KR101039916B1 - 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치에 관한 것으로, 좀더 상세히, 노즐이 구비된 에어베어링으로 지지되는 샤프트와, 모터구동부(10)에 의해 제어되면서 상기 샤프트를 회전시키는 BLDC 모터(20)와, 상기 샤프트를 감싸는 하우징(30)과, 고압의 공기를 상기 노즐에 공급하는 에어공급부(40)와, 노즐에 공급되는 공기의 습도를 조절하는 습도조절부(50)를 포함하여 구성되는 초고속 에어베어링 스핀들을 위한 특성 분석 장치에 있어서, 상기 스핀들의 하우징(30)에 구비되어 상기 스핀들의 샤프트 대비 반경방향 진동을 측정하는 진동감지부(60)와; 상기 진동감지부(60)에서 생성된 전기신호의 잡음을 제거하여 증폭한 후 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 신호처리부(70)와; 상기 신호처리부(70)로부터 습득된 진동에 관한 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(80)와; 상기 샤프트의 일단(E)에 횡방향 및 축방향으로 하중을 가할 수 있는 하중인가장치(100)와; 상기 샤프트의 횡방향 및 축방향 변위 중에서 선택된 하나 또는 두방향 모두의 변위를 측정하는 변위측정부(170);를 포함하여 구성되는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치에 관한 것이다.
웨이퍼, 다이싱, 스핀들, 변위측정부

Description

반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치 { Performance Evaluation System for Silicon Wafer-Dicing Air Spindles under Operation Loads }
본 발명은 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 100,000 rpm 급의 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들이 성능에 영향을 미치는 주요 파라미터인 회전 속도, 회전 불평형, 공기 압력, 부하 용량 및 축 변형 등이 스핀들의 동특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석 할 수 있고 초고속 회전 상태에서 스핀들에 가할 수 있는 임계하중을 예측하는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 시스템에 관한 것이다.
초고속 스핀들에서는 회전속도를 비롯한 스핀들 파라미터의 미세한 변화에 대해서도 스핀들의 특성이 매우 민감하게 변할 수 있으며 특히 선회 불안정성에 의해 야기되는 Flutter와 같이 스핀들 성능에 치명적인 영향을 미치는 현상이 발생할 수 있어 보다 면밀한 해석과 설계가 요구되는데 현재까지 국내에 이러한 초고속 에어스핀들의 동특성에 관한 설계 자료가 축적되어 있지 않다.
(본 결과물은 교육인적자원부의 출연금으로 수행한 지방기업 주문형 인력양성사업의 연구결과입니다. This work is resulted from the project of Human Resources Development for Industrial Demand financially supported by the Ministry of Education and Human Resources Development(OE))
본 발명의 목적은 100,000 rpm 급의 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 성능에 영향을 미치는 운전조건, 즉 스핀들 끝단에 작용하는 횡방향/축방향 하중 및 스핀들 회전속도의 변화에 따른 동특성에 대한 이론 해석과 응답 측정으로부터 스핀들의 동특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 초고속 회전 상태에서 스핀들에 가할 수 있는 임계 하중을 예측하여 초고속 에어베어링 스핀들 설계에 관한 자료를 구축하고 저 진동 구현 및 효과적인 진동방지 대책을 마련할 수 있게 하는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치는, 노즐이 구비된 에어베어링으로 지지되는 샤프트와, 모터구동부(10)에 의해 제어되면서 상기 샤프트를 회전시키는 BLDC 모터(20)와, 상기 샤프트를 감싸는 하우징(30)과, 고압의 공기를 상기 노즐에 공급하는 에어공급부(40)와, 노즐에 공급되는 공기의 습도를 조절하는 습도조절부(50)를 포함하여 구성되는 초고속 에어베어링 스핀들을 위한 특성 분석 장치에 있어서,
상기 스핀들의 하우징(30)에 구비되어 상기 스핀들의 샤프트 대비 반경방향 진동을 측정하는 진동감지부(60)와;
상기 진동감지부(60)에서 생성된 전기신호의 잡음을 제거하여 증폭한 후 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 신호처리부(70)와;
상기 신호처리부(70)로부터 습득된 진동에 관한 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(80)와;
상기 샤프트의 일단(E)에 횡방향 및 축방향으로 하중을 가할 수 있는 하중인가장치(100)와;
상기 샤프트의 횡방향 및 축방향 변위 중에서 선택된 하나 또는 두방향 모두의 변위를 측정하는 변위측정부(170);를 포함하여 구성되어,
상기 하중인가장치(100)로써 샤프트의 일단에 걸리는 하중을 변화시킬 수 있게 하고, 상기 모터구동부(10)로 샤프트의 회전속도를 변화시킬 수 있게 하고, 에어공급부(40)에 의해 공급되는 공기압력을 변화시킬 수 있게 구성되고,
이때 각 상태에서 스핀들의 하우징(30)의 진동 신호를 측정, 신호처리할 수 있고, 또한, 상기 변위측정부(170)로써 각 상태에서 샤프트의 변위를 측정하고 디스플레이 할 수 있게 구성된다.
본 발명에 따른 100,000 rpm급의 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 시스템은 스핀들의 성능에 영향을 미치는 주요 파라미터인 회전속도, 회전 불평형, 공기 압력, 부하 용량 및 축 변형 등이 스핀들의 동특성에 미치는 영향을 체계적으로 분석하고 초고속 회전 상태에서 스핀들에 가할 수 있는 임계하중을 예측할 수 있는 100,000 rpm 급의 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들 의 가공하중에 따른 특성분석 시스템이 제공된다.
이하 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치의 구성도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치 정면도이고, 도 3은 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치의 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치는 노즐이 구비된 에어베어링으로 지지되는 샤프트와, 모터구동부(10)에 의해 제어되면서 상기 샤프트를 회전시키는 BLDC 모터(20)와, 상기 샤프트를 감싸는 하우징(30)과, 고압의 공기를 상기 노즐에 공급하는 에어공급부(40)와, 노즐에 공급되는 공기의 습도를 조절하는 습도조절부(50)를 포함하여 구성된다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치는, 스핀들의 하우징(30)에 구비되어 상기 스핀들의 샤프트 대비 반경방향 진동을 측정하는 진동감지부(60)와, 상기 진동감지부(60)에 서 생성된 전기신호의 잡음을 제거하여 증폭한 후 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 신호처리부(70)와, 상기 신호처리부(70)로부터 습득된 진동에 관한 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(80)와, 상기 샤프트의 일단(E)에 횡방향 및 축방향으로 하중을 가할 수 있는 하중인가장치(100)와, 상기 샤프트의 횡방향 및 축방향 변위 중에서 선택된 하나 또는 두방향 모두의 변위를 측정하는 변위측정부(170)를 포함하여 구성된다.
본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치는, 하중인가장치(100)로써 샤프트의 일단에 걸리는 하중을 변화시킬 수 있게 하고, 상기 모터구동부(10)로 샤프트의 회전속도를 변화시킬 수 있게 하고, 에어공급부(40)에 의해 공급되는 공기압력을 변화시킬 수 있게 구성된다.
진동감지부(60)와 신호처리부(70)는 각 상태(하중과 압력을 인자, 즉, 파라미터로 하여 서로 다른 하중과 압력을 갖는 여러 가지 상태나 조건을 말함)에서 스핀들의 하우징(30)의 진동 신호를 측정, 신호처리하게 되고, 또한, 변위측정부(170)는 각 상태에서 샤프트의 변위를 측정하고 디스플레이부(80)는 결과를 디스플레이 한다.
도시된 바와 같이, 하중인가장치(100)는 가이드레일(110)과, 상기 가이드레일(110)에 가이드 되며, 블록 위치제어부(125)에 의해 마이크론 단위로 위치가 제어되는 런너블록(120)과, 상기 스핀들의 샤프트 끝단(E)에 접촉하여 런너블록(120)으로부터 전달된 하중을 접 샤프트 끝단에 가하는 플런져(130)와, 상기 런너블록(120)과 플런져(130) 간에 구비되어 플런져(130)에 가해진 힘의 하중의 크기를 측정하는 로드셀(140)과, 상기 로드셀(140)로부터 하중신호를 수신하여 나타내는 인디케이터(150)로 구성된다. 바람직하게 플런져(130)의 샤프트 끝단(E) 방향의 형상은 구형(또는 구형의 볼캐스터)으로 이루어진다.
변위측정부(170)는, 샤프트의 횡방향 및 축방향 변위 중에서 선택된 하나 또는 두방향 모두의 변위를 마이크론단위로 측정하고 스핀들의 하우징(30) 내부에 구비되는 갭센서와, 갭센서에 의해 측정된 변위 크기를 나타내는 제2 인디케이터(172)로 구성된다.
도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 로드셀(140)의 일면은 제1연결봉(161)을 통해 상기 런너블록(120)의 일측과 연결되고, 상기 로드셀(140)의 타면은 제2연결봉(163)을 통해 상기 플런져(130)와 연결된다. 제1연결봉(161)과 제2연결봉(163)이 이루는 하중인가장치(100)의 하중인가선(P-line)은 상기 샤프트의 중심선(C-line)과 테이블로부터 같은 높이이지만 소정각도로 틀어져 있거나, 테이블로부터 같은 높이이며 평행하지만 소정의 횡방향 편차를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치의 구성에 따른 작용을 설명한다. 본 발명은 100,000 rpm으로 회전하는 에어스핀들을 구비하는 분석대상물, 에어스핀들의 외부에 부착되는 가속도센서를 통해 진동을 측정하는 진동감지부(60); 스핀들모터의 주축의 횡방향/축방향 변위를 측정하기 위한 변위측정부(170); 및 가속도 센서에서 얻어진 신호의 잡음을 제거하여 증폭한 후 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 작업자에게 나타내어주는 신호처리부(70); 신호처리부로부터 습득된 진동에 관한 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(80), 스핀들의 횡방향/축방향에 하중을 주기위한 하중인가장치(100)로 구성된다.
본 발명에 따른 고속 에어스핀들용 동특성 분석 장치는 회전체, 특히 100,000 rpm 으로 회전하는 반도체 웨이퍼 절단용 고속 에어스핀들의 진동과 스핀들 주축의 변위를 검출한다. 이를 위해서 본 발명에 따른 진동 분석 장치는 분석 대상물과 분석대상물의 진동을 측정하는 진동감지부와 스핀들 주축의 변위를 측정하기위한 변위 측정부, 진동감지부의 신호를 변화하여 작업자에게 나타내어주는 신호처리부로 이루어진다.
분석 대상물은 통상의 고속 에어스핀들과 에어스핀들의 회전속도를 조절하는 속도조절수단(또는 모터 구동부(10))과 에어스핀들에 에어를 공급하는 에어공급부(40)와, 에어스핀들 운전 조건에 요구되는 에어의 습도를 조절하는 습도조절부(50)으로 이루어진다.
분석 장치에 사용되는 에어스핀들은 노즐이 구비된 에어 베이링으로 지지되는 샤프트, 샤프트를 회전시키는 4극의 BLDC 모터와 샤프트를 감싸는 하우징으로 이루어진다. 이때, 샤프트와 하우징의 내주면 사이로는 압축에서 및 습도 유지를 위한 수증기가 공급되고, 그 결과 샤프트와 하우징의 내주면 사이에는 에어포켓이 형성된다. 압축에어와 수증기는 하우징에 장착되는 통상의 노즐을 통해 공급된다.
속도조절수단은 BLDC 모터와 전기적으로 연결되는 통상의 인버터, 에어공급수단은 통상의 컴프레셔이고, 습도조절수단은 통상의 에어드라이어를 채택함이 바람직하다. 또한 에어스핀들은 진동방지 작업 테이블에 고정된 브이블록(V-Block)에 올려 진다.
진동감지부(60)는 에어스핀들의 외부에 부착되는 가속도센서를 구비한다. 이러한 가속도센서는 실시간으로 에어스핀들의 횡방향에 대한 진동 응답을 받는다. 변위측정부(170)는 스핀들의 주축 횡방향/축방향 변위 측정을 위해 스핀들의 횡방향/축방향으로 삽입되어 스핀들 주축 변위를 측정한다.
신호처리부(70)는 진동감지부와 전기적으로 연결된다. 신호처리부(70)는 진동감지부(60)의 가속도센서에서 얻어진 전기신호의 잡음을 제거하여 증폭한 후, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 이렇게 변환된 디지털 신호는 프로그램에 의해서 그래픽 처리되어 디스플레이부(80)를 통해 작업자에게 전달된다.
스핀들의 횡방향/축방향 하중인가장치(100)는 스핀들 끝단에 직접적으로 하중을 가하게 되고 가해지는 하중은 로드셀을 통하여 측정되고 측정된 하중 값은 로드셀 인디케이터를 통하여 표시된다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치 정면도.
도 3은 발명의 일실시예에 따른 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치의 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 모터구동부 20 : BLDC 모터
30 : 하우징 40 : 에어공급부
50 : 습도조절부 60 : 진동감지부
70 : 신호처리부 80 : 디스플레이부
100 : 하중인가장치 110 : 가이드레일
120 : 런너블록 125 : 블록 위치제어부
130 : 플런져 140 : 로드셀
150 : 인디케이터 161 : 제1연결봉
163 : 제2연결봉 P-line : 하중인가선
C-line : 샤프트의 중심선
170 : 변위측정부 172 : 제2 인디케이터

Claims (5)

  1. 노즐이 구비된 에어베어링으로 지지되는 샤프트와, 모터구동부(10)에 의해 제어되면서 상기 샤프트를 회전시키는 BLDC 모터(20)와, 상기 샤프트를 감싸는 하우징(30)과, 고압의 공기를 상기 노즐에 공급하는 에어공급부(40)와, 노즐에 공급되는 공기의 습도를 조절하는 습도조절부(50)를 포함하여 구성되는 초고속 에어베어링 스핀들을 위한 특성 분석 장치에 있어서,
    상기 스핀들의 하우징(30)에 구비되어 상기 스핀들의 샤프트 대비 반경방향 진동을 측정하는 진동감지부(60)와;
    상기 진동감지부(60)에서 생성된 전기신호의 잡음을 제거하여 증폭한 후 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 신호처리부(70)와;
    상기 신호처리부(70)로부터 습득된 진동에 관한 데이터를 디스플레이하는 디스플레이부(80)와;
    상기 샤프트의 일단(E)에 횡방향 및 축방향으로 하중을 가할 수 있는 하중인가장치(100)와;
    상기 샤프트의 횡방향 및 축방향 변위 중에서 선택된 하나 또는 두방향 모두의 변위를 측정하는 변위측정부(170);를 포함하여 구성되어,
    상기 하중인가장치(100)로써 샤프트의 일단에 걸리는 하중을 변화시킬 수 있게 하고, 상기 모터구동부(10)로 샤프트의 회전속도를 변화시킬 수 있게 하고, 에어공급부(40)에 의해 공급되는 공기압력을 변화시킬 수 있게 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하중인가장치(100)는
    가이드레일(110)과,
    상기 가이드레일(110)에 가이드 되며, 블록 위치제어부(125)에 의해 마이크론 단위로 위치가 제어되는 런너블록(120)과,
    상기 스핀들의 샤프트 끝단(E)에 접촉하여 런너블록(120)으로부터 전달된 하중을 접 샤프트 끝단에 가하는 플런져(130)와,
    상기 런너블록(120)과 플런져(130) 간에 구비되어 플런져(130)에 가해진 힘의 하중의 크기를 측정하는 로드셀(140)과,
    상기 로드셀(140)로부터 하중신호를 수신하여 나타내는 인디케이터(150)로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플런져(130)의 샤프트 끝단(E) 방향의 형상은 구형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 변위측정부(170)는,
    상기 샤프트의 횡방향 및 축방향 변위 중에서 선택된 하나 또는 두방향 모두의 변위를 마이크론단위로 측정하고 상기 스핀들의 하우징(30) 내부에 구비되는 갭센서와,
    상기 갭센서에 의해 측정된 변위 크기를 나타내는 제2 인디케이터(172)로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 로드셀(140)의 일면은 제1연결봉(161)을 통해 상기 런너블록(120)의 일측과 연결되고, 상기 로드셀(140)의 타면은 제2연결봉(163)을 통해 상기 플런져(130)와 연결되고,
    상기 제1연결봉(161)과 제2연결봉(163)이 이루는 하중인가장치(100)의 하중인가선(P-line)은 상기 샤프트의 중심선(C-line)과 테이블로부터 같은 높이이지만 소정각도로 틀어져 있거나, 테이블로부터 같은 높이이며 평행하지만 소정의 횡방향 편차를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치.
KR1020090014876A 2009-02-23 2009-02-23 반도체 웨이퍼 다이싱용 에어스핀들의 가공하중에 따른 특성분석 장치 KR101039916B1 (ko)

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