TW440484B - Method and apparatus for ultrasonic vibration cutting - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 發明所屬技術領域 本發明係有關於超音波振動切割方法及其裝置。 習知技術 在半導體裝置之製造，在將裝入了 1C等之半導體晶圓 切割成多個稱為晶元之骰子狀之半導體晶元之情況，嘗試 利用超音波振動切割。 發明所欲解決之課題 . ^ 可疋’利用超音波振動將半導體晶圓切割成骰子狀之 半導體晶元尚未成功係現況。又，金、銀、鋁、焊料、銅 等f有黏性之柔軟的、陶磁、矽、鐵酸鹽磁體等硬脆的、 由二成樹知和金屬構成之積層構造的、由無機質和金屬以 ^ =脂構成之積層構造的等也尚無利用超音波振動切 告1J之成功例。 因 之各種 用以解 在 割對象 降，超 可切削 振動轉 超音波 在 為了固 此，本發明 切割對象零 決課題之手 如申請專利 零件裝載固 音波振動轉 之位置後， 動機構為了 振動，切割 如申請專利 定切對對象 心提供 件之超 段 範圍第 定於裝 動機構 超音波 切割而 切削對 範圍第 零件而 可適當的切割具有如上述之物相 音波振動切斷方法及其裝置。 1 載項Π其特徵在於：將切 之切割：：波振動轉動機構1 。 達對於切割f # 直線移動下降’超“ 象零件。 令切割刀轉動石 2項之發明， 裝在装置本體其之特上在於包括： 之凌載台、裝在崔 440484 五、發明說明（2) 置本體之在前後左右上下 ~~~ 之3軸驅驅動機構以及 皮^此正交之3方向可直線移動 在3韩驅驅動機構之3方向了刀^固定於切割對象零件而裝 在如申請專利範圍第^ σ卩之超音波振動轉動機構。 冷卻超音波振動轉動機構切之、，明’其特徵在於··具備 置。 之刀告彳刃和切割對象零件之裝 在如申請專利範圍第4項之發明， 波振動轉動機構包括tn# 、 ； ·超音 固定外殼、在固定外殼之内部裝成可轉動之轉=部之 疯於轉動内殼之内部之振動器、和振動嚣結合並配；成收 轉動内殼同軸狀之圓形之共振器、自共振器之固定= 轉動内殼之-端向外側突出之設於最小振動振幅點之：$ 刃以及裝在固定外殼之另一端部並用以轉動轉動内° 動源。 〈驅 發明之實施例 參照圖卜圖7說明本發明之實施例1之構造。 首先參照圖1說明超音波振動切割裝置。1係裝置本 锻’在下部具有移動用之車輪2和固定用之腳部3。而，在 移動超音波振動切割裝置之情況，腳部3退避至比車輪2接 近裝置本體1側，在車輪2接觸設置面G之狀態，藉著推或 抵裝置本體1，車輪2轉動，裝置本體1可移動。又，在設 置超音波振動切割裝置之情況’如圖所示’藉著腳部3比 車輪2更向設置面G側突出而接觸設置面G ’車輪2比設置面 G浮起，可將裝置本體1固定於設置面G。利用螺栓•螵帽

44〇4q4 五、發明說明（3) 形成腳部3，在將裝置本體1固定於設置面G時，可進行裝 置本體1之水平調整。 4係為了裝載固定切削對象零件而設於裝置本體1之上 部之裝載台，具有調整仰角0和轉動角Θ之功能。仰角0 之調整係如旋轉台般利用致動調整在裝載台4之最上面之 平面内之方向。為了將切削對象零件固定於裝載台4，可 使用松脂、UV樹脂、雙面膠帶等具有冷媒:持久性和熱可塑 性之黏接劑或抽氣吸附等之其中之一。冷媒持久性係冷媒 接觸黏結劑時黏接劑對於裝載台4和切削對象零件之黏接 也不解離之特性。冷媒之熱可塑性係，在切削對象零件係 半導體裴置之晶圓之情況，黏接劑係高溫，受到在半導體 裝置之製程進行之老化測試時加熱之程度之溫度時，黏接 =對於裳載台4和切削對象零件之黏接也解離之特性q在 抽氣吸附之情況，在裝載台4之最上面鑽抽氣孔， $ ,連接抽氣孔和與裝載台4分開設置動 氣路徑之閥進行開二= 孔礼在裝載台4之最上面固定切釗 ^ ^ ^^ = ^ ^ ^'1 載台4之最上面設置包圍切削對' a孔也可。在裝 止切割後之單體飛散也可對象零件之環形之外框，防 5係在前後左右上下之彼此正 3軸驅驅動機構，具備在裝載之f向可直線移動之 裝置本β t t 兩側隔離配置並向裴在 在置本體1之往别後方向之導引部6、7、 亚橫架於導引部6、7之可動邻之 比裝載口 4上方 動°卩之在左右方向之導轨8、在

五、發明說明⑷ '----—--—_ 導軌8組裝成在左右方向可驅動之可 之往上下方向之升降頭10以及裝在升降頭丨、:=9 而，導執δ利用圖外之如步進$ Λ持器11 動的在請之紙面之左= '致動器沿著導軌8不轉 ,η 氏面之左右方向之X方向直線銘韌，4 圖Λ之步進馬達或氣麼虹之其中-種致動器相對於 :動頭9不轉動的直線升降，炎持川如畫由 、 招ί歸各自之4條直線構成之四角形之軌跡般移 :切肖振動轉動機構，4了切割固定於裝載台4 置於係3軸驅驅動機搆5之3方向輸出 捉後，自冷媒回流路1 7流回槽1 4。藉著回到槽丨4之冷媒通 過設於槽1 4之内部之過濾器’過濾器自冷媒分離切屑。除 去了切屑之冷媒被泵抽’藉著泵加壓供給噴嘴部〗5側，循 %使用冷媒。又，冷媒供給路1 8具備槽1 4側之硬管1 9、噴 嘴部1 5側之硬管2 0以及和雙方之硬管1 9、2 0連接之彈性管 13係對於超音波振動轉 零件之冷卻系統，具備槽i 4 轉動機構12之其中之一之喷 圍之冷媒接受器16、在冷媒 回流路1 7以及在槽1 4和喷嘴 而’在水或其他液體之其中 著驅動設於槽14之圖外之泵 媒後，自噴嘴部1 5向超音波 削對象零件噴射而冷卻。冷 動機構1 2之切割刀和切削對象 、裝在夾持器1丨或超音波振動 嘴部15、配置於裝载台4之周 接受器1 6和槽1 4所配管之冷媒 部15所配管之冷媒供給路18。 一種冷媒裝入槽14之狀態，藉 ’自冷媒供給路1 8加壓供給冷 振動轉動機構1 2之切割刃和切 卻後之冷媒被冷媒接受器丨6捕

440484 五、發明說明（5) * --- H至超音波振動轉動機構12切割裝載台4上之切削對 ^91急1在夾持器1 1沿著四角形之執跡移動之過程，彈 ί追蹤夾持器11之移動執跡邊伸縮，自槽14適當的 供給噴嘴部1 5冷媒。 99係如CCD照相機之照相裝置’向控制部j 〇〇輸出拍攝 疋於裴載台4之切削對象零件後變換為電氣信號之信 =。控制部100將自CCD照相機99所輸入足影像信號和在控 巧部=0預設之基準影像資料比較後計算影像信號和基準 =像寅料之位置偏差，依據該計算結果驅動裝載台4之轉 角Θ調整功能。因而，在切割作業時固定於裝載台4之 切削對象零件正確的朝向超音波振動轉動機構丨2。此外， 在圖1 K係保護蓋。 動 22 於 振 狀 25 側 部 動 數 參照圖2和圖3說明超音波振動轉動機構丨2。超音波振 轉動機構12大致上包括用螺栓裝在夾持器丨丨之固定外^ 、在固定外殼22之内部裝成可轉動之轉動内殼23、收藏 轉動内殼23之内部之振動器24、用如無頭螺絲之螺絲和 動器24結合成同軸狀並在轉動内殼23之内部收藏成同轴 之助力器（Booster)25、用如無頭螺絲之螺絲和助力器 結合成同軸狀並自固定外殼22與轉動内殼23之一端向外 突出之圓形之喇队2 6、設於喇《八2 6之振動傳達方向變換 之切割刃27以及裝在固定外殼22之另一端部並係用以轉 轉動内殼23之驅動源之馬達28。切割刃27之厚度t係約 R m〜2 0 0 # m。助力器2 5和喇叭2 6構成共振器。 固定外殼2 2具有在前後貫穿之收藏室29。在插人收藏

第8頁 44 04 84 五、發明說明（6) 室2 9之前半部之轉動内殼2 3和固定外殼2 2之間配置後侧軸 承30和前側軸承31。後側軸承30之外環用向固定外殼22之 收藏室29突出之段差部32擋住，後側軸承30之内環用向轉 動内殼2 3之外周面突出之段差部3 3擋住，在後側軸承3 〇和 前側軸承31之間配置筒狀之軸承片34。軸承片34之兩端分 別和後側軸承30之外環及前側轴承3 1之外環接觸。前側軸 承3 1之外環利用和固定外殼22之前端部内側螺合安裝之環 形之外側軸承蓋35壓住。前側軸承3 1之内環利用和轉動内 殼2 3之前端部外側螺合安裝之環形之内側軸承蓋3 6壓住。 而’外側軸承蓋3 5以比冷媒之表面張力小之間隙包覆内側 軸承蓋36和轉動内殼23之前端，防止冷媒自該間隙進入前 側軸承3 1側。外側軸承蓋3 5具有用以在前面嵌入緊固工具 之圖外之凹部’藉著將緊固工具嵌入該凹部進行緊固操 作’外側軸承蓋35和固定外殼22之結合變成適當。 固定外殼22在周壁具有作業用孔37。作業用孔37比夾 持器11更接近喇认26侧。彈簧片34具有和作業用孔37對應 之逃避孔38。轉動内殼23具有在前後貫穿之收容室39和周 壁之貫穿孔40。貫穿孔40和作業用孔37對應。助力器25在 外周面具有和作業用孔37對應之凹部41。而，將振動器24 和助力器25裝在轉動内殼23之内部時先把貫穿孔和凹部 41之位置對準，在將彈簧片34裝在固定外殼22之内部時先 把作業用孔37和逃避孔38之位置對準。然後，在更換剩叭 2 6或切割刃27之情況，作業者用手轉動喇〇八2 6並確認作業 用孔37和貫穿孔40對準後，藉著將圖外之棒自作業用孔37

第9頁 44 04 8 4 五、發明說明（7) 經由逃避孔38和貫穿孔4〇插入凹部41，可阻止轉動内殼23 及助力器2 5轉動’喇叭2 6或切割刃2 7之更換變得容易。 在轉動内殼23之收容室39配置振動器24和助力器25。 在振動器24和助力器25結合之狀態，藉將振動器24和助力 器25自轉動内殼23之前側插入收容室39，將振動器24配置 成和收容室39非接觸’助力器25之前側支撐部42之外周面 和後側支撐部43之外周面邊和收容室39乏内周面接觸邊插 入，用向收容室39突出之段差部44擋住後側支撐部43。藉 著前側支撐部42之外周面和後側支撐部43之外周面與收容 室39之内周面接觸’在收容室39將振動器24和助力器25配 置成無鬆動。前側支撐部42利用和轉動内殼23之前端部内 侧螺接安裝之環形之緊固工具45壓住。因而，振動器24和 助力器25在轉動内殼23在前後方向無鬆動的裝成同軸狀 f固工具45在内側緣部具有由橡膠或合成樹脂構成之環形 岔封件46。密封件46和助力器25之外周面接觸’可對於緊 固工具45和助力器25之間之間隙防水。緊固工具45以比冷 媒之表面張力小之間隙包覆外側轴承蓋3 5，防止冷媒自該 間隙進入轉動内殼23側。緊固工具45具有用以在前面嵌入 緊固工具之圖外之凹部，藉著將緊固工具嵌入該凹部進行 緊固操作，緊固工具45和轉動内殼23之結合變成適當。 言對振動器24之電氣系統如下所示。振動器24外嵌裝具 =‘電性之包覆體47，振動器24之負極電極和包覆體47連 j包覆體47之後端中央將正極振動器端子48電氣絕緣 、*疋，正極振動器端子48和振動器24之正極端子連接。

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五、發明說明（8) 在轉動内殼23之後端用螺絲固定電氣絕緣材料製之旋轉 接部4 9 °旋轉連接部4 9包括埋設於内部之正極旋轉端子 50、裝在周面之稱為滑環之負極、正極環形旋轉端子5 ^、 52、自前面突出之負極旋轉端子53以及如將負極、正極瑗 形旋轉端子51、52相隔開般自周面突出之利用電氣絕緣 料構成之環形之間隔壁54。正極旋轉端子5(}和正極環形 轉端子52利用埋設於旋轉連接部49之圖外之導體連接’ 極旋轉端子53和包覆體47之外周面接觸。在和旋轉連接 49對應之位置，固定外殼22具有利用電氣絕緣材料構成之 多個固定連接部55。各固定連接部55個別的包括稱為電 之負極、正極滑接端子56、57、將負極、正極滑接端子 56、57向旋轉連接部49側偏壓之利用導電性材料構成之負 極、正極彈性構件58、59、負極、正極配線端子'Η、、 電氣絕緣材料製蓋62、63以及位於負極、正極滑接端子 56、57之間之環形之槽64。負極滑接端子％被負極彈性構 件58 t而和負極環形旋轉端子51接觸，正極滑接端子57被 正極彈性構件5 9推而和正極環形旋轉端子5 2接觸。 ，而，藉著正極配線端子61利用圖外之配線和超音波 產生器之正極輸出端子配線，利用正極配線端子Μ、正極 ^構件59、正極滑接端子57、正極旋轉端子50、正極振 ::=:48形成對於振動器24之正極路徑。藉著負極配線 :子6利用圖外之配線和超音波產生器之負極輸出端子配 π負極配線端子60、負極彈性搆件58、負極滑接端 子56、負極旋轉端子51、包覆體47形成對於振動器μ之負

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五、發明說明（9) 極路徑。在形成了正極路徑和負極路徑之狀態，振動器2 產生既定頻率之縱波之超音波振動後輸出。又，間隔 防止因負極、正極環形旋轉端子5 j、5 2和負極、正極:4 端子56、57之滑接而產生之粉末將負極、正極環形旋轉妾 子51、52相互短路之粉塵短路。又，槽μ防止因負極 極環形旋轉端子5丨、52和負極、正極滑接端子56、5?之= 接而產生之粉末將負極、正極滑接端子5δ、57相互短路= 粉塵短路。又，藉著間隔壁54和槽64之嵌合，該粉塵短 之防止性能變成最佳。 轉動内殼23和馬達28之連結構造如下所示。在旋轉連 接部49之後部用螺栓鎖緊電氣絕緣材料製之軸構件“。在 軸構件65將前側聯軸器66裝成一起轉動。馬達“用螺栓鎖 在裝在固定外殼22之後部之後部外殼68。在馬⑽之輸出 端將後側聯軸器69裝成一起轉動。前側聯軸器66和後側聯 軸器69具有利用在前後方向之相互嵌合一起轉動之凹凸。 而，在前側、後側聯軸器66、69嵌合之狀態，驅動馬達28 轉動時’該轉動動力自馬達28之輸出端經由前側、後側聯 軸器66、69、軸構件65、旋轉連接部仞傳動至轉動内殼 23 ’轉動内殼23轉動。 在後部外殼68用螺絲固定箱形之蓋？〇。蓋7〇自後部外 接觸的包覆固定連接部55 ’同時非接觸的包覆固定 :卜二2 ,中間部。蓋7〇之前部用螺絲固定於立設於固定外 殼22之外側之圖外之支枉。 總之’如圖2所示，超音波振動轉動機構。之構造簡

第12頁 04 8 4 五、發明說明（ίο) 單’在轉動内殼23之内部將助力器25和振動器24裝入成同 軸狀，具有和助力器2 5結合成同軸狀之切割π 2 7之喇队2 6 配置於轉動内殼2 3和固定外殼2 2之前外側，裝在固定外殼 22之後部之馬達28和轉動内殼23連結成同軸狀。 參照圖4，說明由助力器2 5和喇叭2 6構成之共振器。 助力器25由鈦、鋁、淬火之鐵等其中一種音響特性佳之材 料構成，利用具有和自振動器24傳達之超音波振動共振之 —個波長之長度之形態，良好的進行轉動内殼23和振動器 2 4變成同軸之對芯和防止切削加工時之彎曲。在助力器2 5 之兩端部存在和來自振動器24之超音波振動共振之振動波 形W1之最大振動振幅點f 1、f 5，在助力器2 5之前側支撑部 42和後側支撐部43存在最小振動振幅點f 2、。振動波形 表示共振所引起之超音波振動之瞬間之位移（振動振 幅）。 前側支撐部42具有自振動波形W1之最小振動振幅點f4 向徑向外側突出之環形之根部42a '自根部42a之周緣向 喇队26側延伸之筒形之薄部42b以及自薄部42b之前端向徑 向外側突出之環形之厚部42C ^後側支撐部43具有自最小 振動振幅點f2向徑向外側突出之環形之根部43a、自根部 43a之周緣向振動器24側延伸之筒形之薄部43b以及自薄 部4 3 b之前端向徑向外側突出之環形之厚部4 3 ^。藉著厚部 42c、43c之外周面整體上和轉動内殼2 3之收容室39之内周 面接觸，對於助力器25之轉動内殼23在前後方向之支撐間 隔（S p a η)邊長’更良好的防止切削加工時彎曲^形成為根

第13頁 〇4 8 4 五、發明說明（11) 部42a、43a > 薄部42b、43b、厚部42c、43c > 薄部42b、 43b ° 喇叭26由鈦、鋁、淬火之鐵等其中—種音響特性佳之 材料構成，具有和自振動器24傳達之超音波振動共振之 1 / 2個波長之長度。在喇叭2 6之兩端部存在振動波形^ 1之 最大振動振幅點ί 5、f 7。在喇叭2 6之振動波形w 1之最小振 動振幅點f 6存在上述之振動傳達方向變換部7 1和切割刃 2 7。振動傳達方向變換部71除外之喇叭2 6和助力器2 5在箭 號XI所示轴向振動。 振動傳達方向變換部71具有比η刺u八2 6大之直徑和以最 小振動振幅點f 6為中心向兩端側等分之寬度，呈現和喇叭 26同轴狀之圓形，將振動之傳達方向自輪向變換為徑向。 表示該傳達方向變換為徑向之超音波振動之瞬間之位移 (振動振幅）之在振動波形W2之最大振動振幅點f 8、f 9位於 振動傳達方向變換部71之周邊部。切割刃2 7位於最小振動 振幅點f 6，具有比振動傳達方向變換部7丨大之直徑，切割 刃27之刀尖在箭號γι所示徑向振動。該刀尖在徑向之振動 由刃尖自振動傳達方向變換部7丨之突出量決定。即，切割 刃27之直徑超過振動傳達方向變換部71之直徑太多時，因 刃尖也發生在箭號XI所示方向之振動，依據振動傳達方向 變換部7 1之直徑將切割刀2 7之直徑決定成刀尖只在箭號γ 1 所示方向振動之範圍内。 又，在助力器25之避開前側、後側支撐部42、43之外 周面及喇队2 6之避開振動傳達方向變換部7 1之外周面各自

第14頁 440484 五、發明說明（12) 個別的具有在助力器2 5和振動器2 4結合或鬆開、助力器2 5 和神彳2 6結合或鬆開時插入工具之工具用凹部7 2、7 3、 74 ' 75 0 參_照圖5說明固定外殼2 2和盍7 0之周遭s蓋7 q且有底 面前部之開口部8 0和底面後部之端子基板8 1 ^端子基板8 1 在合成樹月曰製基部具有振動器用正極端子82、振動器用負 極端子83、馬達用正極端子84、以及馬達用負極端子85。 而，蓋70在裝在固定外殼22 之内部空間配線之圖外之各 子82和固定連接部55之正極 子83和固定連接部55之負極 84和馬達28之正極端子、馬 極端子。又，在振動器用正 83經由各自之電線自蓋7〇之 正極輸出端子、負極輪出端 馬達用負極端子85經由各自 馬達驅動電路之正極輪出端 各端子和電線之配線作業終 螺絲固定於固定外殼22，將 ，開放之開口部80進行該配 藉著用蓋86將開口部8〇封 向固定外殼2 2之側面突出之 在，係為了避免和固定連 固定於固定外殼22之構件。 之狀經由利用被蓋7 〇包覆 自之電線連接振動器用正極端 配線端子61、振動器用負極端 配線端子60、馬達用正極端子 達用負極端子85和馬達28之負 極端子82、振動器用負極端子 外部和圖外之超音波產生器之 子連接。馬達用正極端子84、 之電線自蓋7 0之外部和圖外之 子、負極輸出端子連接。在該 了後’蓋86經由多支支柱87用 開口部80封閉。因而，藉著利 線，配線作業變得容易。又， ’可防止觸電等事故。此外， 多支支柱88在反側面也一樣存 部5 5干涉而用以用螺絲將蓋7 〇

44〇4q4_ 五、發明說明（16) 四角形之軌跡，超音波振動轉動機構之切割刃可切割切割 對象零件。 若依據如申請專利範圍第3項之發明，藉著冷卻裝置 冷卻超音波振動轉動機構之切割刀和切割對象零件，可保 護切割對象零件，免於受到切割所產生之熱所引起之損 害0 若依據如申請專利範圍第4項之發明，藉著在轉動内 殼之内部收藏振動器，在自共振器之固定外殼與轉動内殼 之一端向外側突出之設於最小振動振幅點具有切割刃，轉 動裝在固定外殼之另一端之驅動源轉動轉動内殼，超音波 振動轉動機構之構造可簡化。 圖式簡單說明 圖1係表示本發明之實施例1之超音波振動切割裝置之 正視圖。 圖2係實施例1之超音波振動轉動驅動機構之圖1之A-A 線剖面圖。 圖3係相當於實施例1之超音波振動轉動驅動機構之圖 2之B-B線剖面之剖面圖。 圖4係表示實施例1之共振器和振動波形之關係之模式 圖。 圖5係實施例1之固定外殼和後部外殼分解立體圖。 圖6係表示實施例1之冷媒周圍之剖面圖。 圖7係實施例1之噴嘴部之立體圖。 圖8係本發明之實施例2之側視圖。

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Claims (1)

1. 44 °4&4 申凊專利範圍 1'種超音波振動切割方法，將切匈對象裳杜梦并 GUT超音波振動轉動機構= : 之：割刀到達對於切割對象零件可切削之 轉 3 =機構停…，超音波振動轉動機構為了 切削對ίί:而且令切割刀轉動及超音波振動，切割 2_ —種超音波振動切割裝置，其中苞括： 裝載台，為了固；t切割對象零件而裝在裝 3軸驅驅動機構，裝在裝置本體之在前後左右上下 彼此正交之3方向可直線移動；以及 之 超音波振動轉動機構’為了切割固定於切 而裝在3軸驅驅動機構之3方向輸出部。 象零件 3·如申請專利範圍第2項之超音波振動切割裝置龙 冷卻超音波振動轉動機構之切割刃和切割對象零件 4.如申請專利範圍第2項之超音波振動切割 中超音波振動轉動機構包括： 具 固定外殼’裝在3軸驅驅動機構之3方向輸出部； 轉動内殼，在固定外殼之内部裝成可轉動； 振動器，收藏於轉動内殼之内部； 。，共振器#振動器結合並配置成和轉動内殼同軸狀之 设之一端向外 切割刀，自共振器之固定外殼與轉動内 側突出之設於最小振動振幅點；以及

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