研削机碎片故障分析及解决方案

      研削机是对WAFER背面进行研削使之减薄的一种设备 。碎片是常见的故障现象 ,本文通过可能造成碎片的各个部分进行分析,重点介绍Z轴与main table造成碎片的因素及其改善,有效的降低故障发生,提高设备利用率并为将来发生类似的故障时能提供有效的帮助。 

     一、故障现象:

在作业时,25枚(1盒)制品,碎片5枚,12枚崩边。

    


      二、故障分析

     1、碎片产生的原因:

        wafer在经过各个部分时,由于各种原因造成wafer上局部单位面积上受力超wafer应力极限时,出现wafer崩裂及破碎。

     2、背面研削机的组成部分:

     3、碎片有关的各个部分:

  (1)控制部:

            如果信号有误,会使各个部分动作不能正确完成或异常动作,使wafer上局部受力增加,造成碎片,这样碎片比较明显,很容易发现。

  (2)LOAD、UNLOAD部:

         如果这两个部分气缸动作不良,使wafer局部受力增加,也会出现碎片的可能,但碎片比较明显,容易发现。

  (3)Z轴部及main table部:

            Z轴与maintable 是研削的主要组成部分,Z轴动作原理及磨削时wafer受力情况如下:

   ①当旋转马达带动z轴磨削wafer动态时:M1=M2+JdW/dt


当z轴处于稳定的磨削下,理想的情况时:

JdW/dt=0

v则: M1=M2

根据:

v(Ⅰ) M1=M2
v(Ⅱ)M2=F*R
v(Ⅲ)U=4.44f*w*k*Ф
v(Ⅳ)M1=Cm*Ф*I*COSФ
v(Ⅴ)w=2*π*n/60

由(Ⅰ)---(Ⅴ)公式可得到:

vF *R= 30*U*I* Cm*COSФ/[4.44*f*π*n]

其中:M1---(电机转矩),M2--- (负载转矩)F---(磨轮所受合

力),R---(Z轴磨轮半径)U---(电机端电压),f---(变频器频

率),w---(电机角速度)k---(感应系数),Ф---(气限磁

通),Cm---(气限磁通常数),I---(电流),n---(电机转速)

由上公式可知:当电机电压(12V/PHASE)电流(1.8A/PHASE)一

定,变频器在一定的频率下(注解:变频器提供了三个不同频率挡

,4850rpm、 3650rpm、1500rpm,每个挡还可以调节转速下大

小)磨轮所受合力与转速成反比,由于作用在wafer上的力很难观

察到,所以通过转速显示器显示转速n的变化来观察磨轮所受合力

的变化。

②Z轴作用下wafer受力分析:

在动态稳定的磨轮上选定某一点及与其接触的wafer上点进行受力

分析:F=-F’

F’=F2  +  f

其中:(F--动态稳定时磨轮某点所受合力,F’—某点wafer所受合力

,F2—磨轮压力  ,f--滑动摩擦力 )

把F2分解在与WAFER垂直方向、磨轮运动切线方向上及运动切线

垂直方向上时:a) N=F2sinφ

 b)T=F2cosa+f=F2cosa+N*u

 c)S=F2cosφ


C)z轴上磨轮与水平面上wafer 间的各夹角а、φ

D)磨轮的摩擦系数u

④main table 碎片有关的因素:

A)main table平坦度

B)main table的转速:


其中:N--正压力,

φ—磨轮与WAFER水平面间的夹角

a---磨轮与磨轮运动切线方向的夹角

当F’↑,F2↑,N↑,T↑,S↑,某点的T、S增大到超过它的极限

应力时,当某点在wafer的边缘部分时,会造成崩边,当在中间,

就会碎片。

③Z轴部据上分析受力增大的因素有:

A)根F’有关的切削用量

B)Z轴旋转马达及变频器

   

三、各部分碎片因素检查方法及改善:

1)控制部、LOAD部及UNLOAD部:

       研磨几枚假片,观察各个部分动作是否异常,如无异常,说明

控制部、load、unload部未造成碎片。

(2)Z轴部及main table部:

       ①我公司研削1#作制品只用一个程序,所作制品DCM8,DC18,

DCY8,DFM8,DC28,DCN8,DCT8, DCP8,DCV8等产品,以上制品

Z轴第一磨轮研削量从830um到550um,设备一直在做这种制品,切

削用量不是造成这次碎片故障的因素。

      ②让Z轴第一磨轮空转,观察转速显示器的转速为2405转/分,

说明旋转马达在电压(12V/PHASE)电流(1.8A/PHASE),变频器f   





(设定转速为2400转/分)一定时,设定转速(2400转/分)与实际

转速(2405转/分)相差很小,说明旋转马达及变频器处于正常状

态。 

③Main table平坦度:

       用磨轮(RS-01-2-SG-M1)将工作台进行打磨,用千分表测定

使main table平坦度在规格之内(面内3um, 面间5um),排除这一

因素对wafer受力的影响。

④z轴上磨轮与水平面上wafer 间的各夹角

а、φ:

    调整z轴的空间位置,用磨刀板(MODV 015060)磨磨轮,使z轴

上磨轮与水平面上wafer 间的各夹角а、φ在规格范围之内。研磨

10枚假片,观察在研磨同一枚假片的全过程时,转速显示器显示转

速在一区间内上下浮动,粗略可判断各夹角在合理的范围内。抽样

3枚假片测量其厚度,进行监测各夹角是否在规格范围之内,3枚假片

厚度结果如下图:

    


                         

规格:同一枚wafer上任意两点厚度差在3um之内,通过上图,

知,磨轮各夹角在要求之内,排除了各夹角因素。

⑤磨轮摩擦系数u:

由于磨轮的摩擦系数u与磨轮材料(强度、硬度、密度)、滑动平

面及滑动速度等有关,更换不同的磨轮,研磨24枚假片如下图所

示:



从上图可以看出:磨轮2,z轴的转速趋势一直在下降,而磨轮

1,z轴的转速在一个固定值上下浮动。这说明磨轮2作用在wafer上

的合力F’一直在增大,而磨轮1作用在wafer上的合力F’在一个固定

值上下浮动。这次故障时所用磨轮为磨轮2,下面是磨轮1与磨轮2

出厂检验票据。

磨轮1出厂检验票据:

检查项目

规          格

检查结果

blade

4.00(+0.20,

3.96mm

thickness

-0.70mm)

 

blade

4.000(+0.500,

4.370mm

height

-0.500mm)

 

wheel

21.500(+0.500,

21.882mm

height

-0.500mm)

 

wheel base

17.500(+0.200,

 

 height

-0.200)

17.512mm

ratio of

95.0--105.0%

99.4 %

density

 

 

flexure

 

strength

78.4N以上

107.8N

dynamic

 

 

balance

0.125g以上

0.03g

parallelism

max-min=below

0.010mm

of wheel

0.02

21.891mm,21.889mm,21.882mm

 

6点测定值

21.884mm,21.892mm,21.890mm

磨轮2出厂检验票据:

检查项目

规          格

检查结果

blade

4.00(+o.20,

3.93mm

thickness

-0.70mm)

 

blade

4.000(+0.500,

4.370mm

height

-0.500mm)

 

wheel

21.500(+0.500,

21.872mm

height

-0.500mm)

 

wheel base

17.500(+0.200,

 

 height

-0.200)

17.511mm

ratio of

95.0--105.0%

95.60%

density

 

 

flexure

 

strength

78.4N以上

109.8N

dynamic

 

 

balance

0.125g以上

0.03g

parallelism

max-min=below

0.010mm

of wheel

0.02

21.890mm,21.890mm,21.883mm

 

6点测定值

21.889mm,21.885mm,21.890mm

从两图看磨轮1与磨轮2的密度比分别是99.4%、95.60%,其它

的检查项目磨轮2比磨轮1更符合规格值,经厂家检查磨轮2密度比

小,是这次故障发生的根本原因。

⑥ main table转速:

       假如磨轮正常,只能通过降低main table 转速来控制wafer受

力通常main table在110mm/min以上,能达到工艺要求,但会造

成作业效率低。

总结:


通过这次故障的分析与检查,得到如下结论:

    (1)磨轮是引起这次故障的根本原因,但发生故障时的磨

轮检验各项性能指标符合其规格值,这就说明新设备时其它

影响碎片的因素小,随着设备老化,这些因素增强,而磨轮

符合原有的规格已不能满足设备正常工作的需要,可以建议

厂家根据现在设备状态制定磨轮出厂规格要求,提供更适合

本台设备的磨轮。

   (2)除此之外,可以通过降低其它碎片因素来保障设备处

于正常,来达到作业的要求。例如main table 转速等。

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