Metoda rezanja silicijum karbidnih pločica

1. Rezanje brusnim točkom
Mašina za kockanje brusnog točka pokreće oštricu da se okreće velikom brzinom kroz aerostatsko električno vreteno kako bi se postiglo snažno mljevenje materijala. Rezne ivice korištenih oštrica su obložene česticama korunda. Mohsova tvrdoća korunda je 10, što je samo nešto više od tvrdoće SiC sa tvrdoćom od 9,5. Ponavljano brušenje pri maloj brzini ne samo da je dugotrajno i naporno, već uzrokuje i često trošenje alata. Na primjer, potrebno je 6-8 sati da se isječe SiC pločica od 100 mm (4 inča) i lako je uzrokovati defekte lomljenja. Stoga je ova tradicionalna neefikasna metoda obrade postupno zamijenjena laserskim rezanjem.
2. Potpuno lasersko označavanje
Lasersko scribing je proces korištenja laserske zrake visoke energije za ozračivanje površine radnog komada kako bi se lokalno otopilo i isparilo ozračeno područje, čime se postiže uklanjanje materijala i urezivanje. Lasersko scribing je beskontaktna obrada, bez oštećenja od mehaničkog naprezanja, fleksibilnih metoda obrade, bez gubitka alata i zagađenja vode, te niskih troškova održavanja opreme. Kako bi se izbjeglo oštećenje potpornog filma kada laser probija kroz pločicu, koristi se UV film otporan na ablaciju pri visokim temperaturama.
Trenutno, oprema za lasersko ispisivanje koristi industrijske lasere sa tri talasne dužine od 1064 nm, 532 nm i 355 nm, i širine impulsa od nanosekundi, pikosekundi i femtosekundi. Teoretski, što je kraća talasna dužina lasera i kraća širina impulsa, to je manji termički efekat obrade, što je korisno za mikro-preciznu obradu, ali je cena relativno visoka. Ultraljubičasti nanosekundni laser od 355 nm se široko koristi zbog svoje zrele tehnologije, niske cijene i malog termičkog efekta obrade. Poslednjih godina, 1 064 nm pikosekundna laserska tehnologija se brzo razvila i primenjena je u mnogim novim oblastima sa dobrim rezultatima.
Na primjer, termalni efekat obrade ultraljubičastim laserom od 355 nm je mali, ali nepotpuno isparena šljaka se prianja i akumulira u liniji rezanja, čineći rezni dio nije glatkim, a pričvršćena šljaka može lako otpasti u naknadnom procesu, što utiče na uređaj performanse. Pikosekundni laser od 1064 nm ima veću snagu, visoku efikasnost scribinga, dovoljno uklanjanje materijala i ujednačen poprečni presek, ali je toplotni efekat obrade prevelik, i šire trake za pisanje treba da budu rezervisane u dizajnu čipa.
3. Laserski poluhod
Lasersko poluškripanje je pogodno za obradu materijala sa boljim cijepanjem. Lasersko urezivanje seče na određenu dubinu, a zatim usvaja metodu cijepanja za stvaranje uzdužnog naprezanja duž linije rezanja kako bi se odvojile strugotine. Ova metoda obrade ima visoku efikasnost, nema potrebe za lijepljenjem filma i procesom uklanjanja filma i niskim troškovima obrade. Međutim, cijepanje pločica od silicijum karbida je slabo i nije ih lako cijepati. Napuknutu stranu je lako odlomiti, a fenomen prianjanja šljake još uvijek postoji u izgrebanom dijelu.
4. Lasersko nevidljivo sečenje
Lasersko stealth scribing je fokusiranje lasera na unutrašnju stranu materijala kako bi se formirao modificirani sloj, a zatim odvajanje čipa cijepanjem ili širenjem filma. Na površini nema zagađenja prašinom, gotovo da nema gubitka materijala, a efikasnost obrade je visoka. Dva uslova za postizanje prikrivenog ispisivanja su da je materijal transparentan za laser, a dovoljna energija impulsa proizvodi višefotonsku apsorpciju.
Energija pojasnog pojasa Eg silicijum karbida na sobnoj temperaturi je oko 3,2 eV, što je 5,13×10 -19 J. 1 064 nm laserska energija fotona E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Vidi se da je energija fotona lasera od 1 064 nm manja od apsorpcionog pojasa silicijum karbidnog materijala, i da je optički providna, što ispunjava uslove nevidljivosti scribing. Stvarna propusnost je povezana s faktorima kao što su svojstva površine materijala, debljina i tipovi dodataka. Uzimajući za primjer poliranu pločicu od silicijum karbida debljine 300 μm, izmjerena propusnost lasera od 1064 nm iznosi oko 67%.
Odabire se pikosekundni laser s ekstremno kratkom širinom impulsa, a energija generirana višefotonskom apsorpcijom se ne pretvara u toplinsku energiju, već samo uzrokuje određenu dubinu modificiranog sloja unutar materijala. Modifikovani sloj je područje pukotine, područje topljenja ili područje promjene indeksa prelamanja unutar materijala. Zatim će se kroz naknadni proces cijepanja zrna razdvojiti duž modificiranog sloja.
Cepljivost materijala silicijum karbida je loša, a razmak između modifikovanih slojeva ne bi trebalo da bude prevelik. Test koristi automatsku mašinu za rezanje kockica JHQ-611 i SiC pločicu debljine 350 μm za rezanje 22 sloja pri brzini rezanja od 500 mm/s. Nakon pucanja, presjek je relativno gladak, sa malim odlomcima i urednim rubovima.
5. Vodom vođeno lasersko rezanje
Laser za vođenje vode fokusira lasersko svjetlo i vodi ga u stupac mikro vode. Prečnik vodenog stuba varira u zavisnosti od otvora mlaznice, a postoje različite specifikacije od 100-30 μm. Koristeći princip potpune refleksije između vodenog stupca i zračnog interfejsa, lasersko svjetlo će se širiti duž smjera vodenog stupca nakon što se unese u vodeni stup.
Može da obrađuje u opsegu gde vodeni stub ostaje stabilan, a super-duga efektivna radna udaljenost je posebno pogodna za rezanje debelih materijala. U tradicionalnom laserskom rezanju, akumulacija i provođenje energije je glavni uzrok termičkog oštećenja na obje strane linije rezanja, dok laser vođen vodom brzo oduzima preostalu toplinu svakog impulsa bez nakupljanja na radnom komadu uslijed djelovanja. vodenog stupca, tako da sečenje Put je čist i uredan.
Na osnovu ovih prednosti, silicijum karbid za lasersko rezanje koji provodi vodu je dobar izbor u teoriji, ali tehnologija je teška, a zrelost srodne opreme nije visoka. Teško je proizvesti mlaznice kao ranjive dijelove. Ako se fini vodeni stupac ne može precizno i ​​stabilno kontrolisati, prskane kapljice vode uklanjaju strugotinu, utičući na prinos. Stoga ovaj proces još nije primijenjen u proizvodnji pločica od silicijum karbida.