閆偉文

(北京中電科電子裝備有限公司，北京100176)

劃片機(jī)是以強(qiáng)力磨削為劃切機(jī)理，空氣靜壓電主軸為執(zhí)行元件，以每分鐘3 萬(wàn)到6 萬(wàn)的轉(zhuǎn)速劃切晶圓的劃切區(qū)域, 同時(shí)承載著晶圓的工作臺(tái)以一定的速度沿刀片與晶圓接觸點(diǎn)的劃切線方向呈直線運(yùn)動(dòng), 將每一個(gè)具有獨(dú)立電氣的芯片分裂出來(lái)。這個(gè)過(guò)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(shí)，刀片與材料的接觸處會(huì)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(guò)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(shí)沖掉劃切過(guò)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(guò)程中突然減少，或者噴灑不到位就會(huì)出現(xiàn)刀痕突然加深，嚴(yán)重時(shí)劃傷工作臺(tái)、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(bào)廢。冷卻水的流量和溫度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，劃切品質(zhì)才能達(dá)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(duì)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(jī)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(shí)現(xiàn)上下位置的調(diào)節(jié)很不方便，使得冷卻水噴水點(diǎn)不夠準(zhǔn)確，不能集中于刀體與工件劃切點(diǎn)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(huì)出現(xiàn)堵塞不暢，使得噴水效果無(wú)法實(shí)現(xiàn)“扇形噴灑”。這樣會(huì)不利于冷卻刀片以及沖走切割道內(nèi)的碎屑。

圖2 改進(jìn)前防水罩三維效果圖（一）

圖3是一種劃片機(jī)的防水罩三維效果圖。此防水罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：噴水桿與罩體連結(jié)方式是焊接，焊點(diǎn)有可能會(huì)堵塞噴水桿，無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷卻水有效的噴灑；同樣右側(cè)出水口的角度亦無(wú)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(jìn)前防水罩三維效果圖（二）

3 對(duì)策實(shí)施

根據(jù)設(shè)計(jì)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(zhǎng)刀片壽命，然而原防水罩左側(cè)前后倆噴水桿實(shí)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(diǎn)，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(duì)以上的角度不可調(diào)、上下調(diào)節(jié)不方便、噴桿長(zhǎng)度固定、焊點(diǎn)堵塞水流以及折彎增加工藝難度等因素，設(shè)計(jì)了新的結(jié)構(gòu)方案，如圖5所示。左側(cè)前后兩噴桿通過(guò)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(guò)根部螺母可以旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到對(duì)刀片兩側(cè)噴水均勻的狀態(tài)，右側(cè)噴桿通過(guò)改進(jìn)，也方便了調(diào)節(jié)，并且兩種噴桿均無(wú)折彎，大大減小了加工難度。

圖5 改進(jìn)后防水罩三維效果圖

4 冷卻水罩改進(jìn)后對(duì)劃切效果的提升

通過(guò)統(tǒng)計(jì)客戶現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)行劃切對(duì)比，我們得出器件表面崩邊過(guò)大、刀具異常磨損、嚴(yán)重?zé)齻葐?wèn)題均得到很大改善。

5 結(jié)束語(yǔ)

砂輪劃片機(jī)的在劃切中，冷卻水罩的結(jié)構(gòu)對(duì)劃切效果有很大的影響，此文通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)冷卻水罩的研究，對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，有效地減少了劃切中因?yàn)閯澢兴畤姙⒉痪粶?zhǔn)對(duì)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(jī)劃切工藝[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2010(6)：21-26.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.