一种晶片切割装置、划膜测高方法及切割方法

技术领域

本发明涉及光电子器件制造技术领域，具体涉及一种晶片切割装置、划膜测高方法及切割方法，特别是涉及一种砷化镓晶片切割装置。

背景技术

砷化镓是一种重要的半导体材料，砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点，可用于生产二极管、场效应晶体管(FET)和集成电路(IC)等，广泛应用于高端军事电子、光纤通信系统、宽带卫星无线通信系统、测试仪器、汽车电子、激光、照明等领域。

目前主要通过划刀片切割的方式对砷化镓晶片进行切割：划片机以强力磨削为划切机理，空气静压电主轴为执行元件，以每分钟3万到6万的转速划切晶片的划切区域，承载着晶片的工作台(工作台顶部设置蓝膜以支撑晶片)以一定的速度沿刀片与晶片接触点的划切线方向呈直线运动，将每一个具有独立电气的芯片分裂出来。

对砷化镓晶片切割的工艺要求较高，例如切割深度公差需小于等于2微米，由于刀具的磨损，以及工作台蓝膜的厚度误差等，需要在划切过程中检测并调整划切深度，目前主要利用刀片在蓝膜上的切割痕迹来判定切割深度并调整刀片的高度。

在切割过程中通常采用非接触式测高或接触式测高，但是非接触式测高存在精度较低，受外界环境影响较大的缺陷，导致非接触式测高的测量精度仅能达到3微米，无法满足砷化镓晶片的切割要求，成品合格率较低，导致产品成本较高；接触式测高需在工作台上无工件的情况才能测量，即需要停止生产的情况下进行测量，会影响加工的效率，导致生产效率较低，生产成本较高。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明提供一种晶片切割装置、划膜测高方法及切割方法，该装置能够准确测量划切深度，降低生产成本。

第一方面，本发明提供一种晶片切割装置，包括工作台、切割主轴、刀具和高度测量机构，所述刀具连接在切割主轴的端部，所述，所述工作台上设置有薄膜，所述薄膜用于支撑待切割晶片，所述切割主轴用于带动所述刀具在工作台上对薄膜进行切割；

所述高度测量机构包括调节组件、CCD和数据处理器，所述CCD通过调节组件与切割主轴连接，所述调节组件用于带动CCD移动，调整CCD的视场，所述CCD与数据处理器连接，用于将所拍摄的切痕图片发送至数据处理器，所述数据处理器用于根据切痕图片计算所述切痕的深度，所述计算公式为：D＝r-√r

根据本发明的实施方案，所述调节组件包括主轴移动架和工作台移动架，所述工作台移动架的顶部设置有第一移动滑道，所述工作台能够在第一移动滑道上沿X方向滑动；所述主轴移动架上设置有第二移动滑道，所述切割主轴能够在第二移动滑道上沿Z方向滑动。

根据本发明的实施方案，所述工作台通过第一滑块与第一移动滑道连接，所述切割主轴通过第二滑块与第二移动滑道连接。

根据本发明的实施方案，所述切割主轴通过调节杆连接在第二滑块上，能够在调节杆的带动下沿Y方向移动，改变刀具与工作台之间的距离。

根据本发明的实施方案，所述主轴移动架位于工作台移动架的上方，且所述主轴移动架位于工作台移动架正交设置。

根据本发明的实施方案，所述主轴移动架和工作台移动架通过侧壁连接。

根据本发明的实施方案，所述CCD连接在第二滑块上或调节杆上，能够随第二滑块或调节杆移动，从而改变与薄膜的相对位置，进行视场的调整。

根据本发明的实施方案，所述高度测量机构上还设置有光源，所述光源用于为CCD拍摄提供光照条件。

根据本发明的实施方案，所述调节组件还包括控制电路，所述光源、CCD和数据处理器与控制电路连接，所述控制电路还用于控制所述X方向滑动、Y方向滑动和Z方向滑动，例如所述第一滑块、第二滑块和调节杆均通过电机驱动进行滑动，所述电机与控制电路连接，所述控制电路控制电机的装懂来控制相应的滑动动作。

根据本发明的实施方案，所述工作台包括底座，所述底座上设置有支撑组件，所述支撑组件的底部连接在底座上，顶部为环状结构，所述支撑组件为中空结构，所述底座与中空结构对应之处设置有开口，所述开口与提供真空的装置连接，用于为中空结构提供真空环境。

根据本发明的实施方案，所述工作台上还设置有卡环，所述卡环设置在支撑组件的顶部，所述薄膜固定在所述卡环顶部，例如粘接在所述卡环的顶部。根据本发明的实施方案，所述工作台上设置有磁场发生装置，所述磁场发生装置用于提供磁场，使所述卡环在磁力作用下吸附在支撑组件上。

根据本发明的实施方案，所述卡环吸附在支撑组件上后，所述卡环的承载面比支撑组件顶部低至少3mm，目的是防止卡环过高，切割时刀具撞到卡环使刀具被破坏。

根据本发明的实施方案，所述支撑组件顶部呈凹陷的碟状结构，所述凹陷部分采用导体制成，当所述刀具与凹陷部分接触时，所述刀具与凹陷部分连通构成导电回路。

根据本发明的实施方案，当所述刀具与凹陷部分连通构成导电回路时，所述控制电路控制所述刀具停止切割，记录所述Z方向的高度，同时，控制所述刀具离开薄膜，并控制CCD进行拍摄。

根据本发明的实施方案，所述薄膜选自蓝膜或UV膜，例如为蓝膜。

根据本发明的实施方案，所述底座选自具有孔隙的陶瓷工作台。根据本发明的实施方案，所述装置还包括冷却系统，所述冷却系统用于冷却切割主轴和/或刀具，冷却系统例如为两路冷却水喷淋系统，一路喷至刀具低端进切割位置处，一路在刀具两侧冷却刀盘架。

根据本发明的实施方案，所述装置还包括吸尘系统，所述吸尘系统用于吸取切割产生的粉尘，例如，所述吸尘系统采用抽雾风机对整个切割箱内进行抽雾抽尘。

第二方面，本发明提供一种划膜测高方法，包括如下步骤：

调整刀具至于薄膜边缘并接触，并在薄膜边缘切割出明显的划痕，根据划痕计算当前刀具切进薄膜的深度D；CCD采集划痕图片并发送至数据处理器，所述数据处理器用于根据切痕图片计算所述切痕的深度，所述计算公式为：D＝r-√r

根据本发明的实施方案，根据划痕计算当前刀具切进薄膜的深度D之后，还包括如下步骤：根据刀具在Z方向的高度计算刀具的磨损值X，与切割之前的测高值进行比较计算刀具下降的补偿量C，C＝D+X。

根据本发明的实施方案，步骤S2之前，还包括确定测高值。

根据本发明的实施方案，确定测高值包括如下步骤：当所述刀具的最低端与凹陷部分连通构成导电回路时，所述控制电路控制所述刀具停止切割，所述Z方向的高度即为测高值。

第三方面，本发明提供一种砷化镓晶片切割方法，包括如下步骤：

根据划膜测高方法得到的刀具下降的补偿量C，调整刀具在Z方向的高度并切割砷化镓晶片。

有益效果

本发明在切割过程中，直接在薄膜上切出切痕，通过视觉识别切痕宽度计算出切割深度，从而完成测高，提高测高精度，满足材料切割精度与可靠性要求；同时，本发明的方法不影响工件的加工，能够提高的生产效率，降低成本。

附图说明

图1为本发明中晶片切割装置的结构示意图；

图2为切割主轴与工作台配合的结构示意图。

附图标记：1-工作台，2-切割主轴，3-刀具，4-高度测量机构，5-薄膜，6-支撑组件，7-调节组件，71-主轴移动架，72-工作台移动架，73-第一移动滑道，74-第二移动滑道，8-CCD及镜头，9-调节杆9，10-卡环，11-底座。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本发明的晶片切割装置、划膜测高方法及切割方法做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本发明，而不应被解释为对本发明保护范围的限制。凡基于本发明上述内容所实现的技术均涵盖在本发明旨在保护的范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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。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。

实施例1

参见图1所示，一种晶片切割装置，包括工作台1、切割主轴2、刀具3和高度测量机构4，刀具3连接在切割主轴2的端部，工作台1上设置有薄膜5，薄膜5用于支撑待切割晶片，切割主轴2用于带动刀具3在工作台1上对薄膜5进行切割。

切割装置还包括冷却系统和吸尘系统，冷却系统用于冷却切割主轴和刀具，例如对刀刃部分吹气冷却，吸尘系统用于吸取切割产生的粉尘

高度测量机构4包括调节组件7、CCD8(包括相应的镜头)、数据处理器光源，光源用于为CCD8拍摄提供光照条件，CCD8通过调节组件7与切割主轴2连接，调节组件7用于带动CCD8移动，调整CCD8的视场，CCD8与数据处理器连接，用于将所拍摄的切痕图片发送至数据处理器，其中，数据处理器的位置根据实际需要进行设置，可以直接设置在CCD8的内部，也可以设置在CCD8的外部，当设置在CCD8的内部时，可以直接与CCD8的存储芯片连接；当设置在CCD8的外部时，可以通过有线的方式与CCD8连接。

数据处理器用于根据切痕图片计算切痕的深度，切割深度的计算公式为：D＝r-√r

调节组件7包括主轴移动架71和工作台移动架72，主轴移动架71位于工作台移动架72的上方，且主轴移动架71与工作台移动架72正交设置，本实施例中，主轴移动架71和工作台移动架72通过侧壁连接。

工作台移动架72的顶部设置有第一移动滑道73，工作台1能够在第一移动滑道73上沿X方向滑动；主轴移动架71上设置有第二移动滑道74，切割主轴2能够在第二移动滑道74上沿Z方向滑动。

具体地，工作台1通过第一滑块与第一移动滑道73连接，切割主轴2通过第二滑块与第二移动滑道74连接；切割主轴2通过调节杆9连接在第二滑块上，能够在调节杆9的带动下沿Y方向移动，改变刀具3与工作台1之间的距离，CCD8连接在第二滑块上或调节杆9上，能够随第二滑块或调节杆9移动，从而改变与薄膜5的相对位置，进行视场的调整。

调节组件7还包括控制电路，光源、CCD8和数据处理器与控制电路连接，控制电路还用于控制X方向滑动、Y方向滑动和Z方向滑动，例如第一滑块、第二滑块和调节杆均通过电机驱动进行滑动，电机与控制电路连接，控制电路控制电机的装懂来控制相应的滑动动作。

工作台1包括底座11，底座11上设置有支撑组件6，支撑组件6的底部连接在底座11上，顶部为支撑薄膜5的环状结构，支撑组件6为中空结构，底座11与中空结构对应之处设置有开口，开口与提供真空的装置连接，用于为中空结构提供真空环境。

工作台1上还设置有卡环10，卡环10用于压接在支撑组件6的顶部，薄膜5固定在卡环10的底部，例如粘接在所述卡环10的底部，工作台1上设置有磁场发生装置，磁场发生装置用于提供磁场，使卡环10在磁力作用下吸附在支撑组件6上，卡环10吸附在支撑组件6上后，卡环10的承载面比支撑组件6顶部低至少3mm，目的是防止卡环10过高，切割时刀具3撞到卡环使刀具3被破坏。

支撑组件6呈凹陷的碟状结构，凹陷部分采用导体制成，当刀具3与凹陷部分接触时，刀具3与凹陷部分连通构成导电回路，当刀具3与凹陷部分连通构成导电回路时，控制电路控制刀具3停止切割，记录Z方向的高度，同时，控制刀具3离开薄膜5，并控制CCD进行拍摄。

本实施例中的薄膜5选自蓝膜或UV膜，例如为蓝膜，底座11选自具有孔隙的陶瓷工作台。根据本发明的实施方案。

实施例2

一种划膜测高方法，包括如下步骤：

将待加工晶片贴在薄膜5上，再将薄膜5定位在卡环10上，然后整体吸附在陶瓷工作台上，加工过程中，由于刀具3的磨损，需要进行测高校正刀体漏出量，从而保证切割深度，测高时刀具3在薄膜5边缘位置切割出一条明显刀痕，拍摄图片并进行分析后，检测出刀痕的宽度，从而计算出刀片切进薄膜5的深度，再根据Z轴下降量计算出刀具3的磨损值，与切割之前的测高值进行比较得出刀具3下降的补偿量，从而保证切割深度的精确性，降低切割误差。

S1、调整刀具3至于薄膜5边缘并接触，并在薄膜5边缘切割出明显的划痕，根据划痕计算当前刀具3切进薄膜的深度D；CCD8采集划痕图片并发送至数据处理器，数据处理器用于根据切痕图片计算切痕的深度，计算公式为：D＝r-√r

S2、确定测高值：当刀具3的最低端与凹陷部分连通构成导电回路时，控制电路控制刀具停止切割，Z方向的高度即为测高值。

S3、根据刀具3在Z方向的高度计算刀具3的磨损值X，与切割之前的测高值进行比较计算刀具下降的补偿量C，C＝D+X。

以上通过实施例对本发明的具体实施方式进行了示例性的说明。但是，本发明的保护范围不拘囿于上述示例性的实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，本领域技术人员所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。