劃片機冷卻水罩對劃切品質影響的研究

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行元件，以每分鐘3 萬到6 萬的轉速劃切晶圓的劃切區域, 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，在切割材料時，刀片與材料的接觸處會產生很高的溫度，穩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、電弧現象發生，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。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定時，劃切品質才能達到最佳。冷卻水流量的調節，包括噴嘴方向、高低、流量大小的調節。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確地噴射到刀片兩側以及切割道中，對劃切芯片的質量有很大影響。

2 冷卻水罩現狀

圖2為一種劃片機的防水罩三維效果圖。左側前后兩根噴水管噴出的水噴在刀片的兩側，起到冷卻刀片的作用，右側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由于劃切材料產生的碎屑。由于劃切中刀片尺寸不同，所以需要噴水桿可以便捷的調節。由圖可見，左側和右側噴桿想要實現上下位置的調節很不方便，使得冷卻水噴水點不夠準確，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、裝配等原因會出現堵塞不暢，使得噴水效果無法實現“扇形噴灑”。這樣會不利于冷卻刀片以及沖走切割道內的碎屑。

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。此防水罩的結構設計：噴水桿與罩體連結方式是焊接，焊點有可能會堵塞噴水桿，無法實現冷卻水有效的噴灑；同樣右側出水口的角度亦無法調節，難以適應各種尺寸的刀片，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

根據設計理念以及劃切需求制定的劃切水罩方案，左側前后工作的理想狀態如圖4（a）所示，如此才能使刀片冷卻均勻，以保障劃切質量以及延長刀片壽命，然而原防水罩左側前后倆噴水桿實際工作效果如圖4（b）所示，右側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由于劃切材料產生的碎屑：

圖4 左側噴水桿噴水效果圖

針對以上的角度不可調、上下調節不方便、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，設計了新的結構方案，如圖5所示。左側前后兩噴桿通過調整塊可以上下隨意調節，以適應各種尺寸的刀片，并且通過根部螺母可以旋轉，以達到對刀片兩側噴水均勻的狀態，右側噴桿通過改進，也方便了調節，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

通過統計客戶現場使用更換優化后的冷卻水罩的設備與未更換的設備進行劃切對比，我們得出器件表面崩邊過大、刀具異常磨損、嚴重燒傷等問題均得到很大改善。

5 結束語

砂輪劃片機的在劃切中，冷卻水罩的結構對劃切效果有很大的影響，此文通過對不同結構冷卻水罩的研究，對現有的結構進行優化，有效地減少了劃切中因為劃切水噴灑不均不準對劃切品質產生的影響。

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

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.