Metoda rezanja pločice od silicij karbida

1. Brušenje brusnog kotača
Stroj za rezanje brusnog kotača pokreće oštricu da se okreće velikom brzinom kroz aerostatsko električno vreteno kako bi se postiglo snažno mljevenje materijala. Rezni rubovi korištenih oštrica presvučeni su česticama korunda. Mohsova tvrdoća korunda je 10, što je samo malo više od tvrdoće SiC-a s tvrdoćom od 9,5. Ponovljeno brušenje pri malim brzinama ne samo da oduzima puno vremena i naporno je, već uzrokuje i često trošenje alata. Na primjer, potrebno je 6-8 sati za rezanje SiC pločice od 100 mm (4 inča) i lako je uzrokovati kvarove. Stoga je ova tradicionalna neučinkovita metoda obrade postupno zamijenjena laserskim scribingom.
2. Potpuno lasersko označavanje
Lasersko crtanje je postupak korištenja visokoenergetske laserske zrake za ozračivanje površine obratka kako bi se lokalno otopilo i isparilo ozračeno područje, čime se postiže uklanjanje materijala i crtanje. Lasersko crtanje je beskontaktna obrada, bez oštećenja mehaničkim naprezanjem, fleksibilne metode obrade, bez gubitka alata i onečišćenja vode, te niski troškovi održavanja opreme. Kako bi se izbjeglo oštećenje potpornog filma kada lasersko šišanje probije pločicu, koristi se UV film otporan na visokotemperaturnu ablaciju.
Trenutačno, oprema za lasersko crtanje koristi industrijske lasere, s tri valne duljine od 1064 nm, 532 nm i 355 nm, i širinom pulsa od nanosekundi, pikosekundi i femtosekundi. Teoretski, što je kraća valna duljina lasera i kraća širina impulsa, manji je toplinski učinak obrade, što je korisno za mikro-preciznu obradu, ali cijena je relativno visoka. Ultraljubičasti nanosekundni laser od 355 nm naširoko se koristi zbog svoje zrele tehnologije, niske cijene i malog toplinskog učinka obrade. Posljednjih godina, 1 064 nm pikosekundna laserska tehnologija brzo se razvila i primijenjena je na mnoga nova polja s dobrim rezultatima.
Na primjer, toplinski učinak obrade ultraljubičastim laserom od 355 nm je malen, ali nepotpuno isparena troska prianja i nakuplja se u liniji rezanja, čineći dio rezanja neglatkim, a pričvršćena troska lako pada u naknadnom procesu, utječući na uređaj izvođenje. Pikosekundni laser od 1064 nm ima veću snagu, visoku učinkovitost piskanja, dovoljno uklanjanja materijala i ujednačen poprečni presjek, ali toplinski učinak obrade je prevelik, a šire staze piskanja moraju biti rezervirane u dizajnu čipa.
3. Laserski poluudar
Lasersko polucrtanje pogodno je za obradu materijala s boljom cijepljivošću. Lasersko crtanje reže do određene dubine, a zatim usvaja metodu razdvajanja za stvaranje uzdužnog naprezanja duž linije rezanja za odvajanje strugotine. Ova metoda obrade ima visoku učinkovitost, nema potrebe za lijepljenjem filma i postupkom uklanjanja filma i niske troškove obrade. Međutim, cijepanje pločica od silicij-karbida je slabo i nije ih lako razdvojiti. Napuknuta strana lako se okrhne, a fenomen prianjanja troske i dalje postoji na izgrebanom dijelu.
4. Lasersko nevidljivo rezanje
Lasersko stealth scribing je fokusiranje lasera na unutarnju stranu materijala kako bi se formirao modificirani sloj, a zatim odvajanje čipa cijepanjem ili širenjem filma. Nema zagađenja prašinom na površini, gotovo bez gubitka materijala, a učinkovitost obrade je visoka. Dva uvjeta za postizanje stealth scribinga su da je materijal proziran za laser i da dovoljna energija pulsa proizvodi višefotonsku apsorpciju.
Energija zabranjenog pojasa Eg silicijevog karbida na sobnoj temperaturi je oko 3,2 eV, što je 5,13×10 -19 J. 1 064 nm energija laserskog fotona E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Može se vidjeti da je energija laserskog fotona od 1 064 nm manja od apsorpcijskog zabranjenog pojasa silicij-karbidnog materijala, te je optički proziran, što ispunjava uvjete nevidljivog piskaranjem. Stvarna propusnost povezana je s čimbenicima kao što su površinska svojstva materijala, debljina i vrsta dopanta. Uzimajući za primjer poliranu pločicu od silicij-karbida debljine 300 μm, izmjerena propusnost lasera od 1064 nm je oko 67%.
Odabran je pikosekundni laser s izrazito kratkom širinom impulsa, a energija nastala višefotonskom apsorpcijom ne pretvara se u toplinsku energiju, već samo uzrokuje određenu dubinu modificiranog sloja unutar materijala. Modificirani sloj je područje pukotine, područje topljenja ili područje promjene indeksa loma unutar materijala. Zatim će kroz naknadni proces cijepanja zrna biti odvojena duž modificiranog sloja.
Cijepljivost silicijevog karbidnog materijala je loša, a razmak između modificiranih slojeva ne smije biti prevelik. Test koristi JHQ-611 automatski stroj za rezanje na kockice i SiC pločicu debljine 350 μm za rezanje 22 sloja pri brzini rezanja od 500 mm/s. Nakon pucanja, presjek je relativno gladak, s malim krhotinama i urednim rubovima.
5. Lasersko rezanje vođeno vodom
Laser za vođenje vode fokusira lasersko svjetlo i vodi ga u mikrovodeni stupac. Promjer vodenog stupca varira ovisno o otvoru mlaznice, a postoje različite specifikacije od 100-30 μm. Koristeći princip potpune refleksije između vodenog stupca i zračnog sučelja, lasersko svjetlo će se širiti duž smjera vodenog stupca nakon što se uvede u vodeni stupac.
Može obrađivati ​​unutar raspona u kojem vodeni stupac ostaje stabilan, a super-duga efektivna radna udaljenost posebno je prikladna za rezanje debelih materijala. U tradicionalnom laserskom rezanju, akumulacija i provođenje energije glavni su uzrok toplinskog oštećenja s 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 je put rezanja čist i uredan.
Na temelju ovih prednosti, silicijev karbid za lasersko rezanje koji provodi vodu dobar je izbor u teoriji, ali tehnologija je teška, a zrelost povezane opreme nije visoka. Teško je proizvesti mlaznice kao ranjive dijelove. Ako se fini stupac vode ne može točno i stabilno kontrolirati, kapljice poprskane vode uklanjaju strugotinu, utječući na prinos. Stoga ovaj proces još nije primijenjen u proizvodnji pločica od silicij karbida.