CN116749365A - 半导体芯片切割设备及主轴振动自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体生产技术领域，尤其涉及半导体芯片切割设备及主轴振动自适应控制方法。本发明提供的第一振动测试仪设置于主轴的端面，第二振动测试仪设置于主轴的顶面，第一CCD相机和第一CCD成像板分设与主轴的两侧，并沿X方向对向安装且中心连线经过刀片，第二CCD相机和第二CCD成像板分设与主轴的两侧，并沿Y方向对向安装且中心连线经过刀片。根据测量的误差值，可以进行精确的调节，确保刀片和工作盘在切割过程中保持良好的对齐，从而实现精确的切割操作。因此能够实时监测和自适应调节主轴振动的能力，以及精确调节刀片和工作盘的对齐度，从而改善切割质量并实现精确切割。

Description

半导体芯片切割设备及主轴振动自适应控制方法

技术领域

本发明涉及半导体生产技术领域，尤其涉及半导体芯片切割设备及主轴振动自适应控制方法。

背景技术

在机械加工领域，“主轴”通常指的是机床上负责旋转切削工具或夹具的主要轴心，它通常由电机或驱动装置驱动。主轴在加工过程中承担着将切削力传递到工具或夹具上的功能。在半导体芯片切割过程中，主轴用于驱动切割刀具，完成对芯片的切割操作。

在切割过程中，主轴高速旋转产生的振动可能会影响切割质量。振动的存在会导致切割刀具在加工表面上产生不稳定的运动，进而影响切割深度和崩边情况。为了保证切割质量，需要采取措施来减少主轴振动，并实现振动的自适应控制。

因此亟需半导体芯片切割设备及主轴振动自适应控制方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体芯片切割设备，能够调节主轴振动的幅度，提升产品切割质量。

为达此目的，本发明采用了以下方案：

半导体芯片切割设备，包括X溜板和设置于该X溜板上的驱动件、工作盘、承载架、主轴、刀片、第一振动测试仪、第二振动测试仪、第一CCD相机、第二CCD相机、第一CCD成像板和第二CCD成像板，该驱动件的输出端与该工作盘连接，该驱动件被配置为驱动该工作盘转动，该承载架安装于该工作盘上，该承载架被配置为承放芯片产品，该刀片设置于该主轴的末端，该主轴的轴向方向为Y方向，该第一振动测试仪设置于该主轴的端面，该第二振动测试仪设置于该主轴的顶面，该第一CCD相机和该第一CCD成像板分设与该主轴的两侧，并沿X方向对向安装且中心连线经过该刀片，该第二CCD相机和该第二CCD成像板分设与该主轴的两侧，并沿该Y方向对向安装且中心连线经过该刀片。

示例性地，该主轴为气浮式主轴。

示例性地，该第一CCD相机为高帧频CCD相机。

示例性地，该第二CCD相机为高帧频CCD相机。

示例性地，该驱动件为力矩电机。

示例性地，该半导体芯片切割设备还包括防水罩子，该防水罩子设置于该工作盘和该驱动件之间。离电子元件和电路，防止水分侵入并导致电路短路、损坏或功能失效。

示例性地，该半导体芯片切割设备还包括防水支撑杆，该防水支撑杆的一端设置于该X溜板上，该防水支撑杆的另一端设置于该防水罩子上。

示例性地，该半导体芯片切割设备还包括调整垫，该调整垫设置于该X溜板和该驱动件之间。

本发明的目的在于提供一种主轴振动自适应控制方法，能够调节主轴振动的幅度，提升产品切割质量。

为达此目的，本发明采用了以下方案：

主轴振动自适应控制方法，应用于如上述任一项的半导体芯片切割设备，包括以下步骤：

S100、利用该第一振动测试仪测量该主轴在该Y方向的位移值my；

S200、利用该第二振动测试仪测量该主轴在Z方向的位移值mz；

S300、利用该第一CCD相机和该第一CCD成像板分别检测该刀片和该工作盘在该Y方向上的误差值a1和a2；

S400、利用该第二CCD相机和该第二CCD成像板分别检测该刀片和该工作盘在该Z方向上的误差值b1和b2；

S500、将my、mz、a1、a2、b1和b2分别于工艺参数对比，调节刀片的切割深度以及该主轴的功率及转速。

示例性地，步骤S500包括：

S510、若该芯片产品在该Y方向切割精度要求大于a1+a2，可满足切割精度需求，不需要调整该主轴在该Y方向的振动；

S520、该主轴的下刀深度大于b1+b2；

S530、若my大于预设工艺参数，调整该主轴的功率和转速以降低my的数值。

本发明的有益效果为：

本发明提供的半导体芯片切割设备中，通过设置第一振动测试仪和第二振动测试仪，能够实时测量主轴在Y方向和Z方向的位移值（my和mz）。同时，通过设置第一CCD相机和第一CCD成像板以及第二CCD相机和第二CCD成像板，能够检测刀片和工作盘在Y方向和Z方向上的误差值（a1、a2、b1和b2）。这样，当检测到位移值和误差值时，可以通过调节主轴功率和转速来调节误差，从而减小振动，提高切割质量。通过使用第一振动测试仪和第二振动测试仪，能够实时监测主轴的振动情况。根据测量结果，可以对主轴的振动进行自适应调节，通过调节主轴功率和转速来减小主轴在Y方向和Z方向的位移值（my和mz），以保持主轴的稳定性和切割质量。通过使用第一CCD相机和第一CCD成像板以及第二CCD相机和第二CCD成像板，能够检测刀片和工作盘在Y方向和Z方向上的误差值（a1、a2、b1和b2）。根据这些误差值，可以进行精确的调节，确保刀片和工作盘在切割过程中保持良好的对齐，从而实现精确的切割操作。因此能够实时监测和自适应调节主轴振动的能力，以及精确调节刀片和工作盘的对齐度，从而改善切割质量并实现精确切割。

本发明提供的主轴振动自适应控制方法中，通过实时测量、误差检测和分析，以及自适应调节切割深度和主轴的功率及转速，实现了对主轴振动的控制和调节。这能够提高切割精度、稳定性和切割质量，从而提升半导体芯片切割设备的性能和效果。

附图说明

图1是本发明提供的半导体芯片切割设备在一个视角下的结构示意图；

图2是本发明提供的半导体芯片切割设备在另一个视角下的结构示意图；

图3是本发明提供的主轴振动自适应控制方法的流程图。

图中：

1、X溜板；2、驱动件；3、工作盘；4、承载架；5、主轴；6、刀片；7、第一振动测试仪；8、第二振动测试仪；9、第一CCD相机；10、第二CCD相机；11、第一CCD成像板；12、第二CCD成像板；13、芯片产品；14、防水罩子；15、防水支撑杆；16、调整垫。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”，这些方位词是为了便于理解而采用的，因而不构成对本发明保护范围的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请结合参考图1和图2，本实施例提供一种半导体芯片切割设备。半导体芯片切割设备包括X溜板1和设置于X溜板1上的驱动件2、工作盘3、承载架4、主轴5、刀片6、第一振动测试仪7、第二振动测试仪8、第一CCD相机9、第二CCD相机10、第一CCD成像板11和第二CCD成像板12，驱动件2的输出端与工作盘3连接，驱动件2被配置为驱动工作盘3转动，承载架4安装于工作盘3上，承载架4被配置为承放芯片产品13，刀片6设置于主轴5的末端，主轴5的轴向方向为Y方向，第一振动测试仪7设置于主轴5的端面，第二振动测试仪8设置于主轴5的顶面，第一CCD相机9和第一CCD成像板11分设于主轴5的两侧，并沿X方向对向安装且中心连线经过刀片6，第二CCD相机10和第二CCD成像板12分设于主轴5的两侧，并沿Y方向对向安装且中心连线经过刀片6。

通过设置第一振动测试仪7和第二振动测试仪8，能够实时测量主轴5在Y方向和Z方向的位移值（my和mz）。同时，通过设置第一CCD相机9和第一CCD成像板11以及第二CCD相机10和第二CCD成像板12，能够检测刀片6和工作盘3在Y方向和Z方向上的误差值（a1、a2、b1和b2）。这样，当检测到位移值和误差值时，可以通过调节主轴5功率和转速来调节误差，从而减小振动，提高切割质量。通过使用第一振动测试仪7和第二振动测试仪8，能够实时监测主轴5的振动情况。根据测量结果，可以对主轴5的振动进行自适应调节，通过调节主轴5功率和转速来减小主轴5在Y方向和Z方向的位移值（my和mz），以保持主轴5的稳定性和切割质量。通过使用第一CCD相机9和第一CCD成像板11以及第二CCD相机10和第二CCD成像板12，能够检测刀片6和工作盘3在Y方向和Z方向上的误差值（a1、a2、b1和b2）。根据这些误差值，可以进行精确的调节，确保刀片6和工作盘3在切割过程中保持良好的对齐，从而实现精确的切割操作。因此能够实时监测和自适应调节主轴5振动的能力，以及精确调节刀片6和工作盘3的对齐度，从而改善切割质量并实现精确切割。X方向、Y方向和Z方向如图1和图2中的方向所示。

进一步地，主轴5为气浮式主轴。气浮式主轴利用气体静压原理来支撑和减震。相较于传统的机械支撑方式，气浮式主轴能够提供更好的减震效果，降低主轴5的振动水平。这样可以显著改善切割过程中的振动问题，提高产品的切割质量。气浮式主轴具有较高的刚性和稳定性，能够更精确地控制主轴5的位置和旋转。通过减小主轴5的振动，气浮式主轴能够提供更稳定的切割环境，从而提高切割精度。相比于传统的机械支撑方式，气浮式主轴具有较低的摩擦和能量损耗。这是因为气浮式主轴不需要接触性支撑，而是通过气体压力提供支撑和悬浮，减少了摩擦和能量损耗。因此，使用气浮式主轴可以降低能量消耗，提高设备的效率和节能性。

优选地，第一CCD相机9为高帧频CCD相机。第二CCD相机10为高帧频CCD相机。通过如此设置，能够以更高的帧率进行图像采集。高帧频相机可以更快地捕捉到切削过程中的图像信息，从而提供更多的数据用于分析和控制。这样可以实现更精细的切割控制和更快速的反应速度。高帧频CCD相机能够捕捉到切割过程中的快速运动和变化。它可以记录和分析刀片6和工作盘3在切割过程中的动态变化，例如位置偏移、振动和切削表面的变化。这种动态监测能够帮助及时检测和纠正任何异常情况，从而提高切割质量和稳定性。高帧频CCD相机的应用能够提供更准确的切割过程监测和控制。通过实时监测切割过程中的图像信息，可以及时发现并纠正切削误差，提高切割精度和表面质量。这有助于减少崩边、提高切割一致性和减少不良产品的产生。

优选地，驱动件2为力矩电机。力矩电机是一种专门设计用于提供高扭矩输出的电动机。相比传统电机，力矩电机能够提供更大的扭矩密度。这意味着在相同尺寸和重量下，力矩电机能够提供更高的扭矩输出，满足半导体芯片切割设备对高扭矩的需求。力矩电机具有优异的控制特性，能够实现精确的扭矩控制。在半导体芯片切割设备中，精确的扭矩控制非常重要，以确保切割过程的稳定性和精度。力矩电机能够快速响应控制信号，并在广泛的转速范围内提供稳定的扭矩输出，使切割过程更加可靠和精确。力矩电机具有快速的控制响应速度，能够迅速调整输出扭矩。这对于需要快速变化的切割操作非常重要。力矩电机能够根据实时的控制信号迅速调整输出扭矩，满足切割过程中不同工件和切割参数的要求，提高切割效率和生产效率。

进一步地，半导体芯片切割设备还包括防水罩子14，防水罩子14设置于工作盘3和驱动件2之间。防水罩子14的设置可以有效保护半导体芯片切割设备免受水分和液体的侵入。切割过程中可能会产生冷却液、润滑剂或其他液体，防水罩子14可以防止这些液体进入设备的关键部件和机械结构，从而保护设备的稳定运行和延长其使用寿命。半导体芯片切割设备通常涉及电子元件和电路，这些电路对水分和湿度非常敏感。通过设置防水罩子14，可以有效隔离电子元件和电路，防止水分侵入并导致电路短路、损坏或功能失效。

优选地，半导体芯片切割设备还包括防水支撑杆15，防水支撑杆15的一端设置于X溜板1上，防水支撑杆15的另一端设置于防水罩子14上。防水支撑杆15的设置可以提供对防水罩子14的支撑和固定。通过将防水支撑杆15的一端连接到X溜板1上，将另一端连接到防水罩子14上，可以确保防水罩子14与X溜板1之间的稳固连接。这样可以防止防水罩子14在切割过程中因振动或其他因素而松动或移位。

进一步地，半导体芯片切割设备还包括调整垫16，调整垫16设置于X溜板1和驱动件2之间。调整垫16的设置在X溜板1和驱动件2之间提供了调整间隙和对齐度的能力。在半导体芯片切割设备中，准确的间隙和对齐度对于保证切割质量至关重要。通过选择合适厚度的调整垫16，可以调整X溜板1和驱动件2之间的间隙，以确保零部件之间的紧密配合和对齐度。在实际制造中，零部件之间的尺寸和装配偏差是难以避免的。调整垫16的使用可以帮助补偿这些装配偏差，以实现更准确的装配和对齐。通过选择适当厚度的调整垫16，在X溜板1和驱动件2之间加入或移除调整垫16，可以实现零部件的微调和补偿，以满足切割设备的要求。

请结合参考图3，本实施例还提供了一种主轴振动自适应控制方法，应用于如上述的半导体芯片切割设备，主轴振动自适应控制方法包括以下步骤：

S100、利用第一振动测试仪7测量主轴5在Y方向的位移值my；

S200、利用第二振动测试仪8测量主轴5在Z方向的位移值mz；

S300、利用第一CCD相机9和第一CCD成像板11分别检测刀片6和工作盘3在Y方向上的误差值a1和a2；

S400、利用第二CCD相机10和第二CCD成像板12分别检测刀片6和工作盘3在Z方向上的误差值b1和b2；

S500、将my、mz、a1、a2、b1和b2分别与工艺参数对比，调节刀片6的切割深度以及主轴5的功率及转速。

通过实时测量、误差检测和分析，以及自适应调节切割深度和主轴5的功率及转速，实现了对主轴5振动的控制和调节。这能够提高切割精度、稳定性和切割质量，从而提升半导体芯片切割设备的性能和效果。

进一步地，步骤S500包括：

S509、若mz大于3μm，需要调整半导体芯片切割设备的装配误差，使mz小于3μm后进行后续步骤；第二振动测试仪8测量主轴5在Z方向的位移值mz能够反映主轴5在Z方向上的波动幅度。若mz大于3μm，则表明此时半导体芯片切割设备的装配误差过大，需要进行装配误差的调整。调整装配误差至mz小于3μm后进行后续步骤，能够提高切割精度、稳定性和切割质量，从而提升半导体芯片切割设备的性能和效果。

S510、若芯片产品13在Y方向切割精度要求大于a1+a2，可满足切割精度需求，不需要调整主轴5在Y方向的振动；

S520、主轴5的下刀深度大于b1+b2，以保证在Z方向上将产品切透；

S530、若my大于预设工艺参数，调整主轴5的功率和转速以降低my的数值。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对其实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上 述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.半导体芯片切割设备，其特征在于，包括X溜板（1）和设置于所述X溜板（1）上的驱动件（2）、工作盘（3）、承载架（4）、主轴（5）、刀片（6）、第一振动测试仪（7）、第二振动测试仪（8）、第一CCD相机（9）、第二CCD相机（10）、第一CCD成像板（11）和第二CCD成像板（12），所述驱动件（2）的输出端与所述工作盘（3）连接，所述驱动件（2）被配置为驱动所述工作盘（3）转动，所述承载架（4）安装于所述工作盘（3）上，所述承载架（4）被配置为承放芯片产品（13），所述刀片（6）设置于所述主轴（5）的末端，所述主轴（5）的轴向方向为Y方向，所述第一振动测试仪（7）设置于所述主轴（5）的端面，所述第二振动测试仪（8）设置于所述主轴（5）的顶面，所述第一CCD相机（9）和所述第一CCD成像板（11）分设于所述主轴（5）的两侧，并沿X方向对向安装且中心连线经过所述刀片（6），所述第二CCD相机（10）和所述第二CCD成像板（12）分设于所述主轴（5）的两侧，并沿所述Y方向对向安装且中心连线经过所述刀片（6）。

2.根据权利要求1所述的半导体芯片切割设备，其特征在于，所述主轴（5）为气浮式主轴（5）。

3.根据权利要求1所述的半导体芯片切割设备，其特征在于，所述第一CCD相机（9）为高帧频CCD相机。

4.根据权利要求1所述的半导体芯片切割设备，其特征在于，所述第二CCD相机（10）为高帧频CCD相机。

5.根据权利要求1所述的半导体芯片切割设备，其特征在于，所述驱动件（2）为力矩电机。

6.根据权利要求1所述的半导体芯片切割设备，其特征在于，所述半导体芯片切割设备还包括防水罩子（14），所述防水罩子（14）设置于所述工作盘（3）和所述驱动件（2）之间。

7.根据权利要求6所述的半导体芯片切割设备，其特征在于，所述半导体芯片切割设备还包括防水支撑杆（15），所述防水支撑杆（15）的一端设置于所述X溜板（1）上，所述防水支撑杆（15）的另一端设置于所述防水罩子（14）上。

8.根据权利要求1所述的半导体芯片切割设备，其特征在于，所述半导体芯片切割设备还包括调整垫（16），所述调整垫（16）设置于所述X溜板（1）和所述驱动件（2）之间。

9.主轴振动自适应控制方法，应用于如权利要求1-8任一项的半导体芯片切割设备，其特征在于，包括以下步骤：

S100、利用所述第一振动测试仪（7）测量所述主轴（5）在所述Y方向的位移值my；

S200、利用所述第二振动测试仪（8）测量所述主轴（5）在Z方向的位移值mz；

S300、利用所述第一CCD相机（9）和所述第一CCD成像板（11）分别检测所述刀片（6）和所述工作盘（3）在所述Y方向上的误差值a1和a2；

S400、利用所述第二CCD相机（10）和所述第二CCD成像板（12）分别检测所述刀片（6）和所述工作盘（3）在所述Z方向上的误差值b1和b2；

S500、将my、mz、a1、a2、b1和b2分别与工艺参数对比，调节刀片（6）的切割深度以及所述主轴（5）的功率及转速。

10.根据权利要求9所述的主轴振动自适应控制方法，其特征在于，步骤S500包括：

S509、若mz大于3μm，需要调整所述半导体芯片切割设备的装配误差，使mz小于3μm后进行后续步骤；

S510、若所述芯片产品（13）在所述Y方向切割精度要求大于a1+a2，可满足切割精度需求，不需要调整所述主轴（5）在所述Y方向的振动；

S520、所述主轴（5）的下刀深度大于b1+b2；

S530、若my大于预设工艺参数，调整所述主轴（5）的功率和转速以降低my的数值。