划片机几何误差建模及加工实验研究

摘要

随着半导体行业的迅猛发展，半导体设备的需求量急剧增加。划片机作为芯片封装后段工序的关键切割设备，其切割精度直接决定着芯片质量，当前国产划片机与进口划片机在切割精度、加工效率、系统稳定性上都存在一定的差距，而且随着集成电路封装技术向着细间距、大尺寸的方向发展，对划片机的切割精度提出了更加严苛的要求。为了提高产划片机的切割精度，展开对划片机误差建模的研究，辨识出关键误差因素，对于指导、优化划片机的设计和误差补偿具有重要意义。　　本文利用多体系统建模的方法，对自主研发的划片机进行误差建模，介绍了机床几何误差的检定方法，根据划片机的刀具实际运动误差模型分析出了切割道宽度与关键几何误差的关系，建立切割道宽度模型，并根据切割道宽度模型进行了划片机精度预测及实验验证。主要做了以下几个方面的研究工作：　　(1)论述了半导体市场和我国国产划片机设备的现状，将国内外划片机的研究情况进行了对比，指出了国产划片机相较国外先进划片机在加工精度上的不足，总结了精密机床几何误差建模的发展；　　(2)针对自主研发的精密全自动单轴划片机利用多体系统理论的误差建模方法建立了综合误差模型。对划片机的误差进行分析，提出了45项单元误差；建立了划片机相邻单元体间的齐次变换特征矩阵，包括理想静止、实际静止、理想运动、实际运动的特征矩阵；利用刀具成型点在机床基础坐标系中的坐标与工件切割点在机床基础坐标系中坐标的偏差求出综合误差模型；　　(3)对划片机的误差进行分析。详细介绍了常见的误差检测方法，利用激光干涉仪测量各运动轴的定位误差，利用大理石方尺和万分表测量各运动轴的运动线性误差和各单元体间的位置姿态误差，利用误差辨识的方法确定了各运动轴的角误差；　　(4)通过划片机的综合误差模型，按照切割流程，建立划片机刀具的实际运动误差模型，分析了刀具的各项运动误差对切割道宽度的影响，并推导出了划片机的切割道宽度模型，辨识了影响切割道宽度的关键误差，这对于与划片机的精度设计和误差补偿具有很好的指导作用。同时，根据此切割道宽度模型可以对机床的切割精度进行预测，并进行了切割实验，验证了根据划片机切割道宽度模型预测切割精度的有效性。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景

1.3 国内外研究现状

1.3.1划片机研发的国外研究现状

1.3.2划片机研发的国内研究现状

1.3.3精密机床几何误差建模的发展

1.4 本文主要研究内容及结构

1.5 本章小结

第 2 章 划片机的综合误差建模

2.1 引言

2.2 基于多体系统的误差建模方法

2.3 自主研制的单轴精密划片机简介

2.4 划片机的拓扑体结构及几何描述

2.5 划片机的误差分析

2.6 划片机的误差特征矩阵

2.7 划片机的综合误差模型

2.8 本章小结

第 3 章 划片机的几何误差测量及辨识

3.1 引言

3.2 机床误差源和几何误差

3.2.1 机床误差的分类

3.2.2 划片机的几何误差

3.3 几何误差的测量方法

3.3.1采用激光干涉仪进行机床几何误测量

3.3.2 基准件-微位移测量法的几何误差测量研究

3.4 几何误差的辨识

3.5 本章小结

第 4 章 切割精度预测及切割实验验证

4.1 引言

4.2 划片机刀具运动误差模型

4.3 划片机切割道宽度模型及切割精度预测

4.4 划片机切割精度实验验证

4.4.1实验准备

4.4.2切割参数的确定

4.4.3实验结果及分析

4.5 本章小结

结论与展望

1 论文的主要工作及结论

2 论文的主要创新点

3 研究展望

参考文献

附录A 划片机单元误差

附录B 划片机相邻体间特征矩阵

附录C 攻读学位期间取得的学术成果

致谢