石文

摘要：21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步在推動(dòng)各行各業(yè)高速發(fā)展，也對(duì)劃片機(jī)技術(shù)的更新起到了不可磨滅的作用。本文將對(duì)應(yīng)用在劃片機(jī)中的刀體破損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行探究，并在一定的理論分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上制定合理的檢測(cè)方案，以足夠的數(shù)據(jù)為支撐對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)而設(shè)計(jì)出具備強(qiáng)抗干擾性的數(shù)字濾波器，實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)誤報(bào)率和提高設(shè)備穩(wěn)定性的目的，最終推動(dòng)刀體破損檢測(cè)技術(shù)完美融入到劃片機(jī)中。

關(guān)鍵詞：刀體破損檢測(cè);劃片機(jī);實(shí)時(shí)檢測(cè)

引言

作為半導(dǎo)體后封裝的重要設(shè)備，劃片機(jī)通過(guò)強(qiáng)力磨削來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效切割。值得一提的是，刀片是強(qiáng)力磨削的主要執(zhí)行部分，而劃片機(jī)的刀片主要采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，安裝部位在劃片機(jī)的主軸電機(jī)上。當(dāng)劃片機(jī)正常工作時(shí)，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)的刀片對(duì)目標(biāo)進(jìn)行劃切動(dòng)作。

考慮到劃片機(jī)刀片工作性質(zhì)的特殊性，在進(jìn)行實(shí)際的劃切操作時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)刀片磨損的情況，倘若不對(duì)刀片進(jìn)行合理檢測(cè)而繼續(xù)工作，就會(huì)對(duì)劃切質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，甚至?xí)?duì)切割件造成損傷。要想保證切割件的劃切質(zhì)量，防止切割件被損壞，就必須在實(shí)際的劃切過(guò)程中及時(shí)檢測(cè)刀片，一旦刀片出現(xiàn)破損情況就需要盡快停止劃切動(dòng)作。在發(fā)現(xiàn)刀片破損位置時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行科學(xué)的刀體更換工作。

1.劃片機(jī)刀片概述

考慮到刀具在劃片機(jī)中扮演的重要角色，刀具的性能對(duì)劃切質(zhì)量影響很大。試驗(yàn)研究表明劃切刀中金剛石的粒度、濃度、大小、結(jié)合劑類(lèi)型、刀片露出量、刀片厚度等對(duì)劃切過(guò)程中切割道的寬度和邊緣破裂的大小都有影響。全自動(dòng)劃片機(jī)劃切是使用超薄砂輪刀片件進(jìn)行切割的磨削加工方法。切割過(guò)程中，超薄砂輪刀片的受力包括磨削力、離心力和摩擦力等。砂輪刀片的性能特性直接影響劃切效果。高速磨削時(shí)，砂輪刀片將產(chǎn)生很大的離心力，而產(chǎn)生的離心力是刀具磨損的重要因素，因此對(duì)劃切過(guò)程中離心力分析非常重要。切削力直接影響劃切效果，對(duì)劃切過(guò)程中切削力影響因素分析有利于劃切工藝參數(shù)的選擇。

與此同時(shí)，由于劃片機(jī)被應(yīng)用于切割單晶硅、藍(lán)寶石和工程陶瓷等硬脆材料，上述材料都存在高硬度、高熔點(diǎn)和韌性低等物理特性，在實(shí)際的劃切過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)崩邊、毛刺、微裂紋和劃傷等缺陷。同時(shí)劃切過(guò)程中產(chǎn)生磨削熱不易快速傳導(dǎo)出去，易導(dǎo)致刀具中的金剛石顆粒高溫碳化及熱破裂導(dǎo)致刀具磨損嚴(yán)重。對(duì)硬脆材料劃切去除機(jī)理進(jìn)行理論分析，分析劃切過(guò)程中砂輪刀片力學(xué)性能，對(duì)影響劃切質(zhì)量因素進(jìn)行分析，并對(duì)劃片機(jī)的刀體進(jìn)行有效的破損檢測(cè)，有利于選擇最優(yōu)劃切工藝條件，在提高劃切質(zhì)量的同時(shí)降低生產(chǎn)成本。

2.刀體破損檢測(cè)原理

為了實(shí)現(xiàn)正常的刀體損傷檢測(cè)，發(fā)光光纖頭和接收光纖頭應(yīng)通過(guò)機(jī)械裝置固定在刀片外圓邊緣的兩側(cè)。刀片在進(jìn)行劃切動(dòng)作時(shí)會(huì)不斷出現(xiàn)磨損導(dǎo)致刀片變小，一旦刀片不能對(duì)外界光線進(jìn)行有效遮擋時(shí)，就要求技術(shù)人員對(duì)刀片位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使刀片正常遮擋光線以繼續(xù)進(jìn)行劃切動(dòng)作。除此之外，在劃片機(jī)正常工作時(shí)，刀片會(huì)高速旋轉(zhuǎn)對(duì)切割件進(jìn)行有效劃切，光纖傳感器也會(huì)對(duì)光接收部的光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

在完成上述工作以后，光纖傳感器通過(guò)放大器將接收光纖的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集電路將信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字，并將模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字的結(jié)果輸出到上位機(jī)交由算法進(jìn)行處理。最后判斷葉片是否損壞，倘若刀片出現(xiàn)損壞情況，機(jī)器會(huì)立即停止并報(bào)警，提示技術(shù)人員應(yīng)該及時(shí)更換刀片。否則刀片將繼續(xù)工作，檢測(cè)程序?qū)⒎祷財(cái)?shù)據(jù)采集電路進(jìn)行下一次數(shù)據(jù)采集和處理。

3.刀體檢測(cè)理論分析

3.1傳感器的響應(yīng)時(shí)間

通過(guò)分析劃片機(jī)的技術(shù)參數(shù)可以得出，全自動(dòng)劃片機(jī)的主軸電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)每秒鐘1000轉(zhuǎn)，這就要求光纖傳感器的響應(yīng)時(shí)間必須少于1毫秒。一旦傳感器的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于缺口出現(xiàn)的周期時(shí)間，那么傳感器就沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)對(duì)周期信號(hào)的精確檢測(cè)，也就不能講缺口處的透光度有效反映在輸出的電信號(hào)中。由此可知，光線傳感器的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該小于劃片機(jī)的每秒鐘旋轉(zhuǎn)速度。

3.2A/D轉(zhuǎn)換分析

光信號(hào)經(jīng)光纖放大器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，需要對(duì)電信號(hào)進(jìn)行采集和處理，其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)是模數(shù)轉(zhuǎn)換及其定量分析。所選光纖傳感器的輸出光直徑為1毫米，輸出電壓為0-5伏，假設(shè)缺口的最小直徑為30微米，光束的輸出電壓為5伏，沒(méi)有遮擋。此時(shí)，缺口處的透射率為接收光總能量的0.09%，相應(yīng)的缺口處的透射率轉(zhuǎn)換為4.5毫伏電壓。

可以看出，A/D轉(zhuǎn)換器電路的量化誤差應(yīng)小于4.5毫伏，轉(zhuǎn)換器電路的位數(shù)必須大于10位，以滿足模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度要求，因此刀具破損檢測(cè)通常采用12位A/D轉(zhuǎn)換。

3.3濾波器的選取

檢測(cè)系統(tǒng)通常采用硬件濾波和軟件濾波。硬件濾波器由RC濾波器或具有特定電阻和電容規(guī)格的模擬濾波器組成，例如具有電感和電容的LC濾波器。軟件濾波器又稱(chēng)數(shù)字濾波器，通過(guò)一定的計(jì)算和判斷，減少或消除信號(hào)噪聲的影響。數(shù)字濾波器具有可靠性高、穩(wěn)定性好、靈活性強(qiáng)、使用方便、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。針對(duì)自動(dòng)刮刀刀體損傷檢測(cè)環(huán)境惡劣、噪聲復(fù)雜的特點(diǎn)，采用數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)。根據(jù)其信號(hào)特性，采用改進(jìn)的限幅濾波器對(duì)Xi和Xi-1連續(xù)采樣兩次的偏差值進(jìn)行判斷。如果偏差值大于某一設(shè)定值A(chǔ)，則采樣有效。如果有效值占取樣總數(shù)的百分比大于某一設(shè)定值B，則可以判斷葉片是否損壞。該方法的優(yōu)點(diǎn)是能有效地克服偶然因素引起的脈沖干擾。

4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

在采用DISCO 25毫米刀片的全自動(dòng)劃片機(jī)平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。當(dāng)主軸以50000r/min的速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)葉片完好時(shí)，輸出波形較為平穩(wěn)。缺口直徑小于1毫米的受損刀片光纖放大器的輸出波形會(huì)出現(xiàn)若干個(gè)峰值，峰值波形周期為4.5毫秒。

光纖放大器的輸出信號(hào)會(huì)被轉(zhuǎn)換為A/D信號(hào)，進(jìn)而被發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)字過(guò)濾。根據(jù)數(shù)字濾波器的算法和刀破數(shù)據(jù)的規(guī)律，經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波后，在10個(gè)連續(xù)采樣點(diǎn)中，連續(xù)出現(xiàn)正1后又連續(xù)出現(xiàn)負(fù)1的一組數(shù)據(jù)為真正的刀破信息，只有正1或負(fù)1時(shí)就說(shuō)明是干擾信號(hào)。

結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)劃片機(jī)的工作機(jī)理和刀具的注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)自動(dòng)切片機(jī)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和對(duì)數(shù)字濾波器的嚴(yán)格驗(yàn)證，利用切割算法可以準(zhǔn)確檢測(cè)切片機(jī)的切割信息，在一定程度上為劃片機(jī)的切割質(zhì)量和質(zhì)量率提供技術(shù)保證，從而提高切片機(jī)的系統(tǒng)穩(wěn)定性，推動(dòng)半導(dǎo)體切割行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫彬，郎小虎，王宏智，等. 刀體破損檢測(cè)技術(shù)在劃片機(jī)中的應(yīng)用[J]. 電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2014（5）：38-40.

[2] 秦江.呂超.崔岳.王宏智.劃片機(jī)防水系統(tǒng)的設(shè)[J].計(jì)電子工業(yè)專(zhuān)業(yè)設(shè)備.2016（09）：21-23.

（作者單位：沈陽(yáng)和研科技有限公司）