Snijmethode van siliciumcarbidewafel

1. Slijpschijf schrijven
De slijpschijf-snijmachine drijft het mes aan om met hoge snelheid door de aerostatische elektrische spindel te roteren om een ​​krachtig slijpen van materialen te bereiken. De snijkanten van de gebruikte messen zijn bedekt met korunddeeltjes. De Mohs-hardheid van korund is 10, wat slechts iets hoger is dan die van SiC met een hardheid van 9,5. Herhaaldelijk slijpen op lage snelheid is niet alleen tijdrovend en arbeidsintensief, maar veroorzaakt ook frequente slijtage van het gereedschap. Het duurt bijvoorbeeld 6-8 uur om een ​​SiC-wafel van 100 mm (4 inch) te snijden, en het is gemakkelijk om chipping-defecten te veroorzaken. Daarom is deze traditionele, inefficiënte verwerkingsmethode geleidelijk vervangen door laserschrijven.
2. Volledige lasermarkering
Laserkrabben is het proces waarbij een laserstraal met hoge energie wordt gebruikt om het oppervlak van een werkstuk te bestralen om het bestraalde gebied plaatselijk te smelten en te verdampen, waardoor materiaalverwijdering en krassen wordt bereikt. Laserschrijven is contactloze verwerking, zonder mechanische spanningsschade, flexibele verwerkingsmethoden, geen gereedschapsverlies en watervervuiling, en lage onderhoudskosten van de apparatuur. Om schade aan de ondersteunende film te voorkomen wanneer de laser door de wafer krast, wordt een UV-film gebruikt die bestand is tegen ablatie bij hoge temperaturen.
Momenteel maakt laserschrijfapparatuur gebruik van industriële lasers, met drie golflengten van 1064 nm, 532 nm en 355 nm, en pulsbreedten van nanoseconden, picoseconden en femtoseconden. Theoretisch geldt dat hoe korter de lasergolflengte en hoe korter de pulsbreedte, hoe kleiner het thermische effect van de verwerking is, wat gunstig is voor microprecisieverwerking, maar de kosten zijn relatief hoog. De 355 nm ultraviolette nanosecondelaser wordt veel gebruikt vanwege zijn volwassen technologie, lage kosten en kleine thermische verwerkingseffecten. De afgelopen jaren heeft de picoseconde-lasertechnologie van 1 064 nm zich snel ontwikkeld en met goede resultaten op veel nieuwe gebieden toegepast.
Het thermische effect van 355 nm ultraviolette laserverwerking is bijvoorbeeld klein, maar de onvolledig verdampte slak hecht zich en hoopt zich op in de snijlijn, waardoor het snijgedeelte niet glad wordt en de aangehechte slak er gemakkelijk af valt in het daaropvolgende proces, wat het apparaat beïnvloedt prestatie. De 1064 nm picosecondelaser heeft een hoger vermogen, een hoge schrijfefficiëntie, voldoende materiaalverwijdering en een uniforme dwarsdoorsnede, maar het thermische effect van de verwerking is te groot en bij het chipontwerp moeten bredere schrijfbanen worden gereserveerd.
3. Laser halve slag
Laser-half-inschrijven is geschikt voor het verwerken van materialen met een betere splijtbaarheid. Laserkrabben snijdt tot een bepaalde diepte en gebruikt vervolgens een splitmethode om longitudinale spanning langs de snijlijn te genereren om de spanen te scheiden. Deze verwerkingsmethode heeft een hoge efficiëntie, er is geen filmplak- en filmverwijderingsproces nodig en lage verwerkingskosten. De splitsing van siliciumcarbidewafels is echter slecht en het is niet gemakkelijk te splitsen. De gebarsten kant is gemakkelijk af te breken en het fenomeen van de slakhechting bestaat nog steeds in het bekraste deel.
4. Laser onzichtbaar snijden
Bij laser-stealth-schrijven wordt de laser op de binnenkant van het materiaal gefocusseerd om een ​​gemodificeerde laag te vormen, en vervolgens de chip gescheiden door de film te splitsen of uit te zetten. Er is geen stofvervuiling op het oppervlak, bijna geen materiaalverlies en de verwerkingsefficiëntie is hoog. De twee voorwaarden om stealth-schrijven te bereiken zijn dat het materiaal transparant is voor de laser en dat voldoende pulsenergie multifotonabsorptie produceert.
De bandafstand-energie van bijvoorbeeld siliciumcarbide bij kamertemperatuur is ongeveer 3,2 eV, wat 5,13×10 -19 J is. 1 064 nm laserfotonenergie E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Het is duidelijk dat de laserfotonenergie van 1 064 nm kleiner is dan de absorptiebandafstand van siliciumcarbidemateriaal, en dat deze optisch transparant is, wat voldoet aan de voorwaarden van onzichtbaar schrijven. De werkelijke doorlaatbaarheid houdt verband met factoren zoals materiaaloppervlakeigenschappen, dikte en typen doteermiddelen. Als we een gepolijste siliciumcarbidewafel met een dikte van 300 μm als voorbeeld nemen, bedraagt ​​de gemeten lasertransmissie bij 1064 nm ongeveer 67%.
Er wordt gekozen voor een picosecondelaser met een extreem korte pulsbreedte, en de energie die wordt gegenereerd door de absorptie van meerdere fotonen wordt niet omgezet in warmte-energie, maar veroorzaakt slechts een bepaalde diepte van de gemodificeerde laag in het materiaal. De gemodificeerde laag is het scheurgebied, het smeltgebied of het gebied met verandering van de brekingsindex in het materiaal. Vervolgens worden de korrels door het daaropvolgende splijtproces langs de gemodificeerde laag gescheiden.
De splijtbaarheid van siliciumcarbidemateriaal is slecht en de afstand tussen gemodificeerde lagen mag niet te groot zijn. Bij de test wordt gebruik gemaakt van een automatische JHQ-611 snijmachine en een 350 μm dikke SiC-wafel om 22 lagen te snijden met een snijsnelheid van 500 mm/s. Na barsten is het gedeelte relatief glad, met kleine chipjes en nette randen.
5. Watergeleid lasersnijden
De watergeleidingslaser focust het laserlicht en geleidt het in de micro-waterkolom. De diameter van de waterkolom varieert afhankelijk van de opening van het mondstuk, en er zijn verschillende specificaties van 100-30 μm. Door gebruik te maken van het principe van totale reflectie tussen de waterkolom en het luchtgrensvlak, zal het laserlicht zich voortplanten in de richting van de waterkolom nadat het in de waterkolom is geïntroduceerd.
Het kan verwerken binnen het bereik waar de waterkolom stabiel blijft, en de superlange effectieve werkafstand is vooral geschikt voor het snijden van dikke materialen. Bij traditioneel lasersnijden is de accumulatie en geleiding van energie de belangrijkste oorzaak van thermische schade aan beide zijden van de snijlijn, terwijl de watergeleide laser de restwarmte van elke puls snel wegneemt zonder zich door de werking op het werkstuk op te hopen. van de waterkolom, dus snijden. De weg is schoon en netjes.
Op basis van deze voordelen is watergeleidend lasersnijdend siliciumcarbide in theorie een goede keuze, maar de technologie is moeilijk en de volwassenheid van gerelateerde apparatuur is niet hoog. Het is moeilijk om mondstukken als kwetsbare onderdelen te vervaardigen. Als de fijne waterkolom niet nauwkeurig en stabiel kan worden gecontroleerd, ablateren de opspattende waterdruppels de chip, wat de opbrengst beïnvloedt. Daarom is dit proces nog niet toegepast op de productie van siliciumcarbidewafels.