CN1411963A - 切割机 - Google Patents

Abstract

一个切割机，其包括一个用于夹持工件的卡盘台，一个具有旋转主轴的主轴单元，用于安装切割刀，该切割刀切割卡盘台上架持的工件，以及一个以其可在切割方向移动的方式支承主轴单元的主轴单元支撑机构，其中，主轴单元支撑机构包括一个可动式底座，一个设置在可动式底座上、具有一个给定的曲率半径的导轨，一个主轴单元支承件，其沿着导轨可动地设置并安装主轴单元，以及一个角度调节机构，用于沿着导轨移动主轴单元支承件以调节角度。

Description

切割机

技术领域

本发明涉及一种切割工件例如半导体晶片的切割机，尤其涉及一种在与工件表面垂直的平面成倾角的状态下，切割工件的切割机。

背景技术

在半导体装置的生产中，例如，完全圆盘状半导体晶片的正面通过许多被称为“街道”的格子状排列的切割线分成许多矩形区域，每个矩形区域形成一个预定的电路模式。具有电路模式的许多矩形区域被切割并相互分离形成所谓的半导体晶片。通过被称为“切割机”的精密切割机械将半导体晶片切割。

上述切割机包括一个具有主轴外壳的主轴单元，一个被主轴外壳旋转式支承的旋转主轴和一个附着于旋转主轴末端的切割刀，当高速旋转切割刀时，通过相对于切割刀移动工件，该切割刀沿着预定的切割线切割卡盘台上夹持的工件。在这个切割机中，切割刀一般定位成垂直于卡盘台工件夹持面，所以，形成的工件的切割表面垂直于被切割半导体晶片的前后表面。

于是，在半导体装置上装备作为半导体晶片的矩形玻璃二极管的过程中，必须注意不要将玻璃二极管的切割表面放置在半导体装置上。那是因为，如上所述，当半导体晶片的切割表面垂直于其正面时，半导体晶片的切割表面很容易被置于半导体装置上。为解决这个问题，建议半导体切割表面与垂直于其正面的平面形成一倾角。

如上所述，为了以与其正面垂直的平面形成的一倾角切割半导体晶片，切割刀必须相对于卡盘台的工件夹持面倾斜。作为将切割刀倾斜于所谈及的卡盘台工件夹持面的技术，其解决方法就是在卡盘台上通过在其间插入倾斜夹具夹持住工件。

但是，根据上文所述的在卡盘台上用一插入其间的倾斜夹具来夹持住工件的方法，因为工件保持在倾斜状态，用于探测该工件将切割的区域的对准步骤很难实现。此外，在卡盘台上用插入其间的倾斜夹具用于夹持住工件的方法中，当切割方向改变了90°时，工件相对于倾斜夹具必须重置。这种操作比较麻烦而且降低生产力。

发明内容

本发明的目的是提供一个切割机，该切割机易于实现用于探测卡盘台上工件将切割的区域的对准步骤，当切割方向改变了90°时，在与工件表面垂直的平面成一倾角时，可以切割工件而不用重置该工件。

为达到上述目的，根据本发明，提供一个切割机，包括一个卡盘台，该卡盘台具有用于夹持工件的工件夹持面，一个具有旋转主轴的主轴单元，用于安装切割在卡盘台上夹持的工件的切割刀，一个主轴单元支撑机构，用于以其可在垂直于工件夹持面的切割方向可移动的方式支承主轴单元，其中，主轴单元支撑机构包括一个在垂直于工件夹持面的切割方向可移动地设置的可动式底座，一个在可动式底座的侧面上设置的、具有给定曲率半径的导轨，一个主轴单元支承件，其沿着导轨可动地设置并安装主轴单元，以及一个用于沿着导轨移动主轴单元来调节角度的角度调节机构。

希望将上述导轨曲率半径的中央设定为上述旋转主轴的切割刀安装部。上述角度调节机构包括一个可转地被支承于可动式底座的阳螺纹杆，以及一个待旋入阳螺纹杆并与主轴单元支承件接合的可动式阴螺纹座，与可动式阴螺纹座接合的主轴单元支承件沿着导轨通过转动阳螺纹杆被移动，以可沿着阳螺纹杆移动可动式阴螺纹座。此外，上述角度调节机构包括一个角度设置座，该座可选择地并可分离地被安装到可动式底座上，并具有一个支承面用于在其上放置和支承主轴单元。

附图说明

图1为一个根据本发明组成的切割机的透视图；

图2为图1所示的切割机的基本部段的透视图；

图3为组成图1所示的切割机的主轴单元支撑机构的基本部段的透视图；

图4为图3的主轴单元支撑机构的分解透视图；

图5用于说明图3所示的主轴单元支撑机构的第一支承状态的示意图；以及

图6用于说明图3所示的主轴单元支撑机构的第二支承状态的示意图。

具体实施方式

参照附图具体描述一种根据本发明的优选实施例的切割机。

图1是根据本发明组成的作为切割机械的切割机的透视图。

如图1所示的切割机具有一个基本上是矩形的、平行边的外壳10。如图2所示，外壳10包括一个固定底座2，一个放置在固定底座2上的卡盘台单元3，该单元可沿着箭头X所指的切割供给方向移动并夹持工件，一个主轴单元支撑机构4，其被放置在固定底座2上并可沿着箭头Y所指的分度方向(垂直于箭头X所指的切割供给方向)移动，以及一个主轴单元6，其被主轴单元支撑机构4支承，并可沿着箭头Z所指的切割方向移动。

上述卡盘台单元3包括，一个通过许多连接螺栓3a固定在固定底座2上的支座31，两个导轨32，32，该导轨32，32平行于箭头X所指的方向平行放置在支座31上，以及一个放置在导轨32上的卡盘台33，其可沿着箭头X所指的方向移动。该卡盘台33包括一个可动地安装在导轨32，32上的吸附卡盘座331，以及一个安装于吸附卡盘座331上、且在其顶部具有一个工件夹持面332a的吸附卡盘332，该卡盘台通过空吸装置(未示出)将工件夹持在吸附卡盘332的工件夹持面332a上，例如，圆盘状半导体晶片。卡盘台单元3包括一个用于将吸附卡盘台33在箭头X所指方向沿着两导轨32，32的方向移动的驱动装置34。驱动装置34包括一个安装在上述两导轨32，32之间并与其平行的阳螺纹杆341，以及一个驱动源，例如用于旋转地驱动阳螺纹杆341的脉冲马达342。阳螺纹杆341在其一端通过固定在上述支座31上的轴承座343将其旋转式地支承，在其另一端通过未示出的减速齿轮传动连接到上述脉冲马达342的输出轴。阳螺纹杆341被螺纹拧入形成在阴螺纹座(未示)中的阴螺纹通孔中，该阴螺纹座从构成卡盘台33的吸附卡盘座331的中央部的下表面突出。因此，通过用脉冲马达342，向前或倒转驱动阳螺纹杆341，都可以使卡盘台33可沿着导轨32，32在箭头X所指的方向移动。

上述主轴单元支撑机构4包括，一个通过许多连接螺栓4a固定于固定底座2上的支座41，两个沿箭头X所示方向平行放置支座41上的导轨42，42，以及一个安装在导轨42上的、可沿着箭头Y所指的方向移动的可动式支座43。该可动式支座43包括，一个可移动地安装在导轨42，42上的可动式支承部431，以及一个连接在可动式支承部431上的主轴安装部432。连接支架433固定在主轴安装部432上并通过许多连接螺栓40a紧固于可动式支承部431，以使主轴安装部432安装于可动式支架部431上。主轴安装部432还设置有两个导轨432a，432a，该两导轨432a，432a在与安装有上述连接支架433的表面相对的表面上沿箭头Z彼此平行地延伸。主轴单元支撑机构4具有一个驱动装置44，用于沿着两导轨42，42在箭头Y所指的方向驱动可移动式支座43。驱动装置44包括一个置于两导轨42，42之间、并与其平行的阳螺纹杆441，以及一个驱动源，例如用于旋转地驱动阳螺纹杆441的脉冲马达442。阳螺纹杆441在其一端通过固定在上述支座41上的轴承座(未示出)将其旋转式地支承，而在其另一端通过未示出的减速齿轮传送连接到上述脉冲马达442的输出轴。阳螺纹杆441被拧入在阴螺母座(未示出)中形成的阴螺纹通孔，该阴螺纹座从组成可动式支座43的可动式支承部431的中央部的下表面伸出。因此，通过脉冲马达442向前或翻转驱动阳螺纹杆341，可动式支座43可沿着导轨42的方向在箭头Y的方向移动。

在所示实施例中的主轴单元支撑机构4具有一个可动式底座45，该底座可移动地安装在垂直于吸附卡盘332的工件夹持面332a的切割方向，该吸附卡盘332组成上述卡盘台33。在与上述主轴安装部432对立的侧面上，该可动式底座45设置有两个待导向的轨道45a，45a，以将该轨道45a，45a可滑动地安装到设置在主轴安装部432上的两导轨432a，432a上。通过将待导向的轨道45a，45a安装于上述导轨432a，432a中，该可动式底座45被支撑成在切割方向上可移动，即，在箭头Z所指的、与组成上述卡盘台33的吸附卡盘332的工件夹持面332a垂直的方向。在所示实施例中的主轴单元支撑机构4包括一个驱动装置46，用于使可动式底座45沿着两导轨432a在箭头Z方向移动。象上述驱动装置34和44一样，驱动装置46包括一个插入在导轨432a，432a之间的阳螺纹杆(未示出)和一个驱动源，例如用于旋转式地驱动阳螺纹杆的脉冲马达462。通过脉冲马达462向前驱动阳螺纹杆(未示出)或使其翻转，使可动式底座45沿着导轨432a，432a在箭头Z所指的方向移动。

参照图3和图4描述上述可动式底座45。具有一个给定曲率半径的导轨451安置在与具有上述可动式底座45的待导向的轨45a，45a的侧面对立的侧面上。导轨451的曲率半径中央设定成一个组成主轴单元6的旋转主轴的切割刀配件部，这如在后面描述。导轨451形成为另一个与可动式底座45分离的部件，并通过紧固装置，例如一些紧固螺钉452安装在所示的实施例中的可动式底座45上。这样组成的导轨451设置有一个支座47，用于以可移动的方式支承主轴单元6。该支座47在与上述可动式底座45对立的侧面上设置有待导向的轨道471，该轨道471被可滑动地安装在设置于可动式底座45上的导轨451上，通过将这个待导向的轨道471安装到导轨451上，

主轴单元支承件48通过许多连接螺栓51与上述支座47连接。更明确地讲，将每个连接螺栓51插入到形成于主轴单元支承件48中的四个相应的螺钉插入孔481中，并拧入四个相应的形成于支座47中的阴螺纹孔472中，以将主轴单元支承件48与支座47相连接。用于避免上述导轨451和支座47干扰的间隙凹槽482在与主轴单元支承件48的支座47对立的侧面形成。在主轴单元支承件48上形成四个细长孔483，许多阴螺纹孔453形成在可动式底座45上与四个细长孔483的区域相对应的位置。紧固螺钉52插入四个细长孔483中并拧入到相应的阴螺纹孔453中且超出许多阴螺纹孔453，以将主轴单元支承件48固定到可动式底座45上。所以，当主轴单元支承件48沿着上述导轨451和支座47一起移动时，去除紧固螺钉52，主轴单元6的角度通过后面将描述的角度调节机构来调节，然后主轴单元支承件48被紧固并将其用紧固螺钉52固定到可动式底座45上，沿着细长孔483可微调。与后面将描述的角度调节机构接合的接合凸件484设置在主轴单元支承件48的端面上。主轴单元支承件48可与上述支座47结合成一体。

在图示的实施例中的主轴单元支撑机构4包括角度调节机构49，用于沿着导轨451移动上述支座47和主轴单元支承件48。角度调节机构49包括一个阳螺纹杆493，其上端和下端部被连接到上述可动式底座45的上端和下端的支撑件491及492旋转支承；一连接于阳螺纹杆493的顶部的手柄494；以及一旋入阳螺纹杆493的可动式阴螺纹座495中。与上述主轴单元支承件48上的接合凸件484结合的接合孔495a形成于可动式阴螺纹座495的侧面。通过将接合凸件484与接合孔495a结合，即使用手柄转动阳螺纹杆493，可动式阴螺纹座495a也不转动，而是随着阳螺纹杆493的旋转在垂直方向移动。

在图示的实施例中，有许多角度设置座50a，50b...作为角度调节机构49备用。角度设置座50a具有一底面501a和与该底面501a平行的作支承面的一顶面502a，用于下文描述的普通切割，在该切割中待随后描述的切割刀定位在垂直于组成上述卡盘33的吸附卡盘332的工件夹持面332a上。角度设置座50b具有一个作为支承面的顶面502b，该顶面以预定的角度倾斜于底面501b，且当下文描述的切割刀定位成与垂直于组成上述夹盘33的吸附夹盘332的工件夹持面332a平面为一个给定的倾角时，使用该顶面。许多具有与底面成倾角的顶面的角度设置座是根据设置角度大小而准备的。螺钉插孔503，503和定位销插孔504，504形成于每个角度设置座50a，50b...中。两个定位销插孔504，504平行于底面形成。从如此组成的角度设置座50a，50b...中选出给定座，再通过将两个设置在上述移动座45的下部上的定位销454，454插入到定位销插孔504，504中，并将连接螺栓53和53插入到待旋入设置在移动座45中的阴螺纹孔455，455里的螺钉插孔503中，将该选出的给定座安装到移动座45上。安装后文将描述的主轴单元6的上述主轴单元支承件48由角度设置座的顶面支承。结果，后文所述的主轴单元6以所选的角度设置座的倾角被定位。

接下来描述主轴单元6。如图所示的实施例中的主轴单元6包括一个主轴外壳61，一个旋转主轴62，该旋转主轴由主轴外壳61旋转支承并从主轴外壳61的前端突出，一个连接在旋转主轴62的顶端的切割刀63，一个固定螺母64，其拧入在旋转主轴62顶端形成的阳螺纹部，使切割刀紧固和固定在旋转主轴62上，以及一个连接支架65，其安装在主轴外壳61的后部上，用于将主轴单元6与上述主轴单元支承件48连接。通过将连接螺栓54插入到形成于连接支架65中的四个螺钉插孔651中并将螺钉54拧入在上述主轴单元支承件48形成中的四个阴螺纹孔485，主轴单元6被固定到支承件48上。主轴单元6有一个内置式伺服马达作为驱动源用于驱动主轴外壳61中的旋转主轴62。

主轴单元6和支承主轴单元6的主轴单元支撑机构4的组成如以上描述。主轴单元6支承角度的调节，即，切割刀63相对于组成上述卡盘33的吸附卡盘332之工件夹持面332a的连接角度在下文描述。

为实现普通的切割，如图5所示，底面和顶面互相平行形成的角度设置座50a与可动式底座45连接，如上所述。主轴单元支承件48由顶面502a支承，该顶面是角度设置座50a的支承面。所以，安装到主轴单元支承件48上的主轴单元6，其旋转主轴62的中心轴变得平行于组成上述卡盘33的吸附卡盘332之工件夹持面332a，连接于旋转主轴62的切割刀63定位成垂直于工件夹持面332a。

为了将上述切割刀63以预定的角度从图5所示的普通切割状态定位到上述工件夹持面332a，首先去掉紧固螺钉52，再操作角度调节机构49的手柄494以在某一方向转动阳螺纹杆493，如图6所示。当阳螺纹杆493在某一方向转动时，可动式阴螺纹座495沿着阳螺纹杆493向上移动。结果，其接合凸件484与可动式阴螺纹座495的接合孔495a结合的主轴单元支承件48，和支座47一起沿着导轨451向上移动。因此，在角度设置座50a的顶面502a与主轴单元支承件48之间产生一间隔。由于主轴单元支承件48在此时沿着具有给定曲率半径的导轨451移动，安装到主轴单元支承件48上的主轴单元6的旋转主轴62的中心轴，相对于与组成吸附卡盘台33的吸附卡盘392的工件夹持面332a平行的轴线倾斜。

如上所述，当主轴单元支承件48沿着导轨451向上移动和在角度设置座50a的顶面502a与主轴单元支承件48之间产生一间隔时，如上所述，角度设置座50a从可动式底座45上移开，其顶面502b作为支撑表面以预定角度倾斜于底面501b的角度设置座50b安装在可动式底座45上。据此，操作角度调节机构49的手柄494以使阳螺纹杆494沿相对方向转动。当阳螺纹杆493反向转动时，可动式阴螺纹座495沿着阳螺纹杆493向下移动。结果，其接合凸件484与可动式阴螺纹座495的接合孔495a接合的主轴单元支承件48，和支座47一起沿着导轨451向下移动，且主轴单元支承件48被放置和支撑到顶面502b上，该顶面为如图6所示的角度设置座50b的支承面。然后，紧固螺钉52被插到四个细长孔483中，拧到相应的阴螺纹孔453中，以将主轴单元支承件48固定到可动式底座45上。结果，装在主轴单元支承件48上的主轴单元6的旋转主轴62的中心轴，被定位在一种与平行于吸附盘332的工件夹持面332a的轴成预定角度θ的倾斜状态，该332吸附盘组成卡盘台33。因此，连接于旋转主轴62上的切割刀63以与工件夹持面332a垂直的平面成-给定角度θ定位。

当安装主轴单元6的主轴单元支承件48沿着导轨451移动时，在图示的实施例中，因为导轨451曲率半径的中心设定为旋转主轴62的切割刀的安装部，所以切割刀63的定位很少变化。于是，易于将工件与切割刀63对准。

此外，安装主轴单元6的主轴单元支承件48在如图所示的实施例中由角度设置座支承，所选的给定角度可稳定保持。在图示的具体实施例中，安装主轴单元6的主轴单元支承件48被角度设置座支承。但是，给定的角度仅可通过角度调节机构49调节，而不用角度设置座。

返回图1，图示的切割机包括一个盒子12，其用于储存一个作为工件的半导体晶片11，一个工件取出装置13，一个工件承载装置14，一个清洗装置15，一个清洗/承载装置16和一个对准装置17，该对准装置为一个显微镜或一个电荷耦合(CCD)照相机。在一框架111上通过一个胶带112固定半导体晶片11，并将其以安装在框架111上的状态储存于上述盒子12中。盒子12被放置于一个盒子台121上，该盒子台可通过未示出的提升装置来上下移动。

接下来简单描述上述切割机的操作方法。

被储存在盒子12中给定的位置上的框架111上安装的半导体晶片11(以下将成安装于框架111上的状态的半导体晶片11简称为“半导体晶片11”)，通过提升装置(未标出)垂直移动盒子12，将其移到取出位置。此后，工件取出装置13来回移动以将定位在取出位置的半导体晶片11运送至工件放置区域18。运送到工件放置区域18的半导体晶片11，通过工件承载装置14的转动运动被运送到组成上述卡盘台单元3的卡盘台33的吸附卡盘332上，并被吸附在吸附卡盘332上。这样吸力保持半导体晶片11的卡盘台33，沿着导轨32移至对准装置17的正下方。当卡盘台33定位在对准装置17的正下方时，在半导体晶片11中形成的切割线被对准装置17探测以实现精确定位。

其后，吸力保持半导体晶片11的卡盘台33在箭头X所指的方向即切割供给方向移动，以便使保持在卡盘台33上的半导体晶片沿着给定的切割线被切割刀63切割。也就是说，切割刀63由主轴单元6安装并被旋转式驱动，该主轴单元通过在箭头Y所指的方向即刻度方向和箭头Z所指的方向即切割方向被移动和调节从而进行定位。

相应地，通过沿着切割刀63的下边在切割供给方向移动卡盘台33，保持在卡盘台33上的半导体晶片11沿着给定的切割线用切割刀63切割并分成半导体晶片。被分成的半导体晶片通过胶带112的作用相互之间不分离，所以，可保持半导体晶片11安装于框架111上的状态。

如上所述，切割刀63切割半导体晶片11时，当主轴单元6以图5所示的方式安装，即旋转主轴62的中心轴变得平行于组成卡盘台33的吸附卡盘332的工件保持面332a，半导体11以与其表面呈直角被切割，因为连接于旋转主轴62的切割刀62在垂直于工件夹持面332a的位置被定位。同时，当主轴单元6的旋转主轴62以给定的角度θ倾斜于平行于组成卡盘台33的吸附卡盘332的工件夹持面332a的轴时，如图6所示，半导体晶片11以与其表面形成给定的角度θ被切割，因为安装于旋转主轴62上的切割刀63被定位于一种倾斜状态，即与工件夹持面332a垂直的平面形成给定的角度θ。如上所述，在图示的实施例中，甚至当工件以与其表面垂直的平面形成一倾角而将被切割时，在卡盘台38上被夹持的工件夹持状态也不改变，因此，易于完成探测该工件将被切割区域的对准步骤，当切割方向改变90°时不用重置也可以切割工件。

当如上所述半导体晶片11的切割操作完成后，夹持半导体晶片11的卡盘台33返回到半导体晶片11首次被吸附保持的位置，且释放对半导体晶片11的吸附保持。其后，半导体晶片11通过清洗/承载装置16运送至清洗装置15进行清洗。被清洗过的半导体晶片11由工件承载装置14运送至工件放置区域18。然后，半导体晶片11经由工件取出装置13储存于盒子12内给定的位置。

如上所述，根据本发明，即便当工件以与其表面垂直的平面形成一倾角被切割，被夹持在卡盘台上的工件的夹持状态也不改变，所以易于完成探测该工件将被切割区域的对准步骤，并且当切割方向改变90°时不用重置也可以切割工件。

Claims (4)

1.一种切割机，其包括：

一个卡盘台，其具有用于夹持工件的工件夹持面；

一个主轴单元，其具有用于把被夹持在卡盘台上的工件切割的切割刀来安装的旋转主轴；

一个主轴单元支撑机构，其将支承主轴单元支撑成在垂直于工件夹持面的切割方向可以移动，

其特征在于，主轴单元支撑机构包括一个可动式底座，该底座可移动地设置在垂直于工件夹持面的切割方向上，一个置于可动式底座侧面上，且具有一个给定的曲率半径的导轨，一个主轴单元支承件，其沿着导轨可动式设置并安装主轴单元，以及一个角度调节机构，其用于沿着导轨移动主轴单元支承件来调节角度。

2.根据权利要求1所述的切割机，其特征在于，导轨的曲率半径的中央设定成该旋转主轴的切割刀安装部。

3.根据权利要求1所述的切割机，其特征在于，角度调节机构包括一个可转动地支承于可动式底座上的阳螺纹杆和一个待旋入阳螺纹杆的、与主轴单元支承件接合的可动式阴螺母座，通过转动阳螺纹杆以使可动式螺母座沿阳螺纹杆移动，使得该与螺母座接合的主轴单元支撑件，沿着上述导轨移动。

4.根据权利要求1所述的切割机，其特征在于，角度调节机构具有一个角度设置座，该设置座可选择地并可分离地被安装于可动式底座上，并具有一个将支承主轴单元支承于其上并对该支撑主轴单元支撑的支撑面。

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