ADT7100划片机的使用和维护

2012-06-28刁振国殷履文臧成东

电子工业专用设备 2012年5期

刁振国，殷履文，臧成东

(中国电子科技集团第五十五研究所，江苏南京210016)

集成电路和电子元器件的制造工艺主要由硅圆片的生长，圆片的切片和磨光，薄膜生长，光刻，刻蚀，针测，划片，到封装与测试。划片是电子器件和集成电路制造过程中一个非常重要的环节，划片主要是由划片机来完成。划片机的主要制造商有以色列的ADT（原先是美国K&S的子公司），日本的DISCO，和中国的电子科技集团公司第四十五研究所等。划片机的主轴有100 mm和50 mm（4英寸和2英寸）。100 mm主轴转矩大，切割力强，主要用来切割厚且硬的材料。50 mm主轴工作时振动小，切割质量更好。用根据实际的需要选择合适的主轴、机型、切割刀片。刀片主要有硬刀（金属刀）和软刀（树脂刀），有的刀片和法兰一体(Hub)，刀片用完后法兰不再使用，另一种是刀片安装在法兰上（Hub less），刀片用完后可在法兰上更换新的刀片。

1 ADT7100的结构

1.1 工作台

晶圆，直径为150 mm和200 mm两种，材料为多空陶瓷。将待切割片贴在蓝膜或UV膜上贴装后放置在工作台上由真空吸附。如图1所示。

图1 切割示意图

1.2 运动轴

X轴：由压缩空气（0.45 MP）浮撑,伺服电机驱动，带动工作台作水平方向移动，移动速度为0～350 mm／s。

Z轴：由步进电机驱动，带动主轴、清洗水、冷却水、摄像系统上下方向运动，精度±3 μm。

Y轴：由步进电机驱动，带着Z轴系统前后方向运动（Z轴放置在Y轴上），精度：±1.5 μm。

T轴：由步进电机驱动，旋转工作台。老型号机器是由步进电机驱动钢丝绳缠绕的变速机构，开环控制无转角检测，新机器有改进，由电机直接驱动，光电传感器检测转动角度。

主轴：100 mm(4英寸)主轴功率为2.5 kW，最大转速30 kr/min；或50 mm(2英寸)主轴功率1.2 kW，最大转速60 kr/min。

1.3 视觉系统

CCD+灯光调节。用于手动或自动找平，或查看切割痕迹。

1.4 测高系统

（1）接触式测高：Z轴下降，高速旋转的刀片与工作台上的特定测高区域相接触，系统计算出刀片和工作台之间的位置关系（刀片距离台面高度）。

（2）非接触式测高：应用光电传感器（一端发射，另一端接受），Z轴下降，当刀片挡住光栅时，系统知道Z轴下降的距离，比对位置关系，计算出刀片的曝余量。优点在于非接触，刀片不磨损。

1.5 水路

冷却水和清洗水。刀片切割时产生的热量极易损坏刀片和工件，此时需要用去离子水来冷却，以提高切割质量。切割产生的碎屑和粉尘残留在芯片上，污染芯片，也会影响其电气性能，在切割的同时还要用去离子水来冲洗，保证清洁。

1.6 控制结构

控制结构见图2。

图2 控制系统框图

2 7100的使用

（1）根据待切割的材料选定合适的刀型，安装刀具，调整冷却水和清洗水的位置、流量。

（2）在程序中先定几个重要的参数：spindle转速，feed速度，切割深度depth。

（3）根据图像，手动对准找平或自动对准找平（先编教 model）。

（4）编教步进 index，0°和 90°角。

（5）先划一刀，观察刀痕，执行Y-offset。

（6）划几刀后，根据切割的情况，调整2中的工作参数，要求崩边较小，深度合适，正常划切。

（7）使用中需要注意的事项：wafer贴在tape上，要求平整，不能有气泡；检查刀片有无缺口，是否完好；刀片的曝余量和材料厚度的比值要求，树脂刀不超过10∶1，金属烧结刀不超过20∶1，镍刀不超过30∶1。

3 维护

（1）日常维护：工作台、防水罩清洗，保持清洁；小心清洁CCD镜头、非接触测高传感器。

（2）周期维护（三个月）：拆下工作台，超声清洗；各运动轴用油枪加油脂润滑。

（3）周期维护（一年）：压缩空气过滤器滤芯的更换。

（4）周期维护（二年）：UPS电池的更换。

4 维修

（1）水阀、气阀的更换。当水阀或气阀有泄漏现象，或动作响应慢甚至无响应时，应将其更换。

（2）电动机驱动板的更换。当电动机不动或工作异常时，首先将其驱动电路板更换，不能解决故障时，再更换电动机。Y、Z、T轴电动机驱动板相同，维修时可互换使用，以排除故障。互换时需要确认板上的匹配电阻电容（图3中可见2个红色匹配电容），要与原板相同。

图3 步进电机驱动器

（3）测高板和测高传感器的更换。当系统测高时间变长，且经常报警，显示系统测高失败时，先调整测高电路板上的电位器，在GUI界面上看Light光强值使其为1450，再观察测高是否正常，否则更换传感器。换传感器后，注意调整其高度，用治具棒调整。最后在维护界面下运行接触式测高和CHUCK到NCH BUTTON的高度差。图4为测高传感器，安装时要求传感器内边和刀片平行，图5为调整传感器高度用的治具。

图4 测高传感器

图5 调整传感器高度用治具

(4)T轴有关的维修：

①限位开关的更换：当T轴不能回原点时，或原点位置不定时考虑更换。

②步进齿带的更换：当能听见电机旋转声，工作台不见转动时，很可能是齿带断裂，如是更换即可。齿带型号：120MXL（MADE IN USA），可用宁波伏龙同步带有限公司生产的120MXL替代（见图6）。

图6 步进齿带

③钢丝绳更换（共12根，2长10短）：当T轴有卡死，或过载现象，或T轴精度变差时，打开保护罩，观察钢丝绳的状况，如果磨损，损坏严重，弹簧变松时要更换。注意方法：Ⅰ.用治具卡住齿轮盘；Ⅱ.第一根长绳（右边挂钩，左边挂弹簧）从丝杆的第六圈开始绕六圈；Ⅲ.空一格，绕一短绳（左边挂钩，右边挂弹簧）；Ⅳ.空一格，绕一短绳（右边挂钩，左边挂弹簧）；Ⅴ.重复Ⅲ、Ⅳ，将10根短绳全绕上；Ⅵ.空一格，绕最后一根长绳（左边挂钩，右边挂弹簧），绕六圈。所有绳都遵循左高右低的原则。