各種尺寸的刀片，而且固定的角度也不能保證沖洗切割道內(nèi)碎屑的效果。

圖3 改進前防水罩三維效果圖（二）

3 對策實施

根據(jù)設(shè)計理念以及劃切需求制定的劃切水罩方案，左側(cè)前后工作的理想狀態(tài)如圖4（a）所示，如此才能使刀片冷卻均勻，以保障劃切質(zhì)量以及延長刀片壽命，然而原防水罩左側(cè)前后倆噴水桿實際工作效果如圖4（b）所示，右側(cè)的噴水桿可以隨著刀具的尺寸可以改變噴水角度，這樣才能保證冷卻水準(zhǔn)確的噴射到刀體與工件劃切點，以保證刀具的冷卻以及有效的沖走切割道內(nèi)由于劃切材料產(chǎn)生的碎屑：

圖4 左側(cè)噴水桿噴水效果圖

針對以上的角度不可調(diào)、上下調(diào)節(jié)不方便、噴桿長度固定、焊點堵塞水流以及折彎增加工藝難度等因素，設(shè)計了新的結(jié)構(gòu)方案，如圖5所示。左側(cè)前后兩噴桿通過調(diào)整塊可以上下隨意調(diào)節(jié)，以適應(yīng)各種尺寸的刀片，并且通過根部螺母可以旋轉(zhuǎn)，以達到對刀片兩側(cè)噴水均勻的狀態(tài)，右側(cè)噴桿通過改進，也方便了調(diào)節(jié)，并且兩種噴桿均無折彎，大大減小了加工難度。

圖5 改進后防水罩三維效果圖

4 冷卻水罩改進后對劃切效果的提升

通過統(tǒng)計客戶現(xiàn)場使用更換優(yōu)化后的冷卻水罩的設(shè)備與未更換的設(shè)備進行劃切對比，我們得出器件表面崩邊過大、刀具異常磨損、嚴重?zé)齻葐栴}均得到很大改善。

5 結(jié)束語

砂輪劃片機的在劃切中，冷卻水罩的結(jié)構(gòu)對劃切效果有很大的影響，此文通過對不同結(jié)構(gòu)冷卻水罩的研究，對現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，有效地減少了劃切中因為劃切水噴灑不均不準(zhǔn)對劃切品質(zhì)產(chǎn)生的影響。

[1]文赟，王克江，孫敏，等.淺析砂輪劃片機劃切工藝[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2010(6)：21-26.

[2]成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.