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1、划片机的总体规划及Y、Z轴设计摘要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。但由于与国外技术存在差距，目前我国高端划片机仍然依赖进口。为了促进IC封装设备的国产化，本设计对划片机进行了总体规划并且对关键零部件进行了详细设计在分析划片工艺要求的基础上，确定了划片机的主要功能，进而进行了划片机的各部分功能的原理方案设计。其次，提出了四种不同的结构方案，并详细对比了其优缺点，然后确定了结构方案设计，完成了划片机的
2、总体规划。接下来，针对划片工艺要求，进行了各部分结构的初步设计，包括各轴的传动方案、支承方案以及相关的结构参数。然后，根据课题要求，对划片机的Y、Z轴进行了详细设计，通过计算，分别完成了Y、Z轴的丝杠螺母机构的选型、电机的选型、导轨的选型。最后，完成了划片机Y、Z轴的装配图。关键字：划片机；总体规划；结构设计；滚珠丝杠；步进电机；滚动直线导轨；AbstractIC packaging is one of the semiconductor industry( device design, wafer fabrication, and packaging ) . Subsequently pac
3、kaging processes include : dicing , die attach , ultrasonic ball bonding , packaging , testing and packaging. Scribing machine is the key equipment after the first line of the IC package , its role is to make a good wafer into single components , ready for the next unit wafer bonding. But because th
4、ere is a gap with foreign technology , Chinas high- scribing machine is still dependent on imports. In order to promote the localization of IC packaging equipment , the overall plan and key componentsdetail design of a dicing machine are been done in this design.On the basis of analyzing the dicing
5、process, dicing machine main function is been defined. Then the design of principal program, of each parts function, is been done. Secondly, four different structural schemes are proposed, and a detailed comparison of their advantages and disadvantages is showed in the article, and then the structur
6、e of the program design is determine, a master plan dicing machine completed.Next, for the dicing process requirements, a preliminary design of each part of the structure is completed, including the drive shaft of the program, support programs and related structural parameters. Then, according to th
7、e task requirements, Y, Z axis dicing machine are designed in detail. By calculating, the Y, the selection of screw nut body, the selection of the motor, and rail are Completed. Finally, the assembly drawing of Z-axis Y-axis are completed.Key words:请键入文字或网站地址，或者上传文档。Hu pin j; zngt guhu; jigu shj; gn
8、zh s gng; b jn dinj; gndng zhxin dogu源语言： 中文Scribing machine; overall planning; structural design; ball screws; stepper motor; rolling linear guide目录1绪论41.1引言41.2划片机的发展过程41.3划片机的国内外发展现状51.4设计任务及要求62划片机的总体方案设计62.1划片机的技术要求62.2划片机的原理方案设计72.2.1划片机砂轮驱动系统的原理方案设计72.2.2划片机X、Y、Z轴的原理方案设计72.2.3划片机轴的原理方案设计72.2.
9、4划片机晶片固定方案设计82.2.5划片机晶片定位方案设计82.2.6划片机的控制方案82.2.7划片机的冷却、保护方案设计82.3划片机的结构方案设计93划片机结构参数的初步设计103.1划片机主轴的参数的初步设计103.2划片机晶片定位机构参数的初步设计113.3划片机晶片固定系统参数的初步设计113.4划片机X轴的初步设计123.5划片机Y轴的初步设计133.6划片机Z轴的初步设计133.7划片机轴的初步设计144划片机轴Z和Y轴的详细设计144.1划片机Z轴的详细设计144.1.1Z轴滚珠丝杠的设计144.1.2Z轴电机的选型164.1.3Z轴导轨的选型174.2划片机Y轴的详细设计1
10、84.2.1Y轴滚珠丝杠的设计184.2.2Y轴电机的选型194.2.3Y轴导轨的选型215结束语22致谢221 绪论1.1 引言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英寸晶片，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
11、作。因此，对划片机进行总体规划并且对关键零部件进行设计，不仅有较大的学术价值，而且有广阔的应用前景。1.2 划片机的发展过程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6-8m、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
12、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2-5m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
13、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 姚道俊砂轮划片工艺的实践与提高J集成电路
14、通讯，2005，（6）：35-37。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1-1所示。由表1-1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
15、，因此砂轮划片是目前的主流加工技术。表1-1 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1.3 划片机的国内外发展现状袁慧珠,李德爱,孙家全,王纪春.ZSH-型自动砂轮划片机J.仪表技术与传感器,1998,12:17-18+33.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
