CN110828344B - 一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法 - Google Patents

一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法 Download PDF

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吕孝袁
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Abstract

本发明公开了一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，包括划片机，划片机包括用于安装待切割半导体芯片的划片工作台、具有自动识别功能的图像采集模块以及切割道对准控制系统，X‑Y轴坐标系驱动模块通过切割道对准控制系统驱动划片工作台；本发明通过对X‑Y轴坐标系驱动模块进行步进驱动以及结合图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，得到多个坐标位置，对所有坐标位置进行直线拉直后即实现了对切割道的自动对准控制，实现了对直线弯曲道的自动控制对准，有效确保了对半导体器件的自动切割精度，提高半导体器件的切割良品率。

Description

一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法
技术领域
本发明属于半导体器件切割领域，具体涉及一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法。
背景技术
划片机是半导体器件集成电路生产中用于后道加工工序不可或缺的设备，其主要功能是将半导体芯片切割成一个个独立的单独芯片元件，为了避免划片机在切割过程中发现偏差，现有技术通常采用手动拉直机来进行对准调节。
然而随着当前智能制造在国内工业中的普及，传统手动拉直机存在效率低，产出比低等的自身缺陷，相对于智能制造的普及，手动拉直的技术已经越来越没有市场竞争力。市场对自动对准需求越来越多，同时也对自动对准提出了更高的标准。尤其是对于方形扁平无引脚封装(QFN,QuAd FlAtNo-leAd)芯片元器件切割领域，由于其本身切割道存在弯曲不直的特点，如果采取类似手动拉直的自动对准控制方法，会导致较严重的切割偏差。
经过技术信息检索，没有找到现有针对划片机切割道的自动对准控制方法，更没有针对划片机弯曲切割道的自动对准控制方法，本申请人基于在本领域的专注研究经验，决定独立开发针对用于半导体器件的切割道自动对准控制方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，可实现对直线或曲线弯曲道的自动控制对准，有效确保了对半导体器件的自动切割精度，提高半导体器件的切割良品率。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，包括划片机，所述划片机包括用于安装待切割半导体芯片的划片工作台、具有自动识别功能的图像采集模块以及切割道对准控制系统，所述X-Y轴坐标系驱动模块通过切割道对准控制系统驱动所述划片工作台；所述切割道对准控制系统包括如下自动对准控制步骤：
S10)、将理论切割道特征点位置作为控制目标并通过所述图像采集模块预先输入所述切割道对准控制系统中；
S20)、定义X-Y轴坐标系驱动模块的X轴步进运动方向和Y轴步进运动方向，根据所述控制目标，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论初始切割位置并对准，将该初始切割位置定义为在P1A，其坐标位置为P1A(X1A,Y1A)，其中，X1A代表X轴初始切割位置,Y1A代表Y轴初始切割位置；
S30)、根据所述控制目标，在X-Y轴坐标系驱动模块的驱动下，以步进作为运动单位，所述划片工作台从P1A在X轴方向进行N-1次步进位移，每次步进位移不低于1个步进，通过所述图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录N个步进坐标位置，包括P2A(X2A,Y2A)…直至PNA(XNA,YNA)，其中，N为≥2的正整数；
S40)、将所有坐标位置进行拉直对准，基于该拉直对准直线确定所述划片工作台的旋转角度，通过所述X-Y轴坐标系驱动模块执行，完成对所述切割道的自动对准。
优选地，所述切割道为弯曲切割道，其中，所述步骤S20)采用步骤S20’)替代，所述步骤S20’)包括：
S21’)、定义X-Y轴坐标系驱动模块的X轴步进运动方向和Y轴步进运动方向，根据所述控制目标，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论初始切割位置并对准，将该初始切割位置定义为在P1A，其坐标位置为P1A(X1A,Y1A)，其中，X1A代表X轴初始切割位置,Y1A代表Y轴初始切割位置；
S22’)、沿初始位置P1A在Y轴方向进行不低于1个步进的位移，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录其Y轴初始坐标位置P1B(X1B,Y1B)；
S23’)、采用二分法公式计算得出所述弯曲切割道的对准初始坐标位置P1C(X1C,Y1C)；
所述切割道为弯曲切割道，其中，所述步骤S20)采用步骤S20’)替代，所述步骤S20’)包括：
S21’)、定义X-Y轴坐标系驱动模块的X轴步进运动方向和Y轴步进运动方向，根据所述控制目标，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论初始切割位置并对准，将该初始切割位置定义为在P1A，其坐标位置为P1A(X1A,Y1A)，其中，X1A代表X轴初始切割位置,Y1A代表Y轴初始切割位置；
S22’)、沿初始位置P1A在Y轴方向进行不低于1个步进的位移，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录其Y轴初始坐标位置P1B(X1B,Y1B)；
S23’)、采用二分法公式计算得出所述弯曲切割道的对准初始坐标位置P1C(X1C,Y1C)；
所述S30)采用步骤S30’)替代，所述步骤S30’)包括：
S31’)、根据所述控制目标，在X-Y轴坐标系驱动模块的驱动下，以步进作为运动单位，所述划片工作台从P1A在X轴方向进行N-1次步进位移，通过所述图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录X轴方向的N-1个步进坐标位置，包括P2A(X2A,Y2A)…直至PNA(XNA,YNA)；
S32’)、然后分别以X轴方向的N-1个步进坐标位置作为起始位置，在Y轴方向进行N-1次步进位移，通过所述图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录Y轴方向的N-1个坐标位置,包括P2B(X2B,Y2B)、…直至PNB(XNB,YNB)；
S33’)、采用二分法公式计算得出所述弯曲切割道的所有对准坐标位置，包括P2C(X2C,Y2C)、…直至PNC(XNC,YNC),其中，N为≥2的正整数；
所述S40)采用步骤S40’)替代，所述步骤S40’)包括：将所有对准坐标位置通过线性拟合法拟合拉直对准，基于该拟合拉直对准线确定所述划片工作台的旋转角度，通过所述X-Y轴坐标系驱动模块执行，完成对所述弯曲切割道的自动对准。
优选地，所述二分法公式为：
Figure GDA0003301091900000041
其中，XNA为在X轴步进方向的X轴坐标，XNB为在X轴步进方向的Y轴坐标，YNA为在Y轴步进方向的X轴坐标，YNB为在Y轴步进方向的Y轴坐标。
优选地，所述线性拟合法采用最小二乘法公式，通过最小二乘法公式利用最小误差的平方寻求数据的最佳匹配函数，得到拟合拉直对准线。
优选地，所述最小二乘法公式为：y＝ax+b，其中，a，b均为任意实数，且
Figure GDA0003301091900000042
x为拟合拉直对准线的X坐标，y为拟合拉直对准线的Y坐标，N为需要拟合的坐标位置数量。
在步骤S31’)中的步进位移过程中，为了确保所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点，每次在X轴方向进行步进位移时，采用至少3个X轴正方向步进，当所述图像采集模块识别不到理论切割道特征点时，向X轴负方向位移1个步进，直到所述图像采集模块识别到理论切割道特征点。
优选地，所述在步骤S31’)中的步进位移过程中，每次在X轴正方向进行至少3个步进。
优选地，所述在步骤S32’)中的步进位移过程中，每次在Y轴负方向进行至少1个步进。
优选地，所述半导体器件为方形扁平无引脚封装芯片，具有弯曲切割道。
需要特别说明的是，本发明涉及的步进是依据芯片切割道之间的间距而设置的单位距离，通常在微米级别，具体可以在实际实施时进行距离确定，例如可以选择在1-10微米；X-Y轴坐标系驱动模块的电机模块通过步进距离设置来确定所需要旋转角度，通常是通过驱动器向电机输入所需要旋转的步进信号，这些都是驱动领域的公知常识，本发明对此不再具体展开说明。
本发明通过对X-Y轴坐标系驱动模块进行步进驱动以及结合图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，得到多个坐标位置，对所有坐标位置进行直线拉直后即实现了对切割道的自动对准控制，实现了对直线弯曲道的自动控制对准，有效确保了对半导体器件的自动切割精度，提高半导体器件的切割良品率；
本发明还进一步在实现对直线弯曲道的自动控制对准的基础上，进一步采用在X轴、Y轴方向上的交替步进方式分别得到多个X轴步进坐标位置以及Y轴步进坐标位置，分别二分法公式计算得出弯曲切割道的所有对准坐标位置，将这些对准坐标位置通过性拟合法拟合拉直对准，进而实现了对直线弯曲道的自动控制对准，有效确保了对半导体器件的自动切割精度，提高半导体器件的切割良品率，非常适合在具有弯曲切割道要求的方形扁平无引脚封装芯片产品中进行加工应用。
附图说明
附图1是本发明实施例1的切割道自动对准控制步骤框图；
附图2是本发明实施例2的弯曲切割道自动对准控制步骤框图；
附图3是本发明实施例2中具有弯曲切割道的方形扁平无引脚封装芯片结构示意图；
附图4是本发明实施例2中根据弯曲切割道采用最小二乘法公式进行拟合拉直对准的过程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：请参见图1所示的一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，包括划片机，划片机包括用于安装待切割半导体芯片的划片工作台、具有自动识别功能的图像采集模块以及切割道对准控制系统，X-Y轴坐标系驱动模块通过切割道对准控制系统驱动划片工作台，切割道为直线弯曲道；切割道对准控制系统包括如下自动对准控制步骤：
S10)、将理论切割道特征点位置作为控制目标并通过图像采集模块预先输入切割道对准控制系统中；
S20)、定义X-Y轴坐标系驱动模块的X轴步进运动方向和Y轴步进运动方向，根据控制目标，通过图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论初始切割位置并对准，将该初始切割位置定义为在P1A，其坐标位置为P1A(X1A,Y1A)，其中，X1A代表X轴初始切割位置,Y1A代表Y轴初始切割位置；
S30)、根据控制目标，在X-Y轴坐标系驱动模块的驱动下，以步进作为运动单位，划片工作台从P1A在X轴方向进行N-1次步进位移，每次步进位移不低于1个步进，通过图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录N个步进坐标位置，包括P2A(X2A,Y2A)…直至PNA(XNA,YNA)，其中，N为≥2的正整数，具体优选地，由于本实施例应用的弯曲道为直线弯曲道，因此，本实施例每次在X轴步进位移时可直接采用不少于5个步进单位；
S40)、将所有坐标位置进行拉直对准，基于该拉直对准直线确定划片工作台的旋转角度，通过X-Y轴坐标系驱动模块执行，完成对切割道的自动对准。
实施例2：请参见图2所示的一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，包括划片机，划片机包括用于安装待切割半导体芯片的划片工作台、具有自动识别功能的图像采集模块以及切割道对准控制系统，X-Y轴坐标系驱动模块(通常用于在X轴方向步进的X轴电机和在Y轴方向步进的Y轴电机)通过切割道对准控制系统驱动划片工作台，具体地，在本实施方式中，请参见图3所示，半导体器件为方形扁平无引脚封装芯片10，具有弯曲切割道11，具体包括如下操作步骤：
S10)、将理论切割道特征点位置作为控制目标并通过图像采集模块预先输入切割道对准控制系统中；
包括如下操作步骤S21’)、S22’)以及S23’)的S20’)：
S21’)、定义X-Y轴坐标系驱动模块的X轴步进运动方向和Y轴步进运动方向，根据控制目标，通过图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论初始切割位置并对准，将该初始切割位置定义为在P1A，其坐标位置为P1A(X1A,Y1A)，其中，X1A代表X轴初始切割位置,Y1A代表Y轴初始切割位置；
S22’)、沿初始位置P1A在Y轴方向进行不低于1个步进的位移，通过图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录其Y轴初始坐标位置P1B(X1B,Y1B)，具体地，请参见图4所示，在本实施方式中，沿初始位置P1A在Y轴负方向进行1个步进的位移；
S23’)、采用二分法公式计算得出弯曲切割道的对准初始坐标位置P1C(X1C,Y1C)，优选地，在本实施方式中，二分法公式为：
Figure GDA0003301091900000071
Figure GDA0003301091900000081
其中，XNA为在X轴步进方向的X轴坐标，XNB为在X轴步进方向的Y轴坐标，YNA为在Y轴步进方向的X轴坐标，YNB为在Y轴步进方向的Y轴坐标
请进一步参见图4所示，包括如下操作步骤S31’)、S32’)以及S33’)的步骤S30’)：
S31’)、根据控制目标，在X-Y轴坐标系驱动模块的驱动下，以步进作为运动单位，划片工作台从P1A在X轴方向进行N-1次步进位移，通过图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录X轴方向的N-1个步进坐标位置，包括P2A(X2A,Y2A)…直至PNA(XNA,YNA)；
S32’)、然后分别以X轴方向的N-1个步进坐标位置作为起始位置，在Y轴方向进行N-1次步进位移，通过图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录Y轴方向的N-1个坐标位置,包括P2B(X2B,Y2B)、…直至PNB(XNB,YNB)；
S33’)、采用二分法公式计算得出弯曲切割道的所有对准坐标位置，包括P2C(X2C,Y2C)、…直至PNC(XNC,YNC),其中，N为≥2的正整数；二分法公式方法请参见步骤S23’)的说明内容；
具体在实施时，可以根据所要加工的半导体器件长度来确定N的实际值，通常数量会在数十、数百、甚至数千，甚至更大的数值范围，本实施例对此没有特别限定之处；
优选地，在本S30’)步骤中的步进位移过程中，为了确保图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点，每次在X轴正方向进行步进位移时，采用至少3个步进，当图像采集模块识别不到理论切割道特征点时，向X轴负方向位移1个步进，直到图像采集模块识别到理论切割道特征点；
具体地，在本实施例S31’)步骤中，每次在X轴正方向进行3个步进，在本实施例S32’)步骤中，每次在Y轴负方向进行1个步进；这是根据待切割半导体芯片的理论切割道特征点来进行具体设置的，当然，在其他实施方式中，也可以根据切割道的形状需要，在X轴以及Y轴方向上采用不同的步进数量；
S40’)、请进一步参见图4所示，将所有对准坐标位置通过线性拟合法拟合拉直对准，基于该拟合拉直对准线确定划片工作台的旋转角度，通过X-Y轴坐标系驱动模块执行，完成对弯曲切割道的自动对准；优选地，在本实施方式中，线性拟合法采用最小二乘法公式，通过最小二乘法公式利用最小误差的平方寻求数据的最佳匹配函数，得到拟合拉直对准线；具体地，最小二乘法公式为：y＝ax+b，其中，a，b均为任意实数，且
Figure GDA0003301091900000091
Figure GDA0003301091900000092
x为拟合拉直对准线的X坐标，y为拟合拉直对准线的Y坐标，N为≥2的正整数，也代表了所需要拟合的坐标位置数量；
需要特别说的是，本申请涉及的最小二乘法又可称为最小平方法，是一种数据线性拟合的优化技术，该计算方法实质上是利用最小误差的平方寻求数据的最佳匹配函数，利用最小二乘法可以快速便捷地求得未知的数据，起到预测的作用，并且是的这些预测的数据与实际数据之间的误差平方和达到最小，被广泛地应用数据线性拟合技术中，其具体计算原理属于数据计算领域的公知常识，本申请将最小二乘法来实现对准坐标位置的拟合拉直对准，更具体的计算方法在本实施例不再具体展开说明。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，包括划片机，所述划片机包括用于安装待切割半导体芯片的划片工作台、具有自动识别功能的图像采集模块以及切割道对准控制系统，X-Y轴坐标系驱动模块通过切割道对准控制系统驱动所述划片工作台；其特征在于，所述切割道对准控制系统包括如下自动对准控制步骤：
S10)、将理论切割道特征点位置作为控制目标并通过所述图像采集模块预先输入所述切割道对准控制系统中；
S20)、定义X-Y轴坐标系驱动模块的X轴步进运动方向和Y轴步进运动方向，根据所述控制目标，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论初始切割位置并对准，将该初始切割位置定义为在P1A，其坐标位置为P1A(X1A,Y1A)，其中，X1A代表X轴初始切割位置,Y1A代表Y轴初始切割位置；
S30)、根据所述控制目标，在X-Y轴坐标系驱动模块的驱动下，以步进作为运动单位，所述划片工作台从P1A在X轴方向进行N-1次步进位移，每次步进位移不低于1个步进，通过所述图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录N个步进坐标位置，包括P2A(X2A,Y2A)…直至PNA(XNA,YNA)，其中，N为≥2的正整数；
S40)、将所有坐标位置进行拉直对准，基于该拉直对准直线确定所述划片工作台的旋转角度，通过所述X-Y轴坐标系驱动模块执行，完成对所述切割道的自动对准。
2.根据权利要求1所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，所述切割道为弯曲切割道，其中，所述步骤S20)采用步骤S20’)替代，所述步骤S20’)包括：
S21’)、定义X-Y轴坐标系驱动模块的X轴步进运动方向和Y轴步进运动方向，根据所述控制目标，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论初始切割位置并对准，将该初始切割位置定义为在P1A，其坐标位置为P1A(X1A,Y1A)，其中，X1A代表X轴初始切割位置,Y1A代表Y轴初始切割位置；
S22’)、沿初始位置P1A在Y轴方向进行不低于1个步进的位移，通过所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录其Y轴初始坐标位置P1B(X1B,Y1B)；
S23’)、采用二分法公式计算得出所述弯曲切割道的对准初始坐标位置P1C(X1C,Y1C)；
所述S30)采用步骤S30’)替代，所述步骤S30’)包括：
S31’)、根据所述控制目标，在X-Y轴坐标系驱动模块的驱动下，以步进作为运动单位，所述划片工作台从P1A在X轴方向进行N-1次步进位移，通过所述图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录X轴方向的N-1个步进坐标位置，包括P2A(X2A,Y2A)…直至PNA(XNA,YNA)；
S32’)、然后分别以X轴方向的N-1个步进坐标位置作为起始位置，在Y轴方向进行N-1次步进位移，通过所述图像采集模块采集分别识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点并对准，记录Y轴方向的N-1个坐标位置,包括P2B(X2B,Y2B)、…直至PNB(XNB,YNB)；
S33’)、采用二分法公式计算得出所述弯曲切割道的所有对准坐标位置，包括P2C(X2C,Y2C)、…直至PNC(XNC,YNC),其中，N为≥2的正整数；
所述S40)采用步骤S40’)替代，所述步骤S40’)包括：将所有对准坐标位置通过线性拟合法拟合拉直对准，基于该拟合拉直对准线确定所述划片工作台的旋转角度，通过所述X-Y轴坐标系驱动模块执行，完成对所述弯曲切割道的自动对准。
3.根据权利要求2所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，所述二分法公式为：
Figure FDA0003301091890000021
其中，XNA为在X轴步进方向的X轴坐标，XNB为在X轴步进方向的Y轴坐标，YNA为在Y轴步进方向的X轴坐标，YNB为在Y轴步进方向的Y轴坐标。
4.根据权利要求2所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，所述线性拟合法采用最小二乘法公式，通过最小二乘法公式利用最小误差的平方寻求数据的最佳匹配函数，得到拟合拉直对准线。
5.根据权利要求4所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，所述最小二乘法公式为：y＝ax+b，其中，a，b均为任意实数，且
Figure FDA0003301091890000031
x为拟合拉直对准线的X坐标，y为拟合拉直对准线的Y坐标，N为需要拟合的坐标位置数量。
6.根据权利要求2所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，在步骤S31’)中的步进位移过程中，为了确保所述图像采集模块采集识别待切割半导体芯片的理论切割道特征点，每次在X轴方向进行步进位移时，采用至少3个X轴正方向步进，当所述图像采集模块识别不到理论切割道特征点时，向X轴负方向位移1个步进，直到所述图像采集模块识别到理论切割道特征点。
7.根据权利要求2或6所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，所述在步骤S31’)中的步进位移过程中，每次在X轴正方向进行至少3个步进。
8.根据权利要求2或6所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，所述在步骤S32’)中的步进位移过程中，每次在Y轴负方向进行至少1个步进。
9.根据权利要求2所述的用于半导体器件的切割道自动对准控制方法，其特征在于，所述半导体器件为方形扁平无引脚封装芯片，具有弯曲切割道。
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