Μέθοδος κοπής σε κύβους γκοφρέτας καρβιδίου πυριτίου

1. Γράψιμο τροχού λείανσης
Η μηχανή κοπής σε κυβάκια τροχού λείανσης οδηγεί τη λεπίδα να περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα μέσα από την αεροστατική ηλεκτρική άτρακτο για να επιτευχθεί ισχυρή λείανση των υλικών. Οι κοπτικές άκρες των λεπίδων που χρησιμοποιούνται είναι επικαλυμμένες με σωματίδια κορούνδιου. Η σκληρότητα Mohs του κορουνδίου είναι 10, η οποία είναι ελαφρώς υψηλότερη από αυτή του SiC με σκληρότητα 9,5. Η επαναλαμβανόμενη λείανση χαμηλής ταχύτητας δεν είναι μόνο χρονοβόρα και επίπονη, αλλά προκαλεί επίσης συχνή φθορά του εργαλείου. Για παράδειγμα, χρειάζονται 6-8 ώρες για να κοπεί μια γκοφρέτα SiC 100 mm (4 ιντσών) και είναι εύκολο να προκληθούν ελαττώματα κοπής. Ως εκ τούτου, αυτή η παραδοσιακή αναποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας έχει αντικατασταθεί σταδιακά από τη γραφή με λέιζερ.
2. Πλήρης σήμανση με λέιζερ
Η χάραξη με λέιζερ είναι η διαδικασία χρήσης μιας δέσμης λέιζερ υψηλής ενέργειας για την ακτινοβόληση της επιφάνειας ενός τεμαχίου εργασίας για να λιώσει και να εξατμιστεί τοπικά η ακτινοβολημένη περιοχή, επιτυγχάνοντας έτσι την αφαίρεση και το χάραξη υλικού. Η γραφή με λέιζερ είναι επεξεργασία χωρίς επαφή, χωρίς μηχανική καταπόνηση, ευέλικτες μεθόδους επεξεργασίας, χωρίς απώλεια εργαλείων και ρύπανση του νερού και χαμηλό κόστος συντήρησης εξοπλισμού. Προκειμένου να αποφευχθεί η ζημιά στο φιλμ υποστήριξης όταν το λέιζερ περνά μέσα από τη γκοφρέτα, χρησιμοποιείται μια μεμβράνη UV ανθεκτική σε αφαίρεση υψηλής θερμοκρασίας.
Προς το παρόν, ο εξοπλισμός γραφής με λέιζερ υιοθετεί βιομηχανικά λέιζερ, με τρία μήκη κύματος 1064 nm, 532 nm και 355 nm, και πλάτη παλμού νανοδευτερόλεπτα, picoseconds και femtoseconds. Θεωρητικά, όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος του λέιζερ και όσο μικρότερο το πλάτος παλμού, τόσο μικρότερο είναι το θερμικό αποτέλεσμα της επεξεργασίας, το οποίο είναι ευεργετικό για την επεξεργασία μικρο-ακρίβειας, αλλά το κόστος είναι σχετικά υψηλό. Το λέιζερ υπεριώδους νανοδευτερόλεπτου 355 nm χρησιμοποιείται ευρέως λόγω της ώριμης τεχνολογίας, του χαμηλού κόστους και της μικρής θερμικής επίδρασης επεξεργασίας. Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία λέιζερ 1 064 nm picosecond έχει αναπτυχθεί γρήγορα και έχει εφαρμοστεί σε πολλά νέα πεδία με καλά αποτελέσματα.
Για παράδειγμα, η θερμική επίδραση της επεξεργασίας υπεριώδους λέιζερ 355 nm είναι μικρή, αλλά η ατελώς εξατμισμένη σκωρία προσκολλάται και συσσωρεύεται στη γραμμή κοπής, κάνοντας το τμήμα κοπής να μην είναι ομαλό και η προσαρτημένη σκωρία είναι εύκολο να πέσει στην επόμενη διαδικασία, επηρεάζοντας τη συσκευή εκτέλεση. Το λέιζερ picosecond 1064 nm υιοθετεί υψηλότερη ισχύ, υψηλή απόδοση γραψίματος, επαρκή αφαίρεση υλικού και ομοιόμορφη διατομή, αλλά το θερμικό αποτέλεσμα της επεξεργασίας είναι πολύ μεγάλο και πρέπει να δεσμευτούν ευρύτερες λωρίδες χάραξης στο σχεδιασμό τσιπ.
3. Ημίχρονο λέιζερ
Η μισή χάραξη λέιζερ είναι κατάλληλη για την επεξεργασία υλικών με καλύτερη δυνατότητα κοπής. Η χάραξη με λέιζερ κόβει σε ένα ορισμένο βάθος και, στη συνέχεια, υιοθετεί μια μέθοδο διαχωρισμού για να δημιουργήσει διαμήκη εκτεινόμενη τάση κατά μήκος της γραμμής κοπής για να διαχωριστούν τα τσιπ. Αυτή η μέθοδος επεξεργασίας έχει υψηλή απόδοση, δεν χρειάζεται διαδικασία κόλλησης μεμβράνης και αφαίρεσης μεμβράνης και χαμηλό κόστος επεξεργασίας. Ωστόσο, η διάσπαση των πλακών καρβιδίου του πυριτίου είναι κακή και δεν είναι εύκολο να σχιστεί. Η ραγισμένη πλευρά θρυμματίζεται εύκολα και το φαινόμενο της πρόσφυσης της σκωρίας εξακολουθεί να υπάρχει στο γρατσουνισμένο τμήμα.
4. Αόρατη κοπή με λέιζερ
Laser stealth scribing είναι να εστιάσει το λέιζερ στο εσωτερικό του υλικού για να σχηματίσει ένα τροποποιημένο στρώμα και, στη συνέχεια, να διαχωρίσει το τσιπ χωρίζοντας ή επεκτείνοντας το φιλμ. Δεν υπάρχει ρύπανση από σκόνη στην επιφάνεια, σχεδόν καμία απώλεια υλικού και η απόδοση επεξεργασίας είναι υψηλή. Οι δύο προϋποθέσεις για να επιτευχθεί stealth scribing είναι ότι το υλικό είναι διαφανές στο λέιζερ και επαρκής παλμική ενέργεια παράγει απορρόφηση πολλαπλών φωτονίων.
Η ενέργεια διάκενου ζώνης π.χ. καρβιδίου του πυριτίου σε θερμοκρασία δωματίου είναι περίπου 3,2 eV, που είναι 5,13×10 -19 J. 1 064 nm ενέργεια φωτονίων λέιζερ E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Μπορεί να φανεί ότι η ενέργεια φωτονίου λέιζερ των 1 064 nm είναι μικρότερη από το διάκενο ζώνης απορρόφησης του υλικού καρβιδίου του πυριτίου και είναι οπτικά διαφανές, το οποίο πληροί τις συνθήκες του αόρατου γραψίματος. Η πραγματική διαπερατότητα σχετίζεται με παράγοντες όπως οι ιδιότητες της επιφάνειας του υλικού, το πάχος και οι τύποι προσμίξεων. Λαμβάνοντας για παράδειγμα μια γυαλισμένη γκοφρέτα καρβιδίου του πυριτίου με πάχος 300 μm, η μετρούμενη διαπερατότητα λέιζερ στα 1064 nm είναι περίπου 67%.
Επιλέγεται το λέιζερ picosecond με εξαιρετικά μικρό πλάτος παλμού και η ενέργεια που παράγεται από την απορρόφηση πολλαπλών φωτονίων δεν μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια, αλλά προκαλεί μόνο ένα ορισμένο βάθος τροποποιημένου στρώματος μέσα στο υλικό. Το τροποποιημένο στρώμα είναι η περιοχή ρωγμής, η περιοχή τήξης ή η περιοχή αλλαγής δείκτη διάθλασης μέσα στο υλικό. Στη συνέχεια, μέσω της επακόλουθης διαδικασίας διάσπασης, οι κόκκοι θα διαχωριστούν κατά μήκος του τροποποιημένου στρώματος.
Η ικανότητα διάσπασης του υλικού καρβιδίου του πυριτίου είναι χαμηλή και η απόσταση μεταξύ των τροποποιημένων στρωμάτων δεν πρέπει να είναι πολύ μεγάλη. Η δοκιμή χρησιμοποιεί μια αυτόματη μηχανή κοπής JHQ-611 και μια γκοφρέτα SiC πάχους 350 μm για την κοπή 22 στρώσεων με ταχύτητα κοπής 500 mm/s. Μετά το ράγισμα, το τμήμα είναι σχετικά ομαλό, με μικρά σπασίματα και τακτοποιημένα άκρα.
5. Κοπή με λέιζερ καθοδηγούμενη με νερό
Το λέιζερ οδηγού νερού εστιάζει το φως λέιζερ και το οδηγεί στη στήλη μικρού νερού. Η διάμετρος της στήλης νερού ποικίλλει ανάλογα με το άνοιγμα του ακροφυσίου και υπάρχουν διάφορες προδιαγραφές 100-30 μm. Χρησιμοποιώντας την αρχή της ολικής ανάκλασης μεταξύ της στήλης νερού και της διεπαφής αέρα, το φως λέιζερ θα διαδοθεί κατά μήκος της κατεύθυνσης της στήλης νερού αφού εισαχθεί στη στήλη νερού.
Μπορεί να επεξεργαστεί εντός του εύρους όπου η στήλη νερού παραμένει σταθερή και η εξαιρετικά μεγάλη αποτελεσματική απόσταση εργασίας είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για την κοπή χοντρού υλικών. Στην παραδοσιακή κοπή με λέιζερ, η συσσώρευση και η αγωγή της ενέργειας είναι η κύρια αιτία θερμικής βλάβης και στις δύο πλευρές της γραμμής κοπής, ενώ το λέιζερ καθοδηγούμενο από νερό αφαιρεί γρήγορα την υπολειπόμενη θερμότητα κάθε παλμού χωρίς να συσσωρεύεται στο τεμάχιο εργασίας λόγω της δράσης της στήλης του νερού, έτσι κόβοντας Ο τρόπος είναι καθαρός και τακτοποιημένος.
Με βάση αυτά τα πλεονεκτήματα, το καρβίδιο του πυριτίου κοπής με λέιζερ αγωγιμότητας με νερό είναι μια καλή επιλογή θεωρητικά, αλλά η τεχνολογία είναι δύσκολη και η ωριμότητα του σχετικού εξοπλισμού δεν είναι υψηλή. Είναι δύσκολο να κατασκευαστούν ακροφύσια ως ευάλωτα μέρη. Εάν η στήλη λεπτού νερού δεν μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια και σταθερότητα, τα πιτσιλισμένα σταγονίδια νερού αφαιρούν το τσιπ, επηρεάζοντας την απόδοση. Επομένως, αυτή η διαδικασία δεν έχει ακόμη εφαρμοστεί στην παραγωγή γκοφρετών καρβιδίου του πυριτίου.