CN103286870B - 光学芯片切割夹具、芯片切割装置以及光学芯片切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光学芯片切割夹具，可以使得一次切割多片芯片，并且切割后的芯片成品率更高。该光学芯片切割夹具包括夹具基座和夹具上盖；所述夹具基座上设有固定螺栓和至少两个立柱以及至少两个基座镂空轨迹，该基座镂空轨迹的形状与待加工的光学芯片形状相应，所述立柱上套有弹性部件；所述夹具上盖上设有与所述基座镂空轨迹数量和形状相应的上盖镂空轨迹，该夹具上盖上还设有与所述立柱数量相应的立柱通孔和固定通孔，所述立柱穿入到所述立柱通孔中，所述固定螺栓穿入到所述固定通孔中并且该固定螺栓的端部从该固定通孔中伸出，所述固定螺栓的端部上旋有螺母。本发明还涉及一种应用该芯片切割夹具的芯片切割装置以及一种芯片切割方法。

Description

光学芯片切割夹具、芯片切割装置以及光学芯片切割方法

技术领域

本发明涉及一种组装夹具领域，尤其涉及一种切割芯片用的夹具，本发明还涉及一种应用该芯片切割夹具的芯片切割装置以及一种芯片切割方法。

背景技术

目前，公知的光学芯片制造，是用硅晶(或石英)圆片，在专用的光刻机上刻出多个形如抛物线状的光波导芯片，如图1所示，然后切割成方形独立的的芯片，如图2所示，最后再切割成独立可用的芯片，如图3所示。现有切割硅芯片的主要方法是采用刀锯片、砂轮片、金刚石线、激光、高压水刀等切割方式，这几类机器只能进行单片直线切割；多线金刚石线切割机只能对棒状硅、石英材料进行分片切割，尚不能对刻好的硅晶圆片进行切割。一块6英寸硅晶圆片上，能刻出16-28个形如抛物线状光学芯片，采用以上方法切割时不能将所有芯片完整的切割下来，切割一个芯片必然会损坏其周边的2-3个芯片，如图2所示，一块硅晶圆片上的3/4芯片遭到损坏，造成成本居高不下情况；而且上述的加工方法在切割时作用力直接作用在硅晶圆片的表面上，没有任何辅助工具加入其中，切割过程中的冲击力容易造成芯片的崩角或破裂。目前切割光学芯片，尤其切割抛物线状光学芯片仍以采用直线切割为主，每次只能切割一片，确有提高和改善其实用性与效率，降低成本的必要。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明旨在提供一种切割光学芯片时的专用组装夹具，使用该夹具时进行光学芯片切割，可以一次切割多片芯片，并且切割后的芯片成品率更高。为此，本发明还提供一种应用该夹具的芯片切割装置以及一种光学芯片切割方法。

为了解决上述问题，本发明提供一种光学芯片切割夹具，包括夹具基座和夹具上盖；所述夹具基座上设有固定螺栓和至少两个立柱以及至少两个基座镂空轨迹，该基座镂空轨迹的形状与预加工成型的光学芯片形状相应，所述立柱上套有弹性部件；所述夹具上盖上设有与所述基座镂空轨迹数量和形状相应的上盖镂空轨迹，该夹具上盖上还设有与所述立柱数量相应的立柱通孔和固定通孔，所述立柱穿入到所述立柱通孔中，所述固定螺栓穿入到所述固定通孔中并且该固定螺栓的端部从该固定通孔中伸出，所述固定螺栓的端部上旋有螺母。

优选地，所述弹性部件为弹簧。

优选地，所述立柱为四个并且均匀分布在所述固定螺栓的四周。

更优选地，所述螺母为蝶型螺母。

本发明还提供一种芯片切割装置，包括支架、箱体、滚筒、金刚石线和程控装置；所述滚筒和箱体设置在支架下方，该箱体内装有所述程控装置，所述支架上设置有工作台，该工作台底部设有X轴步进电机和Y轴步进电机，所述程控装置控制X轴步进电机和Y轴步进电机驱动所述工作台沿X轴或Y轴运动，并且该程控装置驱动所述滚筒转动，所述金刚石线的一端绕在所述滚筒上，其中：所述工作台上固定有上述任意一种所述的光学芯片切割夹具，所述金刚石线穿过所述基座镂空轨迹和所述上盖镂空轨迹。

优选地，所述金刚石线两端之间设置至少一个导轮。

优选地，所述支架的台面上设有通孔，该通孔下方设置收纳装置。

更优选地，所述金刚石线的宽度为0.2-2毫米。

本发明还提供一种光学芯片切割方法，该方法应用在上述任意一种芯片切割装置中，该方法包括如下步骤：

设定工作台的运动轨迹，使其与所述光学芯片切割夹具中的基座镂空轨迹和上盖镂空轨迹相同；

将待加工的光学芯片放置在所述光学芯片切割夹具中；

将光学芯片切割夹具固定在工作台上，将切割用金刚石线穿入所述光学芯片切割夹具中的上盖镂空轨迹和基座镂空轨迹中；以及

程控装置驱动滚筒转动并且驱动步进电机控制所述工作台移动。

优选地，在设定工作台的运动轨迹之前，还包括一预先调整所述滚筒的转动速度的步骤。

将硅晶圆芯片安装在夹具的内部，可以同时安装一至几十片不等，在切割时避免了切割力对芯片的直接冲击易造成破裂的现象，达到加工光学芯片，尤其是加工抛物线状光学芯片时，切割简便，高效的目的。还可使成品合格率高，设备成本低，达到降低工时和成本的目的。

此外，应用了该夹具的该芯片切割装置在实际加工过程中，抛物线状光学芯片切割机床工作台的X轴和Y轴方向为可编程序的驱动装置，金刚石线切割轨迹与光学芯片的光波导抛物线切割线完全吻合。操作灵活方便，极大地提高了工作效率和切片成品率。

附图说明

图1为现有技术中的待切割的硅晶圆片示意图；

图2为现有技术中的切割后的抛物线状光学芯片示意图；

图3为现有技术中采用传统方法切割硅晶圆片后的示意图；

图4A为本发明中的光学芯片切割夹具的结构示意图；

图4B为本发明中的光学芯片切割夹具的俯视结构示意图；

图5为本发明中的芯片切割装置的结构示意图；

图6为本发明中的光学芯片切割方法的流程图。

附图标记说明：

1.金刚石线            2.导轮

3.滚筒                4b.通孔

5.X轴步进电机         6.Y轴步进电机，

7.硅晶圆片            8.工作台

9.程控装置            10.立柱

11.蝶形螺母           12.夹具上盖

13.夹具基座           14.弹性部件

15.固定螺栓           16.上盖镂空轨迹

10b.立柱通孔          15a.固定通孔

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地说明。

图4A为本发明中的光学芯片切割夹具的结构示意图，本发明中的光学芯片切割夹具，可用于光学芯片加工工艺中，特别应用于切割抛物线状光学芯片领域。该夹具包括：夹具基座13，夹具上盖12。所述夹具基座13上表面设有固定螺栓15和至少两个立柱10，并且还具有多个镂空的切割轨迹，即镂空轨迹。该基座镂空轨迹的形状与预加工成型的光学芯片形状相应，形状可以为多排抛物线状镂空轨迹。所述立柱10上套有弹性部件14。这里弹性部件优选为弹簧。所述夹具上盖12设有与所述基座镂空轨迹数量和形状相应的上盖镂空轨迹16，当夹具上盖安装在夹具基座上时，上下两个镂空轨迹重合。该夹具上盖12还开设有与所述立柱10数量相应的立柱通孔10a以及固定通孔15a，所述立柱10穿入到所述立柱通孔10a中，所述固定螺栓15穿入到所述固定通孔15a中并且该固定螺栓15的端部从该固定通孔15a中伸出，一个蝶形螺母11旋入所述固定螺栓15的端部上，夹具上盖安装在了夹具基座上。优选地，所述立柱10数量为四个并且均匀分布在所述固定螺栓15的四周。

夹具上盖12与夹具基座13通过四个立柱10将上下体对齐，中间装有四个压缩弹簧14，在夹具的四个立柱中间装一个螺栓4，该螺栓4的一端与夹具基座固定，另一端从夹具上盖12的固定通孔中伸出并拧有一个蝶形螺母11，旋转蝶形螺母11，夹具上盖12可沿立柱10的轴线方向作上下移动，当装夹一至几十片数量不等的硅晶圆片时调整夹具上盖12和夹具基座13的间隙，使夹具上盖覆盖在硅晶圆片7上。

图4B为图4A的俯视结构示意图，为了在切割时，切割石线能够穿入到镂空轨迹中，需要在夹具基座13和夹具上盖12的一侧预先开设拉丝槽孔，这样切割线经由拉丝槽孔进入切割轨迹中，对芯片进行切割。

图5为本发明中的芯片切割装置的结构示意图。该芯片切割装置，可用于光学芯片加工工艺中，特别应用于切割抛物线状光学芯片领域。该装置由支架、箱体、滚筒3、金刚石线1和程控装置9以及上述的光学芯片切割夹具组成。所述滚筒3和箱体设置在支架下方，该箱体内装有所述程控装置9，该程控装置中有单片机。所述支架上设置有工作台8，该工作台底部设有X轴步进电机5和Y轴步进电机6，所述程控装置9中的单片机控制X轴步进电机5和Y轴步进电机6驱动所述工作台8沿X轴或Y轴运动，并且所述程控装置9中的单片机还控制所述滚筒3转动。滚筒3与直流电机相连，其可以高速往复运动，金刚石线1缠绕在滚筒3上，并在其带动下作高速往复运动。箱体上的控制面板装有输入数据的串口，可用于输入控制工作台运动轨迹的数据。优选地，金刚石线1的中部设有多个导轮2，可以使金刚石线的运动更加稳定。加工时，金刚石线1从夹具一侧的拉丝槽孔进入，沿镂空轨迹对芯片进行切割。其中，金刚石线1的宽度能够达到穿过上盖镂空轨迹16。这里其宽度优选为为0.2-2毫米。优选地，所述支架的台面上设有通孔4b，该通孔4b下方设置收纳装置，用于收纳由该通孔4b落下的切割废料。

其中，通过工作台上的操作面板输入控制工作台运动轨迹的数据，单片机通过输入的运动轨迹控制步进电机控制工作台沿X轴和Y轴运动，均是本领域的公知常识，这里不再做详细描述。

结合图6，本发明的光学芯片切割方法，该方法应用在上述的芯片切割装置中，首先开机加电，启动单片机程控装置，调整所述滚筒的转动速度。在工作台上的控制面板上输入轨迹数据，设定工作台的运动轨迹，使其与所述光学芯片切割夹具中的基座镂空轨迹和上盖镂空轨迹相同。将待加工的光学芯片放置在所述光学芯片切割夹具的夹具上盖和夹具基座之间，这里可将一片或几十片光学芯片安装于夹具内，调整蝶形螺母，夹具上盖轻压在硅晶圆片上，直至待切割的硅晶圆片彼此不能相对移动为止。将光学芯片切割夹具固定在工作台上，最后，程控装置驱动滚筒转动并且驱动X轴和Y轴步进电机控制所述工作台移动，金刚石线从夹具一侧的拉丝槽孔进入，沿镂空轨迹对对夹具中的光学芯片进行切割。将硅晶圆片装入夹具内部并固定在工作台上，避免采用传统方法切割硅晶圆片时冲击力易造成硅晶圆片破碎的缺点，采用专用工装夹具保证在切割时每次都能切割出合格的芯片，视具体生产数量的不同，夹具能够自由调节装夹硅晶圆片的数量。

实际加工过程中，抛物线状光学芯片切割机床工作台的X轴和Y轴方向为可编程序的驱动装置，金刚石线切割轨迹与光学芯片的光波导抛物线切割线完全吻合。将硅晶圆芯片安装在夹具的内部，可以同时安装一至几十片不等，在切割时避免了切割力对芯片的直接冲击易造成破裂的现象，达到抛物线状光学芯片切割简便，使成品合格率高，设备成本低，达到降低工时和成本的目的。

Claims (10)

1.一种光学芯片切割夹具，包括夹具基座(13)和夹具上盖(12)；其特征在于：

所述夹具基座(13)上设有固定螺栓(15)和至少两个立柱(10)以及至少两个基座镂空轨迹，该基座镂空轨迹的形状与预加工成型的光学芯片形状相应，所述立柱(10)上套有弹性部件(14)；

所述夹具上盖(12)上设有与所述基座镂空轨迹数量和形状相应的上盖镂空轨迹(16)，当夹具上盖(12)安装在夹具基座(13)上时，上盖镂空轨迹与基座镂空轨迹重合；

该夹具上盖(12)上还设有与所述立柱(10)数量相应的立柱通孔(10a)和固定通孔(15a)，所述立柱(10)穿入到所述立柱通孔(10a)中，所述固定螺栓(15)穿入到所述固定通孔(15a)中并且该固定螺栓(15)的端部从该固定通孔(15a)中伸出，所述固定螺栓(15)的端部上旋有螺母(11)。

2.根据权利要求1所述的光学芯片切割夹具，其特征在于：所述弹性部件(14)为弹簧。

3.根据权利要求1所述的光学芯片切割夹具，其特征在于：所述立柱(10)为四个并且均匀分布在所述固定螺栓(15)的四周。

4.根据权利要求1所述的光学芯片切割夹具，其特征在于：所述螺母(11)为蝶型螺母。

5.一种芯片切割装置，包括支架、箱体、滚筒(3)、金刚石线(1)和程控装置(9)；所述滚筒(3)和箱体设置在支架下方，该箱体内装有所述程控装置(9)，所述支架上设置有工作台(8)，该工作台底部设有X轴步进电机(5)和Y轴步进电机(6)，所述程控装置(9)控制X轴步进电机(5)和Y轴步进电机(6)驱动所述工作台(8)沿X轴或Y轴运动，并且该程控装置(9)驱动所述滚筒(3)转动，所述金刚石线(1)的一端绕在所述滚筒(3)上，其特征在于：所述工作台(8)上固定有权利要求1至4任意一种所述的光学芯片切割夹具，所述金刚石线(1)能够穿过所述基座镂空轨迹和所述上盖镂空轨迹(16)。

6.根据权利要求5所述的芯片切割装置，其特征在于：所述金刚石线(1)两端之间设置至少一个导轮(2)。

7.根据权利要求5所述的芯片切割装置，其特征在于：所述支架的台面上设有通孔(4b)，该通孔(4b)下方设置收纳装置。

8.根据权利要求5所述的芯片切割装置，其特征在于：所述金刚石线(1)的宽度为0.2-2毫米。

9.一种光学芯片切割方法，该方法应用在权利要求5至8中的任意一种芯片切割装置中，其特征在于包括如下步骤：

设定工作台的运动轨迹，使其与所述光学芯片切割夹具中的基座镂空轨迹和上盖镂空轨迹相同；

将待加工的光学芯片放置在所述光学芯片切割夹具中；

将光学芯片切割夹具固定在工作台上；以及

程控装置驱动滚筒转动并且驱动步进电机控制所述工作台移动。

10.根据权利要求9所述的光学芯片切割方法，其特征在于：在设定工作台的运动轨迹之前，还包括一预先调整所述滚筒的转动速度的步骤。