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
根据:
由(Ⅰ)---(Ⅴ)公式可得到:
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
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
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,
(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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