Установки для разделения пластин

Оборудование для разделения пластин скрайбированием. Скрайбирование заключается в нанесении на поверхность полу­проводниковой пластины системы взаимно перпендикулярных ри­сок. Вдоль рисок формируются зоны концентрации напряжений, поэтому приложение изгибающих усилий приводит к разлому пластины вдоль рисок на отдельные кристаллы. В качестве ин­струмента для нанесения рисок используются алмазные резцы, лазерный луч.

Установка «Алмаз-М» (рис.14.1) предназначена для скрайби­рования полупроводниковых пластин алмазными резцами, кото­рые закрепляются в резцовой головке 3. Пластина крепится ва­куумом на предметном столике 4, соединенном с приводом шаго­вых перемещений. Настройка шага скрайбирования и ориентация пластины проводятся с помощью проектора 1. Проектор совмест­но с кожухом 2 закреплен на стойках, вмонтированных в осно­вание 6. На лицевой стороне основания расположен пульт управ­ления 5. Основные технические данные полуавтомата «Алмаз-М»:

Максимальный ход подачи предметного столика . 85 мм

Интервал скрайбирования 20. ..100 мм

Шаг скрайбирования: двумя резцами с интервалом:

0,01 мм 0,01...0,99 мм

0,02 мм „. . . 0,02. ..19,98 мм

одним резцом с интервалом

0,04 мм 0,04.. .39,96 мм

Погрешность скрайбирования по шагу 0,005 мм

Неперпендикулярность нанесения рисок скрайбирования

на длине 80 мм, не более 0,006 мм

Наибольшая погрешность шага скрайбирования на дли­
не 80 мм, не более 0,1 мм

Скорость подачи 4 мм/с

Пределы плавной регулировки скорости перемещения

резцовой головки 20.. .75 мм/с

Усилие нагрузки резца 0,1.. .2,5 Н

Кроме механического скрайбирования алмазным резцом ис­пользуется также скрайбирование полупроводниковых пластин лучом лазера. Этот метод позволяет уменьшить число микротре­щин и сколов на рабочей поверхности, может использоваться для скрайбирования пластин с любыми покрытиями, обеспечивает не только надрезание пластин на различную глубину, но и их сквоз­ное разделение.

В современных установках лазерного скрайбирования исполь­зуются твердотельные лазеры на алюмоиттриевом гранате.

Основные параметры установки лазерного скрайбирования приведе­ны в табл. 14.1.

К недостаткам лазерного скрай­бирования относится сложность и высокая стоимость оборудования, 'необходимость защиты рабочей по­верхности от микрочастиц, разле­тающихся из зоны расплава при лазерном воздействии.

Для разделения скрайбированных пластин на кристаллы исполь­зуются механические устройства с валиком, гибкой.лентой или сфе­рической опорой.

Таблица 14.1 - Основные параметры установки лазерного скрайбирования

Рисунок 14.2 - Установка разделения пластин алмазными кругами

Установка разделения пластин алмазными кругами. Метод разде­ления пластин алмазными отрезными кругами имеет ряд преимуществ по сравнению со скрайбированием. Он позволяет разрезать пластины с многослойными по­крытиями и получать кристаллы больших размеров с высокой точностью, минимальным количеством сколов и ровными, перпен­дикулярными торцами, облегчающими автоматическую сборку. С помощью отрезных кругов можно разделять пластины из мате­риалов, не поддающихся скрайбированию, например из сапфира, а также пластины больших размеров и соотвественно большой (до 0,8 ... 1 мм) толщины.

На рис. 14.2,а показаны компоновка и основные узлы установ­ки резки алмазными кругами модели 04ПП100М. Установка со­держит корпус 1, шпиндельный узел 2, каретки продольной 8 и поперечной 3 подач, вакуумный стол 7 с насадкой 6, узел совме­щения 4 и систему 5 подачи смазывающе-охлаждающей жидкости (СОЖ). На валу 14 шпинделя 9 (рис. 14.2,б) закреплен алмазный круг 15. Шпиндель 9 закреплен на каретке поперечной подачи 3, связанной с электродвигателем через ходовой винт 12 и гайку 10. Каретка перемещается по цилиндрическим направляющим 16. Для уменьшения трения в направляющих во втулках 17 каретки выполнены каналы, по которым в зазор между втулками и на­правляющими подается сжатый воздух. Он не только создает между ними воздушную прослойку, но и препятствует попаданию в направляющие продуктов резания. Каретки продольных переме­щений 8 имеют аналогичные направляющие.

Перемещения кареток осуществляются приводами от шаговых электродвигателей, что обеспечивает широкий диапазон измене­ния подачи. Движение каретке продольной подачи передается от электродвигателя эластичным зубчатым ремнем.

Для повышения точности размеров получаемых кристаллов в установке применен узел коррекции поперечного перемещения шпинделя (рис. 13.2,в). Узел включает коррекционную линейку 11 (рис. 14.2,б), Г-образный и прямой рычаги 18 и 21, на концах ко­торых закреплены ролики 19, 20, притянутые к линейке пружи­ной 22. В случае, если систематическая ошибка ходового винта 12 превышает допустимое значение, линейку 11 поворачивают вокруг оси 13 (рис. 14.2,б), создавая необходимый доворот гайке 10 по отношению к винту 12.

Перед началом работы узел совмещения 4 (рис. 14.2,а) настраи­вают относительно линии отрезки, для чего на вакуумном столи­ке 7 закрепляют пробную пластину и нарезают ее. Затем визирную линию оптического устройства совмещают с линией отрезки. В дальнейшем визирная линия служит базой при ориентации рабо­чих пластин. Рабочую пластину 23 (рис. 2.2,г) закреп­ляют совместно с металлическим кольцом 25 на адге­зионной пленке 24 и уста­навливают на вакуумном столике. При этом металли­ческое кольцо притягивается к постоянным магнитам 26, встроенным в основание столика, и пленка облегает конус столика. В результате алмазный круг при надре­зании пластин не касается пленки и кольца.

После установки глуби­ны реза и величины шага в автоматическом режиме производится резка пластины в одном направлении. Затем стол с пластиной по­ворачивают на 90°, ориентируют пластину по визирной линии и производят резку в перпендикулярном направлении.

Узел крепления алмазного круга и подачи СОЖ в зону реза­ния показан на рис. 14.3,а. Через окно 5 в корпус 3 подается де-ионизованная вода. Она захватывается периферийной поверхно­стью оправки 2 с кругом 1 и разгоняется по подводному каналу 4. Поток воды постепенно обжимается спиральной поверхностью ка­нала, и скорость его возрастает. При выходе из окна 6 поток име­ет скорость, близкую к линейной скорости круга. В зоне карма­нов 7 происходит резкое снижение скорости и соответствующее повышение давления жидкости за счет сопротивления течению по­тока, создаваемого наружной поверхностью корпуса. В результа­те СОЖ глубоко проникает в зону резания, что позволяет увели­чить подачу до 170 ...320 мм/с при частоте вращения круга 5Х10^-4 мин^-1 и глубине врезания 250 мкм.

Оправка для закрепления алмазного круга (рис.14.3,б) содер­жит корпус 2, на который последовательно устанавливаются коль­цевая эластичная прокладка 3, алмазный отрезной круг 1, мем­брана 4 с периферийным утолщением, прижимной фланец 5 и гайка 6. Наружные диаметры опорного фланца и мембраны пред­варительно обрабатываются совместно в собранном состоянии.

Поэтому при завинчивании гайки 6 они точно совпадают, обеспе­чивая жесткое закрепление круга 1. Эластичная прокладка 3 по­зволяет уменьшить передачу вибраций от шпинделя к отрезному кругу.

Применяемые в промышленности круги на основе синтетиче­ских алмазов изготавливаются методом порошковой металлургии с использованием прокатки. Их толщина составляет 36... 180 мкм, высота режущего лезвия 0,4 ...3 мм, стойкость—14-10³ операций. Круги, армированные бронзовой сеткой имеют среднюю стойкость 22-10³ операций на пластинах кремния диаметром 100 мм и тол­щиной до 0,5 мм.

Таблица 14.2 - Технические данные ряда установок резки алмазными круга­ми

В современных установках резки алмазными кругами исполь­зуются системы управления на базе микропроцессоров. Например, использование в установке ЭМ-225 микропроцессора К580ИК80 и микросхем серии К.589 позволяет гибко управлять приводами, про­граммировать режимы резания, рассчитывать оптимальные вари­анты обхода контура круглых пластин различных диаметров, уменьшая холостые пробеги круга. Микропроцессор установки УРП-150 М, кроме того, обеспечивает автоматический вывод кру­га на рабочий режим, корректировку глубины резания по мере ра­диального износа алмазного круга.

Технические данные ряда установок резки алмазными круга­ми приведены в табл. 14.2.