CN114939831B - 一种冷却水与切割液的温控系统及温控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路封装设备技术领域，尤其涉及一种冷却水与切割液的温控系统及温控方法。冷却水与切割液的温控系统采用冷却水与切割液的温控方法实现了冷却水与切割液的温度控制。泵体与冷却模块开启，冷却水管路向主轴提供冷却水；切割液管路向主轴与晶圆的磨削位置提供切割液。当切割液管路内的切割液的初始温度T4大于切割液的设定温度Ts2时，开关模块打开，冷却水管路的部分冷却水进入换热管路内并通过换热模块冷却切割液管路内的切割液。当T4小于等于Ts2时，开关模块关闭。通过冷却水对切割液进行冷却降温，实现了冷却水温度与切割液温度的协同控制，简化了冷却水与切割液的温控系统的结构，实现了节能降耗。

Description

一种冷却水与切割液的温控系统及温控方法

技术领域

本发明涉及集成电路封装设备技术领域，尤其涉及一种冷却水与切割液的温控系统及温控方法。

背景技术

减薄机是集成电路封装的关键设备，一般采用空气静压电主轴实现高精度的强力磨削对晶圆进行平面化精密减薄加工。当减薄机工作时，主轴高速旋转，主轴内置的电机发热导致主轴出现热变形，同时安装在主轴上的金刚石砂轮对旋转运动的晶圆的磨削位置产生热量。因此，通过冷却水单元向主轴内部通入冷却水并通过切割液单元向磨削位置通入切割液进行冷却降温。

目前，冷却水单元与切割液单元分别单独运行且互不干涉，需要在减薄机上安装两套温控系统分别控制冷却水与切割液的温度，增加了减薄机的结构复杂程度和控制难度，不利于减薄机的节能降耗。

因此，亟需一种冷却水与切割液的温控系统及温控方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷却水与切割液的温控系统及温控方法，以实现冷却水温度与切割液温度的协同控制，降低温控难度，同时简化结构，实现节能降耗。

为达此目的，本发明所采用的技术方案是：

一种冷却水与切割液的温控系统，包括：

冷却水单元，包括泵体、冷却模块和冷却水管路，所述泵体与所述冷却模块均设置于所述冷却水管路上，所述冷却水管路被配置为向减薄机的主轴提供冷却水；

切割液单元，包括切割液管路，所述切割液管路被配置为向所述主轴与晶圆的磨削位置提供切割液；

换热单元，包括换热管路、开关模块和换热模块，所述换热管路的两端能够与所述冷却水管路连通，所述换热管路的一端位于所述冷却模块的下游位置且另一端位于所述泵体的上游位置；所述开关模块设置于所述换热管路上，所述换热模块设置于所述换热管路与所述切割液管路之间；

当所述开关模块打开时，所述冷却水管路的部分冷却水能够进入所述换热管路内并通过所述换热模块冷却所述切割液管路内的切割液。

作为优选方案，所述冷却模块至少包括一级冷却器和二级冷却器，所述一级冷却器与所述二级冷却器沿冷却水的流动方向依次设置于所述冷却水管路中；

当所述泵体开启时，所述一级冷却器同步开启，所述二级冷却器可选择性地打开或关闭。

作为优选方案，所述冷却水单元还包括：

第一加热器，设置于所述冷却水管路中并位于所述冷却模块的下游位置；所述第一加热器被配置为打开时能够加热所述冷却水管路内的冷却水。

作为优选方案，所述切割液单元还包括：

第二加热器，设置于所述切割液管路中并位于所述换热模块的下游位置；所述第二加热器被配置为打开时能够加热所述切割液管路内的切割液。

一种冷却水与切割液的温控方法，用于上述冷却水与切割液的温控系统的冷却水与切割液的温度控制，所述冷却水与切割液的温控方法包括如下步骤：

所述泵体与所述冷却模块开启，所述冷却水管路向所述主轴提供冷却水；所述切割液管路向所述主轴与晶圆的磨削位置提供切割液；

当所述切割液管路内的切割液的初始温度T4大于切割液的设定温度Ts2时，所述开关模块打开，所述冷却水管路的部分冷却水进入所述换热管路内并通过所述换热模块冷却所述切割液管路内的切割液；

当T4小于等于Ts2时，所述开关模块关闭。

作为优选方案，所述切割液的温控精度为±t2，切割液经过所述换热模块后的温度为T5；

当T5＞Ts2+t2时，增加所述泵体的功率，以增加进入所述换热管路内冷却水的流量；

当T5＜Ts2-t2时，降低所述泵体的功率，以降低进入所述换热管路内冷却水的流量；

当Ts2-t2≤T5≤Ts2+t2时，所述泵体的功率保持不变。

作为优选方案，切割液经过所述切割液管路中第二加热器后的温度为T6；

当T6≥Ts2-t2时，所述第二加热器保持关闭；

当T6＜Ts2-t2时，所述第二加热器开启。

作为优选方案，冷却水的设定温度为Ts1，冷却水的温控精度为±t1，所述冷却模块中的一级冷却器保持开启，冷却水经过所述一级冷却器后的温度为T1；

当T1＞Ts1+t1时，所述冷却模块中的二级冷却器开启；

当T1≤Ts1+t1时，所述二级冷却器保持关闭。

作为优选方案，当所述二级冷却器开启后，冷却水经过所述二级冷却器后的温度为T2；

当T2＞Ts1+t1时，增加所述二级冷却器的功率；

当T2＜Ts1-t1时，降低所述二级冷却器的功率；

当Ts1-t1≤T2≤Ts1+t1时，所述二级冷却器的功率保持不变。

作为优选方案，冷却水经过所述冷却水管路中的第一加热器后的温度为T3；

当T3≥Ts1-t1时，所述第一加热器保持关闭；

当T3＜Ts1-t1时，所述第一加热器开启。

本发明的有益效果为：

本发明提出的冷却水与切割液的温控系统，冷却水单元对主轴进行冷却降温，切割液单元对主轴与晶圆的磨削位置进行冷却降温。同时，将换热模块设置于换热管路与切割液管路之间，当开关模块关闭时，冷却水单元与切割液单元分别独立运行，实现了冷却水温度与切割液温度的独立控制。当开关模块打开时，冷却水管路的部分冷却水能够进入换热管路内并通过换热模块冷却切割液管路内的切割液。通过冷却水对切割液进行冷却降温，实现了冷却水温度与切割液温度的协同控制，方便对冷却水与切割液的温度进行控制，降低了冷却水与切割液的温控难度，且无需在切割液管路中安装冷却器，简化了冷却水与切割液的温控系统的结构，实现了节能降耗。

本发明提出的冷却水与切割液的温控方法，当切割液管路内的切割液的初始温度小于等于切割液的设定温度时，开关模块关闭，冷却水单元与切割液单元分别独立运行，实现了冷却水温度与切割液温度的独立控制。当切割液管路内的切割液的初始温度大于切割液的设定温度时，开关模块打开，冷却水管路的部分冷却水进入换热管路内并通过换热模块冷却切割液管路内的切割液，实现了冷却水温度与切割液温度的协同控制，方便对冷却水与切割液的温度进行控制，降低了冷却水与切割液的温控难度，且无需在切割液管路中安装冷却器，简化了冷却水与切割液的温控系统的结构，实现了节能降耗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的冷却水与切割液的温控系统的结构分布示意图；

图2是本发明实施例提供的冷却水与切割液的温控方法的详细流程图；

图3是本发明实施例提供的冷却水单元单独工作的流程图。

图中部件名称和标号如下：

100、主轴；

1、泵体；2、冷却模块；21、一级冷却器；22、二级冷却器；3、冷却水管路；4、第一加热器；5、限流阀；6、膨胀水箱；

7、切割液管路；8、切割液容器；9、第二加热器；

10、换热管路；11、开关模块；12、换热模块；

13、单向阀；14、流量计。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

目前，减薄机的冷却水单元与切割液单元分别单独运行且互不干涉，因此需要在减薄机上安装两套温控模块分别控制冷却水与切割液的温度，增加了减薄机的结构复杂程度和控制难度，不利于节能降耗。

为解决上述问题，如图1所示，本实施例公开了一种冷却水与切割液的温控系统，主要用于减薄机的主轴100以及主轴100与晶圆磨削位置的温度控制。具体地，冷却水与切割液的温控系统包括冷却水单元、切割液单元和换热单元，冷却水单元包括泵体1、冷却模块2和冷却水管路3，泵体1与冷却模块2均设置于冷却水管路3上，冷却水管路3向减薄机的主轴100提供冷却水。切割液单元包括切割液管路7，切割液管路7向主轴100与晶圆的磨削位置提供切割液。换热单元包括换热管路10、开关模块11和换热模块12，换热管路10的两端能够与冷却水管路3连通，换热管路10的一端位于冷却模块2的下游位置且另一端位于泵体1的上游位置。开关模块11设置于换热管路10上，换热模块12设置于换热管路10与切割液管路7之间。当开关模块11打开时，冷却水管路3的部分冷却水能够进入换热管路10内并通过换热模块12冷却切割液管路7内的切割液。

在本实施例中，冷却水单元对主轴100进行冷却降温，切割液单元对主轴100与晶圆的磨削位置进行冷却降温。同时，将换热模块12设置于换热管路10与切割液管路7之间。当开关模块11关闭时，冷却水单元与切割液单元分别独立运行，实现了冷却水温度与切割液温度的独立控制。当开关模块11打开时，冷却水管路3的部分冷却水进入换热管路10内并通过换热模块12冷却切割液管路7内的切割液。通过冷却水对切割液进行冷却降温，实现了冷却水温度与切割液温度的协同控制，方便对冷却水与切割液的温度进行控制，降低了冷却水与切割液的温控难度，且无需在切割液管路7中安装冷却器，简化了冷却水与切割液的温控系统的结构，实现了节能降耗。

如图1所示，冷却模块2至少包括一级冷却器21和二级冷却器22，一级冷却器21与二级冷却器22沿冷却水的流动方向依次设置于冷却水管路3中，当泵体1开启时，一级冷却器21同步开启，二级冷却器22可选择性地打开或关闭。

具体地，从主轴100的冷却水出口流出的冷却水在泵体1的驱动下经过冷却水管路3后通过主轴100的冷却水入口再次流入主轴100内部，实现了对主轴100内部的冷却降温，然后再从主轴100的冷却水出口流出，实现了冷却水的循环冷却。开启后的一级冷却器21能够对冷却水进行降温，当一级冷却器21将冷却水降至冷却水的设定温度时，二级冷却器22保持关闭，有利于实现冷却模块2的节能降耗。当冷却水经过一级冷却器21的冷却降温后，其温度大于冷却水的设定温度时，二级冷却器22打开，以将冷却水的温度进一步降至冷却水的设定温度。

需要说明的是，进入主轴100的冷却水的温度需要保持在适宜的温度范围内，以保证主轴100的稳定工作。为了避免冷却水的温度过低，如图1所示，冷却水单元还包括第一加热器4，第一加热器4设置于冷却水管路3中并位于冷却模块2的下游位置，第一加热器4打开时能够加热冷却水管路3内的冷却水。通过冷却模块2与第一加热器4的协同工作能够将冷却水的温度控制在适宜范围内，提高了冷却水的温控精度。

本实施例的一级冷却器21、二级冷却器22以及第一加热器4均为本领域内成熟的产品，本领域的技术人员可以根据实际工况灵活选择，对于其具体的结构和工作原理不再进行赘述。开关模块11可以为开关阀。

具体地，换热管路10的一端位于二级冷却器22与第一加热器4之间，另一端连通于冷却水管路3中靠近冷却水出口位置处，以使换热管路10内的冷却水经过换热模块12后重新回流至冷却水管路3中。

如图1所示，冷却水单元还包括单向阀13和流量计14。具体的，在冷却水管路3中沿冷却水的流动方向依次安装有单向阀13、流量阀、泵体1、一级冷却器21、二级冷却器22、单向阀13以及第一加热器4。单向阀13用于防止冷却水倒流，保证冷却水在冷却水管路3中单向流动。流量计14用于监测冷却水管路3中冷却水的流量值。需要说明的是，冷却水单元还包括多个温度传感器，以分别测量经过一级冷却器21、二级冷却器22以及第一加热器4后的冷却水的温度值。

此外，冷却水单元还包括膨胀水箱6和限流阀5，膨胀水箱6与冷却水管路3连通，以向冷却水管路3补充冷却水，以保证冷却水的流量稳定。当开关模块11打开后，部分冷却水流入换热管路10中，通过限流阀5能够控制冷却水管路3内冷却水的流量，实现了冷却水在冷却水管路3与换热管路10的流量分配。

如图1所示，切割液单元还包括切割液容器8、第二加热器9和流量计14，切割液容器8存储有切割液，切割液容器8与切割液管路7连通，以使切割液通过切割液管路7流入主轴100与晶圆的磨削位置。流量计14位于切割液容器8中，以实时测量切割液的流量。第二加热器9设置于切割液管路7中并位于换热模块12的下游位置，第二加热器9打开时能够加热切割液管路7内的切割液。通过换热模块12与第二加热器9的协同工作能够将切割液的温度控制在适宜范围内，提高了切割液的温控精度。

本实施例的第二加热器9为本领域内成熟的产品，本领域的技术人员可以根据实际工况灵活选择，对于其具体的结构和工作原理不再进行赘述。

如图2所示，本实施例还公开了一种冷却水与切割液的温控方法，上述冷却水与切割液的温控系统采用冷却水与切割液的温控方法实现了冷却水与切割液的温度控制。具体地，冷却水与切割液的温控方法包括如下步骤：

泵体1与冷却模块2开启，冷却水管路3向主轴100提供冷却水；切割液管路7向主轴100与晶圆的磨削位置提供切割液。

当切割液管路7内的切割液的初始温度T4大于切割液的设定温度Ts2时，开关模块11打开，冷却水管路3的部分冷却水进入换热管路10内并通过换热模块12冷却切割液管路7内的切割液。

当T4小于等于Ts2时，开关模块11关闭。

当切割液管路7内的切割液的初始温度T4小于等于切割液的设定温度Ts2时，开关模块11关闭，冷却水单元与切割液单元分别独立运行，实现了冷却水温度与切割液温度的独立控制。当切割液管路7内的切割液的初始温度T4大于切割液的设定温度Ts2时，开关模块11打开，冷却水管路3的部分冷却水进入换热管路10内并通过换热模块12冷却切割液管路7内的切割液，实现了冷却水温度与切割液温度的协同控制，且无需在切割液管路7中安装冷却器，简化了冷却水与切割液的温控系统的结构，实现了减薄机的节能降耗。

需要注意的是，本实施例的冷却水的设定温度为Ts1，冷却水的温控精度为±t1，即当冷却水的温度在Ts1-t1与Ts1+t1之间即可认定为冷却水在设定的温度范围内。切割液的温控精度为±t2，即当切割液的温度在Ts2-t2与Ts2+t2之间即可认定为切割液在设定的温度范围内。本实施例的t1与t2均为0.5℃。当然，t1与t2还可以设定为其他值，在此不作具体限定。

如图3所示，冷却水单元工作时，冷却模块2中的一级冷却器21保持开启，冷却水经过一级冷却器21后的温度为T1。当T1＞Ts1+t1时，冷却模块2中的二级冷却器22开启；当T1≤Ts1+t1时，二级冷却器22保持关闭。

当二级冷却器22开启后，冷却水经过二级冷却器22后的温度为T2，当T2＞Ts1+t1时，增加二级冷却器22的功率，以增加冷却水的温度降低幅度。当T2＜Ts1-t1时，降低二级冷却器22的功率，以降低冷却水的温度降低幅度。当Ts1-t1≤T2≤Ts1+t1时，二级冷却器22的功率保持不变，从而使冷却水的温度尽可能地靠近Ts1。二级冷却器22能够根据冷却水的温度T2的具体值灵活调整自身的功率，从而使T2尽量靠近Ts1，提高了冷却水的温控精度，实现了冷却模块2的自适应调节。

进一步地，冷却水经过冷却水管路3中的第一加热器4后的温度为T3，当T3≥Ts1-t1时，第一加热器4保持关闭。当T3＜Ts1-t1时，第一加热器4开启，以使冷却水升温，以保证进入主轴100的冷却水的温度在Ts1-t1与Ts1+t1之间。

如图2所示，切割液经过换热模块12后的温度为T5。当T5＞Ts2+t2时，增加泵体1的功率，以增加进入换热管路10内冷却水的流量，从而增加切割液的温度降低幅度。当T5＜Ts2-t2时，降低泵体1的功率，以降低进入换热管路10内冷却水的流量，从而降低切割液的温度降低幅度。当Ts2-t2≤T5≤Ts2+t2时，泵体1的功率保持不变，以使进入换热管路10内冷却水的流量保持不变。泵体1能够根据切割液的温度T5的具体值灵活调整的自身功率，从而使T5尽量靠近Ts2，提高了切割液的温控精度，实现了泵体1与换热模块12的自适应调节。

进一步地，切割液经过切割液管路7中第二加热器9后的温度为T6，当T6≥Ts2-t2时，第二加热器9保持关闭。当T6＜Ts2-t2时，第二加热器9开启，以使切割液升温，以保证进入磨削位置的切割液的温度在Ts2-t2与Ts2+t2之间。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种冷却水与切割液的温控系统，其特征在于，包括：

冷却水单元，包括泵体(1)、冷却模块(2)和冷却水管路(3)，所述泵体(1)与所述冷却模块(2)均设置于所述冷却水管路(3)上，所述冷却水管路(3)被配置为向减薄机的主轴(100)提供冷却水；

切割液单元，包括切割液管路(7)，所述切割液管路(7)被配置为向所述主轴(100)与晶圆的磨削位置提供切割液；

换热单元，包括换热管路(10)、开关模块(11)和换热模块(12)，所述换热管路(10)的两端能够与所述冷却水管路(3)连通，所述换热管路(10)的一端位于所述冷却模块(2)的下游位置且另一端位于所述泵体(1)的上游位置；所述开关模块(11)设置于所述换热管路(10)上，所述换热模块(12)设置于所述换热管路(10)与所述切割液管路(7)之间；

当所述开关模块(11)打开时，所述冷却水管路(3)的部分冷却水能够进入所述换热管路(10)内并通过所述换热模块(12)冷却所述切割液管路(7)内的切割液；

所述冷却模块(2)至少包括一级冷却器(21)和二级冷却器(22)，所述一级冷却器(21)与所述二级冷却器(22)沿冷却水的流动方向依次设置于所述冷却水管路(3)中；

当所述泵体(1)开启时，所述一级冷却器(21)同步开启，所述二级冷却器(22)可选择性地打开或关闭；

所述冷却水单元还包括第一加热器(4)，设置于所述冷却水管路(3)中并位于所述冷却模块(2)的下游位置；所述第一加热器(4)被配置为打开时能够加热所述冷却水管路(3)内的冷却水；

所述切割液单元还包括第二加热器(9)，设置于所述切割液管路(7)中并位于所述换热模块(12)的下游位置；所述第二加热器(9)被配置为打开时能够加热所述切割液管路(7)内的切割液。

2.一种冷却水与切割液的温控方法，用于权利要求1所述的冷却水与切割液的温控系统的冷却水与切割液的温度控制，其特征在于，所述冷却水与切割液的温控方法包括如下步骤：

所述泵体(1)与所述冷却模块(2)开启，所述冷却水管路(3)向所述主轴(100)提供冷却水；所述切割液管路(7)向所述主轴(100)与晶圆的磨削位置提供切割液；

当所述切割液管路(7)内的切割液的初始温度T4大于切割液的设定温度Ts2时，所述开关模块(11)打开，所述冷却水管路(3)的部分冷却水进入所述换热管路(10)内并通过所述换热模块(12)冷却所述切割液管路(7)内的切割液；

当T4小于等于Ts2时，所述开关模块(11)关闭。

3.根据权利要求2所述的冷却水与切割液的温控方法，其特征在于，所述切割液的温控精度为±t2，切割液经过所述换热模块(12)后的温度为T5；

当T5＞Ts2+t2时，增加所述泵体(1)的功率，以增加进入所述换热管路(10)内冷却水的流量；

当T5＜Ts2-t2时，降低所述泵体(1)的功率，以降低进入所述换热管路(10)内冷却水的流量；

当Ts2-t2≤T5≤Ts2+t2时，所述泵体(1)的功率保持不变。

4.根据权利要求3所述的冷却水与切割液的温控方法，其特征在于，切割液经过所述切割液管路(7)中第二加热器(9)后的温度为T6；

当T6≥Ts2-t2时，所述第二加热器(9)保持关闭；

当T6＜Ts2-t2时，所述第二加热器(9)开启。

5.根据权利要求2所述的冷却水与切割液的温控方法，其特征在于，冷却水的设定温度为Ts1，冷却水的温控精度为±t1，所述冷却模块(2)中的一级冷却器(21)保持开启，冷却水经过所述一级冷却器(21)后的温度为T1；

当T1＞Ts1+t1时，所述冷却模块(2)中的二级冷却器(22)开启；

当T1≤Ts1+t1时，所述二级冷却器(22)保持关闭。

6.根据权利要求5所述的冷却水与切割液的温控方法，其特征在于，当所述二级冷却器(22)开启后，冷却水经过所述二级冷却器(22)后的温度为T2；

当T2＞Ts1+t1时，增加所述二级冷却器(22)的功率；

当T2＜Ts1-t1时，降低所述二级冷却器(22)的功率；

当Ts1-t1≤T2≤Ts1+t1时，所述二级冷却器(22)的功率保持不变。

7.根据权利要求5所述的冷却水与切割液的温控方法，其特征在于，冷却水经过所述冷却水管路(3)中的第一加热器(4)后的温度为T3；

当T3≥Ts1-t1时，所述第一加热器(4)保持关闭；

当T3＜Ts1-t1时，所述第一加热器(4)开启。

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