Characterization of step cut chip dicing process in MEMS element manufacturing

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Haimi, Eero
dc.contributor.advisor Tuurnala, Fang
dc.contributor.author Eklund, Annina
dc.date.accessioned 2015-09-18T08:44:38Z
dc.date.available 2015-09-18T08:44:38Z
dc.date.issued 2015-08-25
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/17770
dc.description.abstract The goal of this research was to develop an optimized step cut chip dicing process for Murata Electronics Oy’s acceleration sensing element wafer through process characterization. There was an interest to find out how different process variables affect the process output and how these variables can be adjusted to achieve the best possible dicing quality. The most critical quality issue had been the appearance of large back side chipping. The characterization was carried out using a Design of Experiments (DOE) method to statistically analyse the effect of different variables. At first, a screening DOE was implemented to identify the most significant variables and then the process was fine-tuned with an optimization DOE. The input variables inspected in this research were blade type, step depth, feed rate and spindle speed. Outputs that were under interest were front side chipping, back side chipping, blade wear and spindle current. The chipping levels were evaluated with an optical microscope and an automated visual inspection device. Issues that were identified to lower the reliability of these results were the presence of uncontrollable factors, non-uniformity of the test material, lack of replicates and not inspecting the blade’s behaviour throughout its lifetime. Significant increase in dicing quality was achieved after process characterization and back side chipping levels were successfully reduced. The optimized step cut process was achieved with a metal bond blade, step depth 1/3, feed rate 7 mm/s, Z1 spindle speed 35 000 rpm and Z2 spindle speed 27 000 rpm. A shallower step depth, higher feed rate, lower spindle speed and a blade with softer bond material, larger grit size and lower concentration improved back side quality. Front side chipping in turn was reduced with a deeper step depth, lower feed rate and higher spindle speed. Blade wear and spindle current both increased by reducing spindle speed or increasing feed rate. An undesirable outcome for the step cut process was a poor cut accuracy of the first cut blade. To further improve the process a blade with a smaller outer diameter is recommended to prevent the blade edge from bending and to improve the cut accuracy. Also the effect of a different mounting tape to achieve even better back side quality and die stability during dicing is under high interest. en
dc.description.abstract Tämän tutkimuksen tavoitteena oli kehittää optimaalinen step cut -sahausprosessi Murata Electronics Oy:n kiihtyvyysanturielementille karakterisoimalla sen prosessimuuttujia. Tarkoituksena oli selvittää miten eri muuttujat vaikuttavat prosessin ulostuloon ja miten näitä muuttujia voidaan säätää, jotta saavutettaisiin paras mahdollinen sahauslaatu. Merkittävimpänä laatuongelmana oli elementtien takapinnan murtumat. Karakterisointi toteutettiin koesuunnittelumenetelmän avulla, mikä mahdollisti eri muuttujien vaikutuksen tilastollisen analysoinnin. Ensimmäisen koesuunnitelman avulla kartoitettiin olennaisimmat muuttujat, ja sen jälkeen tehtiin tarkentava koesuunnitelma, jossa selvitettiin lopulliset prosessiparametrit. Tarkasteltavat muuttujat olivat terätyyppi, stepin syvyys, sahausnopeus ja terän akselin pyörimisnopeus. Tarkasteltavat ulostulot olivat puolestaan etupinnan murtuma, takapinnan murtuma, terän kuluminen ja akselin virrankulutus. Murtumien kokoa mitattiin optisella mikroskoopilla ja automaattisella visuaalisella tarkastuksella. Tekijät, jotka laskivat tutkimustulosten luotettavuutta, olivat tuntemattomien muuttujien vaikutus, testimateriaalin epätasalaatuisuus, toistojen puute ja se että terän käyttäytymistä ei tutkittu koko sen elinkaaren ajan. Sahauslaadussa saavutettiin merkittäviä parannuksia karakterisoinnin avulla ja takapinnan murtumaa saatiin vähennettyä. Optimaalinen step cut -sahausprosessi saavutettiin seuraavilla parametreilla: metalliterä, stepin syvyys 1/3, sahausnopeus 7 mm/s, Z1 akselin pyörimisnopeus 35 000 rpm ja Z2 akselin pyörimisnopeus 27 000 rpm. Pienempi stepin syvyys, suurempi sahausnopeus, pienempi pyörimisnopeus ja terä, jossa oli pehmeämpi sidosaine, isompi timanttikidekoko ja matalampi timanttikonsentraatio vähensivät takapinnan murtumaa. Etupinnan murtuma väheni suuremmalla stepin syvyydellä, pienemmällä sahausnopeudella ja suuremmalla pyörimisnopeudella. Terä kului enemmän ja akselin virrankulutus kasvoi, kun pyörimisnopeutta pienennettiin tai sahausnopeutta kasvatettiin. Step cut -sahaus toi esille uuden haasteen. Ensimmäisen uran sahaava terä alkoi taipua sahauksen aikana, mikä ilmeni sahausuran siirtymisenä. Ongelman korjaamiseksi ehdotettiin ulkohalkaisijaltaan pienempää terää, sillä se voisi vähentää terän taipumista ja parantaa sahaustarkkuutta. Prosessia voitaisiin lisäksi kehittää esimerkiksi testaamalla erilaisten teippien vaikutusta takapinnan murtumaan ja elementin tukemiseen sahauksen aikana. fi
dc.format.extent 85
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Characterization of step cut chip dicing process in MEMS element manufacturing en
dc.title MEMS-elementtivalmistuksen step cut -sahausprosessin karakterisointi fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword MEMS en
dc.subject.keyword silicon wafer en
dc.subject.keyword dicing en
dc.subject.keyword step cut en
dc.subject.keyword design of experiments en
dc.subject.keyword chipping en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201509184385
dc.programme.major Soveltava materiaalitiede fi
dc.programme.mcode MT3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Hannula, Simo-Pekka
dc.programme MTE - Materiaalitekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account