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划片
总体规划
设计
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划片机的总体规划及Y、Z轴设计,划片,总体规划,设计
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毕业设计(论文)开题报告题目：划片机的总体规划及Y、Z轴设计开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。2.开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。3.开题报告字数应在1500字以上，参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少3篇），文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中参考文献“注释格式”的要求书写。4.年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2008年11月26日”。5.开题报告增加封面，封面格式：题目：宋体，加粗，二号；系别等内容格式：宋体，四号，居中。毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）一、题目背景及研究意义IC封装是半导体三大产业之一(器件设计、晶片制作和器件封装)。其后封装工序主要包括:划片、粘片、超声球焊、封装、检测、包装。划片机是IC后封装线上的第一道关键设备，其作用是把制作好的晶片切割成单元器件，为下一步单元晶片粘接做好准备。划片机切割晶片的规格一般为3-6晶片，单元晶片的外型一般为矩形或多边形。目前，我国的半导体封装设备(如划片机、粘片机、金丝球焊机等)还主要从美国、日本、新加坡引进。为了促进IC封装设备的国产化，本课题组开展了IC封装设备划片机的研制工作。因此把“划片机的总体规划及Y、Z轴设计”作为本科论文的课题，既有较大的学术价值，又有广阔的应用前景。二、国内外研究现状1、划片技术的发展划片技术是集成电路后封装的一道工序，划片机的划片方法根据其发展过程可以分为三种:金刚石划片、激光划片和砂轮划片。（1）金刚石划片这是最早出现的划片方法，是目前用得最少的方法，与划玻璃的原理相同。使用锋利的金刚石尖端，以50克左右的固定载荷划出小片的分割线，再加上弯曲力矩使之分成小片。一般来说，金刚石划片时线条宽度为6一8m 、深度为5m ，硅表面发生塑性变形，线条周围有微裂纹等。如果划片时出现切屑，掰片时就可能裂开，小片的边缘又不整齐，分片就不能顺利进行。金刚石尖有圆锥形(l点式)、四方锥形(4点式)等。圆锥形的金刚石尖是采用其十二面体晶格上的(111轴，并将尖端加工成半径2一5 m的球面。划片的成品率在很大程度上取决于金刚石尖端的加工精度及其锋利性的保持情况。（2）激光划片第二代划片的方法是激光划片。激光划片就是将激光呈脉冲状照射在硅片表面上，被光照的那一部分硅就会因吸收激光而被加热到10000的高温，并在一瞬间即气化或熔化了，使硅片留下沟槽，然后再沿沟槽进行分开的方法。激光划片时，硅粉会粘在硅片表面上，所以还必须对硅片上的灰尘进行必要的处理。该方法划硅片比金刚石划片的成品率高，所以曾经在一个时期内替代了金刚石划片。但激光划片对工艺条件十分敏感。激光功率、划片速度、焦点位置、气流压力等参数的波动或变化都会影响划片质量，致使划片深度尺寸不均匀，导致分片时容易碎片，降低成品率，增加了成本。同时激光划片时，高温对热组织区内的材料也有很大的影响，从而影响到芯片的性能。但激光划片相对于其他的划片技术来说，结构简单，在切割中和切割后芯片碎裂率少，无论单晶硅片薄厚，切口宽度均小于3m，切口边缘平直、精准、光滑，能够在每片晶圆上制作并切割出更多数量的芯片。(3)砂轮划片第三代划片机是砂轮划片机。砂轮划片机是利用高速运转的空气静压主轴带动刀片，通过光栅尺和导轨系统的控制，将刀刃定位在加工材料上，最终形成具有一定深度和宽度的切口1。砂轮划片工艺质量与主轴转速、切割速度、刀片厚度等都有一定的关系。相对合理的主轴转速能有效地控制刀片在随主轴转动时的相对震动、有利于刀片在切割时的径向稳定性，从而提高切割质量。刀片的切割速度决定工作效率，如果切割速度不断变大，在切割的过程中沿沟槽的刀具的速度也会变得不好控制。切割速度会受制于待加工材料的硬度，如硅晶圆表面材料的硬度直接决定切割速度。如果切割超硬材料时切割深度过大都不利于刀片的正常使用，并最终影响到刀片的寿命。三种划片技术的比较如表1所示。由表1可以看出，砂轮划片的加工速度、加工深度、加工宽度、加工效果等相对其他两种加工技术具有突出的优点，因此砂轮划片是目前的主流加工技术。表1 加工工艺比较指标分类金刚石划片激光划片砂轮划片加工速度46mm/s150mm/s300mm/s加工深度310m100m100m加工宽度310m2025m刀片厚度+10m划片效果裂纹大有热损耗只有微小裂纹成品率6070%7080%98%噪音小大较小其他硅片厚度为小片尺寸的1/4以下有黏着灰尘的问题需要切削液、压缩空气2、划片机的国内外发展现状在国外，划片机自七十年代初问世以来，发展非常迅速，应用领域也越来越广，品种也在不断增加。刚开始时，只有日本、英国、美国三个国家的四、五个公司制造划片机，而如今俄罗斯、台湾、中国大陆也都制造出了划片机，划片机制造厂家己经发展到十多个公司2。目前,国外生产划片机的厂商主要有:日本DISCO、东京精密TSK,以色列ADT,以及英国流星Loadpoint公司最初生产的划片机只是用来切割晶体管半导体硅片,只能切割最大为3英寸的硅片。而如今,它不仅可以切割硅片,还可以切割其它的薄、脆、硬材料,应用领域越来越广泛。日本DISCO公司生产的划片机占世界划片机销量的80%,代表着当今划片机的较高水平。该公司在2002年12月推出了DFD636O型划片机，该机最大划片尺寸达3O0mm(12英寸),划片槽宽度达到20m切割速度高达600mm/s,定位精度最高达0.003mm。JPsereezAssoeiateS公司生产紫外(UV)激光划片机,可用于切割300mm直径的单晶硅圆片,采用355un或266nm的短脉冲UV激光光源,采用了高性能、超精确的气动操作台,获得了较高的速度和加速度,断面边缘光滑平直，而且划片槽仅有2.5m宽。我国真正研制划片机的时间较晚,基本上是从七十年代开始的。1982年我国研制出第一台国产化的砂轮划片机,结束了当时我国划片机完全依赖进口的局面。国产划片机设备制造商主要有:中国电子科技集团公司第45研究所、沈阳仪表科学研究院、西安捷盛电子技术有限责任公司、上海富安工厂自动化有限公司、武汉三工光电设备制造有限公司。我国的划片机主要以中国电子科技集团第45研究所为代表,该研究所从1994年开始先后生产了HP602型(150mm)精密自动划片机,该款划片机采用恒力矩变频分相调速技术,可以减少圆片正反面的崩角情况并能够提高芯片的抗折强度,从而提高了芯片的质量,工作台采用滚动导轨；在此基础上于2004年研制了HP801型(200mm)精密自动划片机,在增大硅晶圆片一的直径的同时,也增加了硅晶圆片上芯片的数量,提高了芯片产出的效率,并达到了实用化,定位精度为士10m；而后又研制了KS780等型号的划片机。沈阳仪表科学研究院研制了ZSHS型自动砂轮划片机,精度达到了士5m m /35Omm,切割晶圆的行程为152.4mm,与当时国际上203.2mm有很大的差距,切割速度为150mm/S,与当时的国外先进的划片速度300mlm/s还相差很大。目前,国产新型的双轴200mm(8英寸)精密自动划片机,也已进入了实用化阶段,划片槽宽度达到3040m。2010年1月3日,苏州天弘激光股份有限公司推出了其第一款晶圆激光划片机TH一321型激光划片机,采用高精度的两维直线电机工作台及直驱旋转平台,划片槽宽度降低到3m。武汉三工光电设备制造有限公司生产的晶圆激光划片机,采用数控的工作方式,最大线切害速度为140/S,定位精度为士10m。从国内外现状来看,国内划片机的划片尺寸、切割速度及定位精度还没有达到国习际先进的水平,划片槽的宽度也与国外相差很大,所以对划片机进行总体规划并且对其Y、Z轴进行设计具有重要的意义。三、主要研究内容及研究方案(1)通过调研和参阅相关资料，了解IC封装及划片机的工作原理； (2)完成原理方案设计和结构方案设计，确定实施方案； (3)对划片机进行结构参数的初步设计，并完成相关的计算； (4)完成划片机的机械结构Y、Z轴进行具体设计；（Y轴:有效行程大于160mm,最小位移分辨率小于2m,步进精度小于4m,全程累积误差小于5m/160mm; Z轴:最大行程30mm,重复定位精度小于2m。）； (5)完成装配图和零件图。四、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作根据划片的工艺要求，划片机应具有高刚度、高可靠性、高稳定性、高定位精度等，而划片机的运动方案有许多种，每种方案各有其优缺点。因此，在深入分析划片机的工艺要求、对比不同的运动方案的特点的基础上，找到影响划片质量的关键点，然后确定总体方案，对提高划片机的总体性能具有至关重要的作用，也是研究的难点所在。在确定了总体方案之后，根据本课题的任务要求，对Y轴和Z轴进行设计。Y轴系统的作用是带动高速主轴做切割进给运动,即按单元晶片的规格尺寸分步运动。X轴完成一个往复运动后,Y轴导轨带动高速主轴运行一个单元晶片尺寸距离,以便完成下一行的切割。对Y轴的要求是结构刚度高,运行平稳,位移分辨率要高(2Lm),导轨全程累积误差要小(5Lm/160mm)3。因此，Y轴对传动精度和定位精度要求比较高，如何确定的Y轴的传动方案是本课题的研究重点及难点。Z轴系统的作用是在划片过程中带动高速主轴做抬刀落刀运动。X轴带动工作台往复运动一次,Z轴带动划片刀也上下抬落一次,完成对单元晶片的分段切割。对Z轴的要求是重复定位精度要高,以保证对晶片切割深度的一致性。因此，如何确定Z轴的传动方案，是本课题的研究重点及难点。 针对课题要求，前期主要是查阅相关文献，了解划片机的国内外发展现状及国内外的研究方法，调研了国内外划片机的性能特点，了解了划片机的工作原理，明确了划片机的性能要求，为下一步的设计工作打下了基础。五、工作方案(1)1-3周：调研，通过查阅相关文献和刊物，了解IC封装及划片机的工作原理，完成开题报告。 (2)4-8周：完成原理方案设计和结构方案设计，确定拟实施的方案，完成英文资料翻译。 (3)9-13周：对划片机进行结构参数的初步设计，并完成相关的计算；完成划片机的机械结构Y、Z轴进行具体设计；(4)14-18周：完成设计图纸，写出毕业论文，准备答辩。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日参考文献1姚道俊.砂轮划片工艺的实践与提高J.集成电路通讯，2005，(6):35-37.2袁惠珠.精密砂轮划片机的设计及精度分析7D.沈阳:沈阳工业大学,2004.3冯晓国,张景和,张乘嘉,等.IC封装设备划片机的研制J.仪器仪表学报，2003，(4):50-52.4谢中生.DISCO会社与其具有世界领先水平的划片机J.电子工业专用设备，1996，(4):40-41.5袁慧珠.划片机定位精度的设计J.仪表技术与传感器，2003，(7):51-52.6候飞.划片机工作台精确定位控制技术研究D.西安工业大学，2012.7杨云龙,刘金荣.全自动划片机自动识别对准技术的研究J.电子工业专用设备,2001,(110):46-4.8俞忠饪.我国集成电路产业的发展现状和展望J.微细加工技术,1998,(1):1-6.9宫崎.Ic制造上诸多问题J.机械研究,1969,21(2):69-73.10王春明,胡伦骥等.激光切割前沿辐射与切割质量关系的初探J.中国机械工程,2001,(7):312.11张明明,白宇.ZSHS自动砂轮划片机控制程序设计及实现J.电子工业专业设备:2008(162):49-5412王明权.HP-602型精密自动划片机误差分析与精度分配J.电子工业专业设备,1999(2):18-23.13SeamanFD.MaterialworkingLasersintheUnitedStatesJ.Proe.eon
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