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1、2目录摘 要1第一章 绪论21.1 课题的研究背景21.2 划片机的发展过程21.3 三种划片机的技术比较31.4 国内外划片机的发展现状41.5 划片机的发展趋势51.6 砂轮划片机的基本功能与系统构成51.7 本课题的主要研究内容6第二章 IC封装的介绍及划片机的工作原理72.1 IC封装的介绍72.2 划片机的工作原理8第三章 划片机原理方案和结构方案设计113.1 划片机设计方案的论证113.2 划片机的原理方案及结构方案设计11第四章 划片机结构参数的初步设计及相关计算144.1 原动机参数的初步的设计144.2 X轴参数的初步设计144.3 轴参数的初步设计144.4 支承和导轨的
2、确定144.5 砂轮主轴的确定15第五章 划片机X、轴机械结构具体设计165.1 X轴机械结构的设计及计算165.2 轴机械结构的设计及计算18总结25参 考 文 献26 划片机的总体规划及X、轴设计 学 生： 指导教师： 学院摘 要：IC封装是半导体三大产业之一，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所用的划片机，还主要从美国、日本、新加坡引进。为了促进划片机的国产化,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
3、的总体规划及X、轴设计”作为本次本科毕业论文的课题，既有较大的学术价值，又有广阔的应用前景。 关键词：晶片；划片机；半导体；切割 。 全套图纸，加153893706 Abstract: IC encapsulation is one of the three largest industries in semiconductor, and its first key equipment is wafer incision . Wafer incision is used to cut the chips into unit devices,preparing for the next step
4、 of bonding of unit chips.The specifications of cutting chip is usually 3 to 6 chips,and the shape of unit chips are rectangular or polygonal.Since to now ,wafer incision is used for IC encapsulation in our country is mainly introduced from America,Japan and Singapore.In order to promote the localiz
5、ation of wafer incision,This research group has carried out the development of IC encapsulation equipment.So we put The overall planning of wafer incision and its design of X, axis as the subject research of undergraduate thesis,it has great academic value and broad application prospects. Keyword: c
6、hip; wafer incision; semiconductor; cut.第一章 绪论1.1 课题的研究背景 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
7、的总体规划及X、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7。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)、
8、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
9、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
10、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。1.3 三种划片机的技术比较 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 三种划片机的技术比
11、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1.4 国内外划片机的发展现状 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
12、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
13、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
14、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
15、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。1.5 划片机的发展趋势 伴随着电子技术及相关产业的飞速发展，国际半导体业的生产已发生了巨大变化。集成电路由大规模向超大规模发展，集成度越来越高，划片槽越来越窄，一般在3040m14。迄今为止，其遵循的主要规律是：每个芯片上的晶体管数每年增加50，或每3.5年增加4倍；特征尺寸、门延迟、连线的步径（线宽+间距）每年减少13。这对于以金
