1西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告題目：XXXXXXX (二號， 宋體，加粗居中，行距 1.5 倍)系 別 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 導(dǎo) 師 （居中，四號，宋體，行距 30 磅）年 月 日（居中，四號，宋體）2開 題 報 告 填 寫 要 求1.開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成。2.開題報告內(nèi)容必須按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）填寫并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N） ，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師審閱。3.開題報告字?jǐn)?shù)應(yīng)在 1500 字以上，參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇（不包括辭典、手冊，其中外文文獻(xiàn)至少 3 篇） ，文中引用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號， “參考文獻(xiàn)”應(yīng)按附件中 《參考文獻(xiàn) “注釋格式”》的要求書寫。4.年、月、日的日期一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫，例：“2008 年 11 月 26 日” 。5.開題報告增加封面，封面格式：題目：宋體，加粗，二號；系別等內(nèi)容格式：宋體，四號，居中。3撰寫內(nèi)容要求（可加頁，小四號宋體，行距 20 磅）： 畢業(yè)設(shè)計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況）一、題目背景及研究意義IC 封裝是半導(dǎo)體三大產(chǎn)業(yè)之一(器件設(shè)計、晶片制作和器件封裝)。其后封裝工序主要包括:劃片、粘片、超聲球焊、封裝、檢測、包裝。劃片機(jī)是 IC 后封裝線上的第一道關(guān)鍵設(shè)備，其作用是把制作好的晶片切割成單元器件，為下一步單元晶片粘接做好準(zhǔn)備。劃片機(jī)切割晶片的規(guī)格一般為 3-6 晶片，單元晶片的外型一般為矩形或多邊形。目前，我國的半導(dǎo)體封裝設(shè)備(如劃片機(jī)、粘片機(jī)、金絲球焊機(jī)等)還主要從美國、日本、新加坡引進(jìn)。為了促進(jìn) IC 封裝設(shè)備的國產(chǎn)化，本課題組開展了IC 封裝設(shè)備劃片機(jī)的研制工作。因此把“劃片機(jī)的總體規(guī)劃及 X、θ 軸設(shè)計”作為本科論文的課題，既有較大的學(xué)術(shù)價值，又有廣闊的應(yīng)用前景。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、劃片技術(shù)的發(fā)展劃片技術(shù)是集成電路后封裝的一道工序，劃片機(jī)的劃片方法根據(jù)其發(fā)展過程可以分為三種:金剛石劃片、激光劃片和砂輪劃片。（1）金剛石劃片這是最早出現(xiàn)的劃片方法，是目前用得最少的方法，與劃玻璃的原理相同。使用鋒利的金剛石尖端，以 50 克左右的固定載荷劃出小片的分割線，再加上彎曲力矩使之分成小片。一般來說，金剛石劃片時線條寬度為 6 一 8μm 、深度為 5μm ，硅表面發(fā)生塑性變形，線條周圍有微裂紋等。如果劃片時出現(xiàn)切屑，掰片時就可能裂開，小片的邊緣又不整齊，分片就不能順利進(jìn)行。金剛石尖有圓錐形(l 點(diǎn)式)、四方錐形(4 點(diǎn)式)等。圓錐形的金剛石尖是采用其十二面體晶格上的(111軸，并將尖端加工成半徑 2 一 5 μm 的球面。劃片的成品率在很大程度上取決于金剛石尖端的加工精度及其鋒利性的保持情況。（2）激光劃片第二代劃片的方法是激光劃片。激光劃片就是將激光呈脈沖狀照射在硅片表面上，被光照的那一部分硅就會因吸收激光而被加熱到 10000℃的高溫，并在一瞬間即氣化或熔化了，使硅片留下溝槽，然后再沿溝槽進(jìn)行分開的方法。激光劃片時，硅粉會粘在硅片表面上，所以還必須對硅片上的灰塵進(jìn)行必要的處理。該方法劃硅片比金剛石劃片的成品率高，所以曾經(jīng)在一個時期內(nèi)替代了金剛石劃片。但激光劃片對工藝條件十分敏感。激光功率、劃片速度、焦點(diǎn)位置、氣流壓力等參數(shù)的波動或變化都會影響劃片質(zhì)量，致使劃片深度尺寸不均勻，導(dǎo)致分片時容易碎片，降低成品率，增加了成本。同時激光劃片時，高溫對熱組織區(qū)內(nèi)的材料也9有很大的影響，從而影響到芯片的性能。但激光劃片相對于其他的劃片技術(shù)來說，結(jié)構(gòu)簡單，在切割中和切割后芯片碎裂率少，無論單晶硅片薄厚，切口寬度均小于3μm，切口邊緣平直、精準(zhǔn)、光滑，能夠在每片晶圓上制作并切割出更多數(shù)量的芯片。(3)砂輪劃片第三代劃片機(jī)是砂輪劃片機(jī)。砂輪劃片機(jī)是利用高速運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣靜壓主軸帶動刀片，通過光柵尺和導(dǎo)軌系統(tǒng)的控制，將刀刃定位在加工材料上，最終形成具有一定深度和寬度的切口 [1]。砂輪劃片工藝質(zhì)量與主軸轉(zhuǎn)速、切割速度、刀片厚度等都有一定的關(guān)系。相對合理的主軸轉(zhuǎn)速能有效地控制刀片在隨主軸轉(zhuǎn)動時的相對震動、有利于刀片在切割時的徑向穩(wěn)定性，從而提高切割質(zhì)量。刀片的切割速度決定工作效率，如果切割速度不斷變大，在切割的過程中沿溝槽的刀具的速度也會變得不好控制。切割速度會受制于待加工材料的硬度，如硅晶圓表面材料的硬度直接決定切割速度。如果切割超硬材料時切割深度過大都不利于刀片的正常使用，并最終影響到刀片的壽命。三種劃片技術(shù)的比較如表 1 所示。由表 1 可以看出，砂輪劃片的加工速度、加工深度、加工寬度、加工效果等相對其他兩種加工技術(shù)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，因此砂輪劃片是目前的主流加工技術(shù)。表 1 加工工藝比較指標(biāo) 分類 金剛石劃片 激光劃片 砂輪劃片加工速度 46mm/s 150mm/s 300mm/s加工深度 3～10μm ～100μm ～100μm加工寬度 3～10μm 20～25μm ?刀片厚度+10μm劃片效果 裂紋大 有熱損耗 只有微小裂紋成品率 60～70% 70～80% 98%噪音 小 大 較小其他 硅片厚度為小片尺寸的 1/4 以下有黏著灰塵的問題 需要切削液、壓縮空氣2、劃片機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在國外，劃片機(jī)自七十年代初問世以來，發(fā)展非常迅速，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，品種也在不斷增加。剛開始時，只有日本、英國、美國三個國家的四、五個公司制造劃片機(jī)，而如今俄羅斯、臺灣、中國大陸也都制造出了劃片機(jī)，劃片機(jī)制造廠家己經(jīng)發(fā)展到十多個公司 [2]。目前,國外生產(chǎn)劃片機(jī)的廠商主要有:日本 DISCO、東京精10密 TSK,以色列 ADT,以及英國流星 Loadpoint 公司最初生產(chǎn)的劃片機(jī)只是用來切割晶體管半導(dǎo)體硅片,只能切割最大為 3 英寸的硅片。而如今,它不僅可以切割硅片,還可以切割其它的薄、脆、硬材料,應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。日本 DISCO 公司生產(chǎn)的劃片機(jī)占世界劃片機(jī)銷量的 80%,代表著當(dāng)今劃片機(jī)的較高水平。該公司在 2002 年 12 月推出了 DFD636O 型劃片機(jī)，該機(jī)最大劃片尺寸達(dá) 3O0mm(12 英寸),劃片槽寬度達(dá)到20μm 切割速度高達(dá) 600mm/s,定位精度最高達(dá) 0.003mm。JPsereezAssoeiateS 公司生產(chǎn)紫外(UV)激光劃片機(jī),可用于切割 300mm 直徑的單晶硅圓片,采用 355un 或 266nm的短脈沖 UV 激光光源,采用了高性能、超精確的氣動操作臺,獲得了較高的速度和加速度,斷面邊緣光滑平直，而且劃片槽僅有 2.5μm 寬。我國真正研制劃片機(jī)的時間較晚,基本上是從七十年代開始的。1982 年我國研制出第一臺國產(chǎn)化的砂輪劃片機(jī),結(jié)束了當(dāng)時我國劃片機(jī)完全依賴進(jìn)口的局面。國產(chǎn)劃片機(jī)設(shè)備制造商主要有:中國電子科技集團(tuán)公司第 45 研究所、沈陽儀表科學(xué)研究院、西安捷盛電子技術(shù)有限責(zé)任公司、上海富安工廠自動化有限公司、武漢三工光電設(shè)備制造有限公司。我國的劃片機(jī)主要以中國電子科技集團(tuán)第 45 研究所為代表,該研究所從 1994 年開始先后生產(chǎn)了 HP602 型(150mm)精密自動劃片機(jī),該款劃片機(jī)采用恒力矩變頻分相調(diào)速技術(shù),可以減少圓片正反面的崩角情況并能夠提高芯片的抗折強(qiáng)度,從而提高了芯片的質(zhì)量,工作臺采用滾動導(dǎo)軌；在此基礎(chǔ)上于 2004 年研制了 HP801 型(200mm)精密自動劃片機(jī),在增大硅晶圓片一的直徑的同時,也增加了硅晶圓片上芯片的數(shù)量,提高了芯片產(chǎn)出的效率,并達(dá)到了實用化,定位精度為士 10μm；而后又研制了 KS780 等型號的劃片機(jī)。沈陽儀表科學(xué)研究院研制了 ZSHS 型自動砂輪劃片機(jī),精度達(dá)到了士5μm μm /35Omm,切割晶圓的行程為 152.4mm,與當(dāng)時國際上 203.2mm 有很大的差距,切割速度為 150mm/S,與當(dāng)時的國外先進(jìn)的劃片速度 300mlm/s 還相差很大。目前,國產(chǎn)新型的雙軸 200mm(8 英寸)精密自動劃片機(jī),也已進(jìn)入了實用化階段,劃片槽寬度達(dá)到 30～40μm。2010 年 1 月 3 日,蘇州天弘激光股份有限公司推出了其第一款晶圓激光劃片機(jī) TH 一 321 型激光劃片機(jī),采用高精度的兩維直線電機(jī)工作臺及直驅(qū)旋轉(zhuǎn)平臺,劃片槽寬度降低到 3μm。武漢三工光電設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的晶圓激光劃片機(jī),采用數(shù)控的工作方式,最大線切害速度為 140ｍｍ/S,定位精度為士 10μm。3、開展本課題研究的理論與實際意義當(dāng)前，微電子產(chǎn)業(yè)無疑是信息產(chǎn)業(yè)的核心與基礎(chǔ)，信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展使微電子產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)、國防等方面發(fā)揮越來越重要的作用，其發(fā)展快慢，技術(shù)水平的高低直接影響到國民經(jīng)濟(jì)信息化的進(jìn)程，已成為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展及綜合國力的重要標(biāo)志。IC 封裝劃片機(jī)的研制成功，對于微電子封裝系列的國產(chǎn)化，甚至對于6整個微電子行業(yè)設(shè)備的國產(chǎn)化，都有很重要的意義。四、主要研究內(nèi)容及研究方案(1)通過調(diào)研和參閱相關(guān)資料，了解 IC 封裝及劃片機(jī)的工作原理； (2)完成原理方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，確定實施方案； (3)對劃片機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計，并完成相關(guān)的計算； (4)完成劃片機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) X、θ 軸進(jìn)行具體設(shè)計；（X 軸效行程大于 180mm,劃片速度 0-300mm/s; θ 轉(zhuǎn)臺:轉(zhuǎn)角為±100°，轉(zhuǎn)角最小分辨率小于 8 角秒） ； (5)完成裝配圖和零件圖。 五、本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開展工作根據(jù)劃片的工藝要求，劃片機(jī)應(yīng)具有高剛度、高可靠性、高穩(wěn)定性、高定位精度等，而劃片機(jī)的運(yùn)動方案有許多種，每種方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)。因此，在深入分析劃片機(jī)的工藝要求、對比不同的運(yùn)動方案的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，找到影響劃片質(zhì)量的關(guān)鍵點(diǎn)，然后確定總體方案，對提高劃片機(jī)的總體性能具有至關(guān)重要的作用，也是研究的難點(diǎn)所在。在確定了總體方案之后，根據(jù)本課題的任務(wù)要求，對 X 軸和 θ 軸進(jìn)行設(shè)計。X軸系統(tǒng)的作用是帶動晶片做往復(fù)運(yùn)動,以完成單元晶片的切割。對 X 軸的要求是運(yùn)行平穩(wěn),導(dǎo)軌精度要高,往返速度要快 [3]。因此，X 軸對傳動的平穩(wěn)性要求較高，如何確定的 X 軸的傳動方案是本課題的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)。對 θ 軸傳動系統(tǒng)的性能要求是轉(zhuǎn)角定位精度、反向間隙和重復(fù)定位精度。因此，如何確定 θ 軸的傳動方案，是本課題的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)。針對課題要求，前期主要是查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解劃片機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及國內(nèi)外的研究方法，調(diào)研了國內(nèi)外劃片機(jī)的性能特點(diǎn)，了解了劃片機(jī)的工作原理，明確了劃片機(jī)的性能要求，為下一步的設(shè)計工作打下了基礎(chǔ)。六、設(shè)計方案晶片承載臺與 θ 軸一起安放在 X 軸運(yùn)動導(dǎo)軌臺上，X 軸導(dǎo)軌帶動工作臺做往復(fù)運(yùn)動，以完成單元晶片的切割，對 X 軸的導(dǎo)軌精度要求較高，可選用 THK 超精密直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌行走平行度為 3.5μm/300mm,絲杠導(dǎo)程為 10mm。電機(jī)選用最大轉(zhuǎn)速為3000r/min 的交流伺服電機(jī)。θ 軸系統(tǒng)的功能是帶動承片臺順、逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍為±100°。對 θ 軸傳動系統(tǒng)要求要有準(zhǔn)確的分度，可以實現(xiàn)小分辨率，能進(jìn)行微調(diào)，這需要很高的傳動比，因此 θ 軸傳動部件確定為有較大傳動比的蝸輪蝸桿傳動。綜上所述，總傳動系統(tǒng)示意圖如下圖圖 1 所示。6其中，X 軸通過交流伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠通過連接塊將晶片承載臺沿著直線導(dǎo)軌即 X 軸方向運(yùn)動；θ 軸傳動系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)通過一對蝸輪蝸桿副帶動承片臺順、逆時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)范圍為 0 到 360°。θ 軸部件安裝在 X 軸系統(tǒng)上，與 X 軸一起運(yùn)動。圖 1七、工作方案(1)1-3 周：調(diào)研，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和刊物，了解 IC 封裝及劃片機(jī)的工作原理，完成開題報告。 (2)4-7 周：完成原理方案設(shè)計和結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，確定擬實施的方案，完成英文資料翻譯。 (3)8-13 周：對劃片機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的初步設(shè)計，并完成相關(guān)的計算；完成劃片機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu) X、θ 軸進(jìn)行具體設(shè)計； (4)14-18 周：完成設(shè)計圖紙，寫出畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。 6參考文獻(xiàn)[1]姚道俊.砂輪劃片工藝的實踐與提高[J].集成電路通訊，2005，(6):35 一 37.[2]袁惠珠.精密砂輪劃片機(jī)的設(shè)計及精度分析 7D].沈陽:沈陽工業(yè)大學(xué),2004.[3]馮曉國,張景和,張乘嘉,等.IC 封裝設(shè)備劃片機(jī)的研制[J].儀器儀表學(xué)報，2003，(4):50 一 52.[4]謝中生.DISCO 會社與其具有世界領(lǐng)先水平的劃片機(jī)[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，1996，(4):40 一 41.[5]袁慧珠.劃片機(jī)定位精度的設(shè)計[J].儀表技術(shù)與傳感器，2003，(7):51 一 52.[6]候飛.劃片機(jī)工作臺精確定位控制技術(shù)研究[D].西安，西安工業(yè)大學(xué)，2012.[7]楊云龍,劉金榮.全自動劃片機(jī)自動識別對準(zhǔn)技術(shù)的研究[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2001,(110):46 一 4.[8]俞忠飪.我國集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J].微細(xì)加工技術(shù),1998,(1):1 一6.[9]宮崎.Ic 制造上諸多問題[J].機(jī)械研究,1969,21(2):69 一 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