CN101301736A - 水射流切割系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于切割半导体元件的水射流切割系统，其包含：门式(Gantry)驱动装置，其用于提供x－y平面的驱动力；高压产生装置，其用于产生高压水流；及切割装置，其耦接到所述高压产生装置及所述门式驱动装置，以在所述门式驱动装置的驱动下利用所述高压水流对所述半导体元件进行切割。
Description
技术领域
本发明涉及一种水射流切割系统，且特别涉及一种用于切割半导体元件的水射流切割系统。
背景技术
常规半导体元件的切割技术是基于切割锯(Dicing Saw)，所述切割技术主要是进行直线切割，很难将材料切割为非直线形状。然而，对于某些半导体元件而言，其不仅需要十分小的尺寸，有时也需将其切割为非直线边缘的元件，在这种情形下，传统方式的切割的难度及失败率势必都会增高。此外，此类常规切割技术在切割时均会产生热能，对于某些以塑料及金属等材料形成或具有叠层结构的半导体元件(例如：快闪存储器)而言，如果使用此种切割技术，则会因切割过程中产生的热效应而导致所述半导体元件变形及出现细微裂缝等缺点。
鉴于上述使用切割锯切割半导体元件会产生热效应的缺点，可使用能避免发生热效应的水射流切割技术来切割半导体元件。图1所示即为常规的水射流切割系统(10)，其包含控制装置(11)、悬臂式(Cantilever)驱动装置(12)、切割装置(14)、水箱(15)、切割平台(16)及加压器(未示出)。常规水射流切割系统(10)利用超高压加压器将加压后的水通过一个细小的喷嘴来产生高速的水射流，利用所述水射流可进行任何的表面处理及切割各种非金属材料的物质，例如：纸类、纸尿裤、纤维及海绵等。此外，如果要切割金属或例如石材、玻璃、陶瓷等较硬的材料，则可将砂料与水射流混合成加砂水，其比水具有更强的切割能力。
然而，常规水射流切割系统的驱动结构为悬臂式且以螺杆方式驱动，其有不易承受高速及刚性差的缺点。此外，在对半导体元件进行切割时，当切割至半导体元件的转角时，因其已非直线切割，所以水射流的速度必须先减慢后才能进行转角的切割，此后，当半导体元件的转角切割完成后，则要重新增加水射流的速度以进行直线切割。因此，对于驱动结构为悬臂式及以螺杆方式驱动的水射流切割系统而言，其无法提供较高的加减速度，如果将其应用于切割小尺寸的半导体元件，在切割过程中，将会在加速及减速上浪费许多时间。因此，如果将悬臂式驱动结构的水射流切割系统应用于切割小尺寸的半导体元件，其切割的产量会因上述原因而直接地受到限制，同时也有可能因材料尺寸较小而导致切割容易失败的结果。此外，悬臂式驱动结构的水射流切割系统体积大，所占空间相对增大。
根据上述的缺点，一种不会产生热效应、具有较佳的刚性结构及切割速度快的水射流切割系统实有必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种水射流切割系统，其不仅具有上述常规水射流切割系统的优点，且比较于常规采用悬臂式驱动结构的水射流切割系统还具有体积小、刚性较佳、可承受高速及提供较高的加减速等优点。此外，通过本发明提供的水射流切割系统，可大幅度提高半导体元件切割的精准度并可防止半导体元件在切割时产生毁坏的情况，不仅可加快半导体元件切割的速度、增加良率，同时还可节省制造成本。
根据本发明的水射流切割系统的第一实施例包含：门式驱动装置，其用于提供x-y平面的驱动力；高压产生装置，其用于产生高压水流；及切割装置，其耦接于所述高压产生装置及所述门式驱动装置，以在所述门式驱动装置的驱动下利用所述高压水流对所述半导体元件进行切割。其中所述门式驱动装置比常规悬臂式驱动装置具有更佳的刚性结构，因此所述系统可承受高速及可较快地加速及减速。
根据本发明的另一实施例，所述高压产生装置包含卷管式高压管，所述卷管式设计除了具有使水射流切割系统占用的空间变小的优点外，还可减少高压管受水流冲击的压力，从而有效增加所述高压管的寿命。
根据本发明的另一实施例，所述水射流切割系统的门式驱动装置进一步包含直线电机，其用于使所述门式驱动装置运行得更加平稳，且具有精准度佳及噪音小的优点。
根据本发明的另一实施例，所述水射流切割系统的创新的门式驱动装置及高压产生装置的卷管式高压管的配置使其所占用的空间大约可减少到常规技术的五分之二。
根据本发明的另一实施例，所述水射流切割系统进一步包含混合室，其包含喷嘴及砂馈送装置，所述混合室用于混合高压水流及砂以产生砂水，从而提供经加压的水流较强的切割能力。
根据本发明的另一实施例，所述水射流切割系统进一步包含控制装置，其用于根据半导体元件的材料及/或厚度控制所述切割装置的速度及/或水压。
根据本发明的另一实施例，所述水射流切割系统进一步包含视频装置，其用于协助定位所述切割装置的位置。
根据本发明的另一实施例，所述水射流切割系统进一步包含z轴驱动装置，以提供所述切割装置的z轴方向的驱动力。
至于本发明的详细构成、其它目的和功效，参照下列所做说明即可得到完全的了解。
附图说明
图1为常规水射流切割系统的结构图。
图2为根据本发明的水射流切割系统的实施例的结构图。
图3为根据本发明的水射流切割系统中的切割装置的结构图。
具体实施方式
如图2所示，根据本发明的第一实施例的水射流切割系统(20)包含：门式驱动装置(22)、高压产生装置(未图示)及切割装置(24)。所述水射流切割系统用于切割半导体元件，其中所述门式驱动装置用于提供x-y平面的驱动力；所述高压产生装置用于产生高压水流；及所述切割装置耦接于所述高压产生装置及所述门式驱动装置，以在所述门式驱动装置的驱动下利用所述高压水流对所述半导体元件进行切割。
根据本发明的另一实施例的水射流切割系统(20)，因为流经所述高压产生装置的高压水流的速度十分快，因此本发明将高压产生装置的高压管(28)设计为卷管式，藉此减少高压管(28)受水流冲击的压力，从而增加高压管(28)的寿命并减少水射流切割系统所占用的空间。
图3所示为根据本发明的实施例的水射流切割系统中切割装置(24)的结构图。从图3中可知，所述高压产生装置的高压管(28)耦接至切割装置(24)，因此经加压后的高压水流会流入所述切割装置(24)。此外，混合室内(47)除了有高压管(28)注入的高压水流外，在所述切割装置(24)上方还配置有空气入口(42)，空气须经由其注入所述切割装置(24)。所述混合室(47)包含喷嘴(36)(图中所示为透视图)及砂馈送装置(38)，其中流入所述切割装置(24)的高压水流会经由所述喷嘴(36)聚集后向下喷出，喷出的高压水流的水压可达60,000磅。所述砂馈送装置(38)还包含送砂管(50)及真空装置(40)，从图3中可知，所述砂馈送装置(38)略呈V型结构，在本实施例中，所述送砂管(50)定位于所述V型结构的左半部，凭借斜角设计使送砂管(50)中的砂往V型结构的下方出口流动，其中所述送砂管(50)用于馈送来自储砂装置(未示出)的砂，所述砂为石英砂。
应注意的是，用于此水射流切割系统的砂通常为十分微细的砂粒，因此也可能出现经由砂馈送装置(38)流入的砂仅停滞于所述送砂管(50)而未与喷嘴(36)喷下的高压水流混合的情况，在这种情况下，可能会造成水射流切割力不足的情形。因此，为了让砂与高压水流持续进行混合作业，所述砂馈送装置(38)所包含的真空装置(40)被定位于所述V型结构的右半部，其凭借真空作用促使所述送砂管(50)中的砂向下流动，从而使所述混合室(47)流出的高压水流与砂混合。随后，从所述混合室(47)流出的高压砂水再经由混合管(48)喷出以形成水射流，所述水射流即对放置于切割平台(26)上的半导体元件进行切割。所述半导体元件可为一般电子元件的衬底或存储卡等，例如SD卡，USB-SD卡，Micro SD卡或MMCmicro卡等。
根据本发明的另一实施例的水射流切割系统(20)，所述水射流切割系统可进一步包含控制装置(30)，其耦接到所述切割装置(24)、所述门式驱动装置(22)及所述高压产生装置。所述控制装置(30)可包含用于计算切割参数的处理器以及记录切割参数的数据库，所述处理器用于计算切割时的相关切割参数，而所述数据库用于记录与切割材料相对应的切割参数，以及切割的结果(包含切割成功及失败)等。在本实施例中，所述控制装置(30)可根据半导体元件的材料及/或厚度控制所述切割装置(24)的速度及/或水压。同时，可进一步参考数据库内所记录的信息来提高切割的良率。所述控制装置(30)还可用于控制所述切割装置(24)内的第二真空装置(40)，藉以调整送砂管(50)内向所述混合室(47)下方流动的砂量，即控制混合室(47)内的砂与经于喷嘴(36)流出的高压水流混合的比例。
根据本发明的另一实施例的水射流切割系统(20)，所述门式驱动装置(22)包含x轴方向的门式驱动装置x轴(22a)、y轴方向的门式驱动装置y轴(22b)及门式驱动装置v轴(22c)(v轴实质上即为第二个y轴)，藉由所述门式驱动装置(22)提供所述水射流切割系统x-y平面的驱动力。所述水射流切割系统中的门式驱动装置(22)可进一步包含至少一个直线电机，通过所述直线电机使所述门式驱动装置(22)运行得更加平稳，使其具有精准度佳及噪音小的优点。此外，所述门式驱动装置(22)的加速性可达1.4G(9.8m/s2)，约为常规技术的50倍；驱动速度可达833毫米/秒，约为常规技术的4倍；且切割速度也可达233毫米/秒，约为常规技术的2倍。因此，本发明的产量可为常规技术的2倍。
根据本发明的另一实施例的水射流切割系统(20)，由于创新的门式驱动装置(22)及高压产生装置的卷管式高压管(28)的配置，本发明的水射流切割系统所占用的空间大约仅为常规技术的水射流切割系统的五分之二。
根据本发明的另一实施例的水射流切割系统(20)，其中所述切割平台(26)可包含真空装置(46)，在所述水射流进行切割时，可借助真空装置(46)将所述半导体元件吸附于所述切割平台(26)，以避免半导体元件在切割时移动，从而提高水射流切割的精准度。此外，当所述切割装置(24)喷出的水射流对放置于切割平台(26)上的半导体元件进行切割时，使用后的砂水会流入配置于所述切割平台(26)下方的水箱(34)，以将使用过的废砂水回收。
根据本发明的另一实施例的水射流切割系统(20)，其可进一步包含视频装置(32)，如图2所示，所述视频装置(32)可为摄像机并可配置于所述门式驱动装置x轴(22a)的下方及所述门式驱动装置y轴(22b)及v轴(22c)之间，通过所述视频装置(32)可协助定位所述切割装置(24)。
根据本发明的另一实施例的水射流切割系统(20)，其可进一步包含z轴驱动装置(44)，以用于提供所述切割装置(24)的z轴方向的驱动力。
上述实施例仅用于说明本发明的特征而非用于限制本发明，对于熟悉水射流切割系统技术的人员而言，在未脱离本发明的精神的前提下，对本发明所做的任何改变均应属于本发明权利要求书的范围内。
Claims (14)
1、一种用于切割半导体元件的水射流切割系统，其包含：
门式驱动装置，其用于提供x-y平面的驱动力；
高压产生装置，其用于产生高压水流；及
切割装置，其耦接到所述高压产生装置及所述门式驱动装置，以在所述门式驱动装置的驱动下利用所述高压水流对所述半导体元件进行切割。
2、如权利要求1所述的水射流切割系统，其中所述门式驱动装置进一步包含至少一个直线电机。
3、如权利要求1所述的水射流切割系统，其中所述高压产生装置包含卷管式高压管。
4、如权利要求1所述的水射流切割系统，其中所述半导体元件为存储卡。
5、如权利要求4所述的水射流切割系统，其中所述存储卡为SD卡、USB-SD卡、Micro SD卡或MMCmicro卡。
6、如权利要求1所述的水射流切割系统，其进一步包含用于放置所述半导体元件的切割平台。
7、如权利要求6所述的水射流切割系统，其中所述切割平台进一步包含第一真空装置，以将所述半导体元件吸附于所述切割平台。
8、如权利要求1所述的水射流切割系统，其中所述切割装置进一步包含混合室，所述混合室包含：
喷嘴，其用于聚集所述高压水流；及
砂馈送装置，其用于馈送砂以与所述经聚集的高压水流混合。
9、如权利要求8所述的水射流切割系统，其中所述砂馈送装置进一步包含：
送砂管，其馈送来自储砂装置的砂；及
第二真空装置，其用于促使所述送砂管中的砂的流动。
10、如权利要求9所述的水射流切割系统，其中所述砂为石英砂。
11、如权利要求1所述的水射流切割系统，其进一步包含控制装置，以用于根据所述半导体元件的材料及/或厚度控制所述切割装置的速度。
12、如权利要求1所述的水射流切割系统，其进一步包含控制装置，以用于根据所述半导体元件的材料及/或厚度控制所述切割装置的水压。
13、如权利要求1所述的水射流切割系统，其进一步包含视频装置，以用于协助定位所述切割装置的位置。
14、如权利要求1所述的水射流切割系统，其进一步包含z轴驱动装置，以提供所述切割装置的z轴方向的驱动力。
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