CN113799277A - 一种晶体多线切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及晶片生产制造技术领域，公开一种晶体多线切割方法，在钢线接触晶体至到达晶体半径深度阶段，逐渐降低工作台的进给速度，使工作台的进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关，同时增大砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关；在钢线从晶体半径深度到完全晶体切割阶段，在钢线切割晶体深度超过晶体的半径深度后，逐渐增大工作台进给速度，使工作台进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关趋势，同时减小砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关趋势。本发明能够减小晶片的总厚度变化和翘曲度的偏差，从而达到晶片表面质量一致的生产目标，确保晶片质量满足生产需求。
Description
技术领域
本发明涉及晶片生产制造技术领域，尤其涉及一种晶体多线切割方法。
背景技术
在晶片的生产制造领域，随着多线切割技术的出现和发展，目前已全面代替了传统的内圆切片方法，多线切割已经成为了最常用的晶片制造方法。多线切割技术是将钢线或金刚线顺序缠绕于导线轮上形成线网，在油基砂浆或水基切削液的作用下，对晶体进行磨削划犁，最终形成晶片。
目前传统的多线切割技术还未完全成熟，其切割晶片时晶片表面质量难以得到保证，容易出现锯纹等表面缺陷，特别是晶片在进刀口和出刀口位置易出现明显纹路，导致晶片TTV(总厚度变化)、Warp(翘曲度)等值偏大，难以满足生产需求，同时这也成为行业亟需解决的通病。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种晶体多线切割方法，通过动态调整切割速度和砂浆流量，使得钢线在切割到晶体的不同深度时，调整钢线切割长度与钢线切割晶体所形成的线弓和砂浆中产生磨削划犁作用的游离SiC颗粒数达到动态平衡，减小晶片的总厚度变化和翘曲度的偏差，从而达到晶片表面质量一致的生产目标，确保晶片质量满足生产需求。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
一种晶体多线切割方法，切割时，在钢线接触晶体至到达晶体半径深度阶段，逐渐降低工作台的进给速度，使工作台的进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关，同时增大砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关；
在钢线从晶体半径深度到完全晶体切割阶段，在钢线切割晶体深度超过晶体的半径深度后，逐渐增大工作台进给速度，使工作台进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关，同时减小砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关。
进一步，所述晶体多线切割具体包括以下步骤，
S1、准备步骤：在晶体的底部连接压条，在晶体的顶部连接石墨条；
S2、起始步骤：将砂浆喷覆在钢线表面，钢线切割晶体底部连接的压条；
S3、进刀步骤：在钢线接触晶体至到达晶体半径深度阶段，逐渐降低工作台的进给速度，使工作台进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关，同时增大砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关；
S4、出刀步骤：在钢线从晶体半径深度到完全晶体切割阶段，在钢线切割晶体深度超过晶体的半径深度后，逐渐增大工作台进给速度，使工作台进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关；同时减小砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关；
S5、结束步骤：在钢线从晶体切割完成到石墨条切割完成阶段，以恒定的工作台进给速度和恒定的砂轮流量供给，完成最终的石墨条切割。
进一步，所述步骤S2中，钢线切割速度与切割深度的关系为：v＝v0
，其中：v为瞬时切割速度，v0为初始切割速度；砂浆瞬间供给量与切割深度的关系为：ω＝ω0，其中：ω为砂浆瞬时供给量；ω0为砂浆初始供给量。
进一步，所述步骤S3中，不同切割深度时，钢线切割速度与切割深度的关系为：
其中：v为切割速度；r为晶体半径；x为切割深度x∈(0，r)；v0为初始切割速度；k为前切深度；
砂浆瞬时供给量与切割深度的关系为：
其中：ω为砂浆瞬时供给量；r为晶体半径；x为切割深度x∈(0，r)；ω0为砂浆初始供给量；k为前切深度。
随着切割深度的增加，减小工作台进给速度，使钢线与晶体形成的线弓几乎保持稳定，动态调整工作台进给速度，同时因其钢线切割长度增加，所以需要增加砂浆量用以保证有效进行磨削划犁的游离磨料单位长度上数量一致，这样既有利于降低断线风险，同时有利于提高晶片表面质量。
进一步，所述步骤S4中，不同切割深度时，钢线切割速度与切割深度的关系为：
其中：ν为切割速度；r为晶体半径；x为切割深度x∈(r，2r)；v0为初始切割速度；k为前切深度；
砂浆瞬时供给量与切割深度的关系为：
其中：ω为砂浆瞬时供给量；r为晶体半径；x为切割深度，x∈(r，2r)；ω0为砂浆初始供给量；k为前切深度。
进一步，所述步骤S5中，不同切割深度时，钢线切割速度与切割深度的关系为：v＝v0，其中：v为瞬时切割速度；v0为初始切割速度。砂浆瞬间供给量与切割深度的关系为：ω＝ω0，其中：ω为砂浆瞬时供给量；ω0为砂浆初始供给量。
此时钢线已经对晶体切割完全，步骤S5中钢线只对石墨条进行切割，因为切割对石墨条表面质量无要求，所以可保持恒定的工作台进给速度和砂浆供给量，直至切割过程完全结束。
本发明的有益效果：
本发明通过对切割不同阶段的工作台进给速度和砂浆流量进行动态调控，使钢线在切割晶体不同阶段满足钢线线弓一致、参与磨削划犁的游离SiC磨料数一致，以此形成晶体被切割时切割状态的稳定，晶片的总厚度变化和翘曲度的偏差更小，有利于提高晶片的表面质量，减少锯纹等表面缺陷的发生。
附图说明
图1是本发明的晶体多线切割是钢线与晶体的结构示意图；
图2是晶体切割过程与进给速度和供给量折线图。
其中，钢线1、钢线与晶体的接触受力长度2、压条3、石墨条4、晶体5。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细说明：
本实施例的晶体多线切割前，先在晶体5的底部粘结压条3，在晶体5的顶部粘接石墨条4，并固定在工作台上。本实施例中晶体5的直径为100mm，压条3的厚度为5mm，石墨条4厚度10mm。
在准备阶段，正确设定各项切割参数，开启砂浆供给系统，使砂浆均匀喷覆于钢线1表面形成砂浆薄膜；启动切割系统，使已固定晶体5的工作台缓慢进给于钢线1，使其钢线1预先切割到晶体5底部粘接的压条3。在钢线1切割压条3这一段，工作台始终采用恒定进给速度，直到钢线1开始切割到晶体5。
从钢线1切割到晶体5开始，工作台进给速度和砂浆供给量保持为和切割压条3时供给量一致，随着切割深度的增加，钢线1与晶体5的接触受力长度增加，在原有的工作台进给速度作用下，将导致钢线1的线弓增大，增加断线的风险，切割深度增加时，钢线1与晶体5的接触受力长度增加的关系为：
其中L为钢线1与晶体5的切割长度；r为晶体5半径；x为切割深度。
所以随着切割深度的增加，减小工作台进给速度，使钢线1与晶体5形成的线弓几乎保持稳定，动态调整工作台进给速度，同时因其钢线1切割长度增加，所以需要增加砂浆量用以保证有效进行磨削划犁的游离磨料单位长度上数量一致，这样既有利于降低断线风险，同时有利于提高晶片表面质量。
当晶体5的切割深度达到晶体5直径的一半时，再随着切割深度的继续增加，钢线1与晶体5的接触受力长度减小，此时增加工作台进给速度，使钢线1与晶体5形成的线弓保持稳定，同时逐渐降低砂浆供给量，有利于提高切割稳定性。
当切割深度完全达到晶体5直径时，钢线1切割晶体5上方所粘接的石墨条4，工作台进给速度保持稳定，砂浆供给量保持恒定，使其稳定切割完剩余高度石墨条4。具体如下表1和附图1所示：
表1、切割过程与进给速度和砂浆供给量表
将晶体5粘接在精度铁板上并固定于切割工作台，设定初始切割参数，其初始工作台进给速度为8mm/h，砂浆供给速度为25L/min，完整切割深度为115mm，其中切割晶体5的半径为50mm，切割晶体5深度为100mm，压条3的厚度，即前切深度5mm，石墨条10mm。
开启砂浆喷淋系统，砂浆经由泵带动从砂浆罐内输送至砂浆管，并稳定流出于钢线1表面形成砂浆薄膜，待检查完毕，启动切割系统，钢线1开始高速往复转动。
当热机完毕，工作台开始进给，此时进行S1切割阶段，钢线1逐渐缓慢接触并切割压条3，此时保持工作台进给速度为8mm/h，砂浆供给量25L/min，待钢线1切割压条3完成时，此时S1阶段结束进入S2阶段，钢线1开始切割晶体5，并随着切割深度的增加，钢线1为晶体5的有效切割长度在增加，所以在保持相同工作台进给速度时，晶体5与钢线1形成的线弓必会加大，有可能导致最终发生断线现象，所以随着切割深度的增加，就必须减少工作台的进给量，在切割深度变化时，设置其工作台进给量，根据切割速度与切割深度的关系式计算：
分别根据计算结果依次设定切割深度为5、7、10、15、20、25、35、45、55mm时所对应的工作台进给速度为8.00、6.88、6.26、5.60、5.14、4.80、4.33、4.08、4mm/h，同时随着切割深度的增加，钢线1与晶体5直径进行切割的有效长度增加，钢线1单位长度上的游离磨料数减少，所以需要增大砂浆供给量用以保证游离磨料量保持相对稳定，根据砂浆供给量与切割深度的关系式计算：
分别根据计算结果依次设定切割深度为5、7、10、15、20、25、35、45、55mm时所对应的砂浆供给量为25.00、29.07、31.97、35.71、38.88、41.67、46.15、49.01、50.00L/min，并依次按照程序设定进行切割工序。
当S2阶段结束即切割晶体5深度达到55mm后，此时切割进入S3(S4)阶段，钢线1切割晶体5已低于最大有效切割长度开始减小，若工作台进给速度保持不变，则晶体5与钢线1形成的线弓减小，钢线1张紧度开始降低，不利于晶片表面质量的稳定性，所以有必要增加工作台进给速度，在切割深度变化时，设置其工作台进给量，根据切割速度与切割深度的关系式计算：
根据计算结果分别依次设定切割深度为55、65、75、85、90、95、100、103、105mm时所对应的工作台进给速度为4.00、4.08、4.33、4.80、5.14、5.60、6.26、6.88、8.00mm/h，同时随着切割深度的增加，钢线1与晶体5直径进行切割的有效长度减小，钢线1单位长度上的游离磨料数增多，所以需要减小砂浆供给量用以保证游离磨料量保持相对稳定，根据砂浆供给量与切割深度的关系式计算：
根据计算结果分别依次设定切割深度为55、65、75、85、90、95、100、103、105mm时所对应的砂浆供给量为50.00、49.01、46.15、41.67、38.88、35.71、31.97、29.07、25.00L/min，并依次按照程序设定进行切割工序。
当切割深度达到105mm时，此时钢线1恰好对晶体5切割完全，S3阶段结束，切割进入S4阶段，钢线1只对石墨条4进行切割，因为切割对石墨条4表面质量无要求，所以可保持恒定的工作台进给速度和砂浆供给量，其工作台进给速度恒定为8mm/h，砂浆供给量恒定为25L/min，直至切割过程完全结束。
将上述的实施例中切割的100张晶片进行各个质量指标的测量，得到以下如表2所述的结果：
表2、本发明与现有技术的晶体切割产品质量数据比较表
从上述的实验数据可以看出，本实施例的方法切割的晶片在厚度偏差、总厚度变化、弯曲度和翘曲度等指标上均优于现有技术，说明本发明通过对切割不同阶段的工作台进给速度和砂浆流量进行动态调控，使钢线1在切割晶体5不同阶段满足钢线1线弓一致、参与磨削划犁的游离SiC磨料数一致，以此形成晶体5被切割时切割状态的稳定，有利于提高晶片的表面质量，减少锯纹等表面缺陷的发生。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (6)
1.一种晶体多线切割方法，其特征在于：
在切割的钢线接触晶体至到达晶体半径深度阶段，逐渐降低工作台的进给速度，使工作台的进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关，同时增大砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关；
在切割的钢线从晶体半径深度到完全晶体切割阶段，当钢线切割晶体深度超过晶体的半径深度后，逐渐增大工作台进给速度，使工作台进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关，同时减小砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关。
2.根据权利要求1所述的一种晶体多线切割方法，其特征在于：所述晶体多线切割具体包括以下步骤，
S1、准备步骤：在晶体的底部连接压条，在晶体的顶部连接石墨条；
S2、起始步骤：将砂浆喷覆在钢线表面，钢线切割晶体底部连接的压条；
S3、进刀步骤：在钢线接触晶体至到达晶体半径深度阶段，逐渐降低工作台的进给速度，使工作台进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关，同时增大砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关；
S4、出刀步骤：在钢线从晶体半径深度到完全晶体切割阶段，在钢线切割晶体深度超过晶体的半径深度后，逐渐增大工作台进给速度，使工作台进给速度始终和钢线与晶体的切割长度L呈负相关；同时减小砂浆流量供给，使砂浆流量始终与晶体的切割长度L呈正相关；
S5、结束步骤：在钢线从晶体切割完成到石墨条切割完成阶段，以恒定的工作台进给速度和恒定的砂轮流量供给，完成最终的石墨条切割。
3.根据权利要求2所述的一种晶体多线切割方法，其特征在于：所述步骤S2中，钢线切割速度与切割深度的关系为：ν＝v0，其中：ν为瞬时切割速度，ν0为初始切割速度；砂浆瞬间供给量与切割深度的关系为：ω＝ω0，其中：ω为砂浆瞬时供给量；ω0为砂浆初始供给量。
4.根据权利要求3所述的一种晶体多线切割方法，其特征在于：所述步骤S3中，不同切割深度时，钢线切割速度与切割深度的关系为：
其中：ν为切割速度；r为晶体半径；x为切割深度x∈(0，r)；ν0为初始切割速度；k为前切深度；
砂浆瞬时供给量与切割深度的关系为：
其中：ω为砂浆瞬时供给量；r为晶体半径；x为切割深度x∈(0，r)；ω0为砂浆初始供给量；k为前切深度。
5.根据权利要求4所述的一种晶体多线切割方法，其特征在于：所述步骤S4中，不同切割深度时，钢线切割速度与切割深度的关系为：
其中：ν为切割速度；r为晶体半径；x为切割深度x∈(r，2r)；v0为初始切割速度；k为前切深度；
砂浆瞬时供给量与切割深度的关系为：
其中：ω为砂浆瞬时供给量；r为晶体半径；x为切割深度x∈(r，2r)；ω0为砂浆初始供给量；k为前切深度。
6.根据权利要求5所述的一种晶体多线切割方法，其特征在于：所述步骤S5中，不同切割深度时，钢线切割速度与切割深度的关系为：ν＝ν0，其中：ν为瞬时切割速度；ν0为初始切割速度；砂浆瞬间供给量与切割深度的关系为：ω＝ω0，其中：ω为砂浆瞬时供给量；ω0为砂浆初始供给量。
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