Método de corte en cubitos de oblea de carburo de silicio

1. Trazado con muela abrasiva
La máquina cortadora de cubitos con muela hace que la cuchilla gire a alta velocidad a través del husillo eléctrico aerostático para lograr una fuerte molienda de materiales. Los filos de las cuchillas utilizadas están recubiertos con partículas de corindón. La dureza Mohs del corindón es 10, que es sólo ligeramente superior a la del SiC con una dureza de 9,5. El rectificado repetido a baja velocidad no sólo requiere mucho tiempo y es laborioso, sino que también provoca un desgaste frecuente de la herramienta. Por ejemplo, se necesitan 6-8 horas para cortar una oblea de SiC de 100 mm (4 pulgadas) y es fácil que se produzcan defectos por astillas. Por lo tanto, este método de procesamiento tradicional e ineficaz ha sido reemplazado gradualmente por el trazado por láser.
2. Marcado láser completo
El trazado por láser es el proceso de utilizar un rayo láser de alta energía para irradiar la superficie de una pieza de trabajo para fundir y vaporizar localmente el área irradiada, logrando así la eliminación del material y el trazado. El trazado láser es un procesamiento sin contacto, sin daños por tensión mecánica, métodos de procesamiento flexibles, sin pérdida de herramientas ni contaminación del agua, y bajos costos de mantenimiento del equipo. Para evitar daños a la película de soporte cuando el láser atraviesa la oblea, se utiliza una película UV resistente a la ablación a alta temperatura.
En la actualidad, los equipos de trazado láser adoptan láseres industriales, con tres longitudes de onda de 1064 nm, 532 nm y 355 nm, y anchos de pulso de nanosegundos, picosegundos y femtosegundos. En teoría, cuanto más corta sea la longitud de onda del láser y el ancho del pulso, menor será el efecto térmico del procesamiento, lo que es beneficioso para el procesamiento de microprecisión, pero el costo es relativamente alto. El láser ultravioleta de nanosegundos de 355 nm se utiliza ampliamente debido a su tecnología madura, su bajo costo y su pequeño efecto térmico de procesamiento. En los últimos años, la tecnología del láser de picosegundos de 1 064 nm se ha desarrollado rápidamente y se ha aplicado a muchos campos nuevos con buenos resultados.
Por ejemplo, el efecto térmico del procesamiento con láser ultravioleta de 355 nm es pequeño, pero la escoria no completamente vaporizada se adhiere y se acumula en la línea de corte, lo que hace que la sección de corte no sea suave y la escoria adherida se caiga fácilmente en el proceso posterior, lo que afecta el dispositivo. actuación. El láser de picosegundos de 1064 nm adopta mayor potencia, alta eficiencia de trazado, suficiente eliminación de material y sección transversal uniforme, pero el efecto térmico del procesamiento es demasiado grande y es necesario reservar carriles de trazado más anchos en el diseño del chip.
3. Medio trazo del láser
El medio trazado por láser es adecuado para procesar materiales con mejor capacidad de corte. El trazado por láser corta a una cierta profundidad y luego adopta un método de división para generar una tensión que se extiende longitudinalmente a lo largo de la línea de corte para separar las virutas. Este método de procesamiento tiene una alta eficiencia, no necesita un proceso de pegado ni de eliminación de la película y tiene un bajo costo de procesamiento. Sin embargo, la división de las obleas de carburo de silicio es deficiente y no es fácil de dividir. El lado agrietado es fácil de astillar y el fenómeno de adhesión de la escoria aún existe en la parte rayada.
4. Corte invisible por láser
El trazado láser sigiloso consiste en enfocar el láser en el interior del material para formar una capa modificada y luego separar el chip dividiendo o expandiendo la película. No hay contaminación de polvo en la superficie, casi no hay pérdida de material y la eficiencia del procesamiento es alta. Las dos condiciones para lograr un trazado sigiloso son que el material sea transparente al láser y que una energía de pulso suficiente produzca una absorción multifotónica.
La energía de banda prohibida, por ejemplo, del carburo de silicio a temperatura ambiente, es de aproximadamente 3,2 eV, que es 5,13×10 -19 J. 1 064 nm de energía del fotón láser E=hc/λ=1 .87 × 10 -19 J. Se puede ver que la energía del fotón láser de 1 064 nm es más pequeña que la banda prohibida de absorción del material de carburo de silicio y es ópticamente transparente, lo que cumple con las condiciones de invisible. escribiendo. La transmitancia real está relacionada con factores como las propiedades de la superficie del material, el espesor y los tipos de dopantes. Tomando como ejemplo una oblea de carburo de silicio pulida con un espesor de 300 μm, la transmitancia del láser medida a 1064 nm es aproximadamente del 67%.
Se selecciona el láser de picosegundos con un ancho de pulso extremadamente corto y la energía generada por la absorción multifotónica no se convierte en energía térmica, sino que solo provoca una cierta profundidad de capa modificada dentro del material. La capa modificada es el área de grieta, el área de fusión o el área de cambio del índice de refracción dentro del material. Luego, mediante el proceso de división posterior, los granos se separarán a lo largo de la capa modificada.
La capacidad de escisión del material de carburo de silicio es deficiente y la distancia entre las capas modificadas no debe ser demasiado grande. La prueba utiliza una máquina cortadora automática JHQ-611 y una oblea de SiC de 350 μm de espesor para cortar 22 capas a una velocidad de corte de 500 mm/s. Después del agrietamiento, la sección queda relativamente lisa, con pequeñas astillas y bordes limpios.
5. Corte por láser guiado por agua
El láser guía de agua enfoca la luz láser y la guía hacia la microcolumna de agua. El diámetro de la columna de agua varía según la apertura de la boquilla y existen varias especificaciones de 100-30 μm. Utilizando el principio de reflexión total entre la columna de agua y la interfaz de aire, la luz láser se propagará a lo largo de la dirección de la columna de agua después de introducirse en la columna de agua.
Puede procesar dentro del rango donde la columna de agua permanece estable y la distancia de trabajo efectiva súper larga es especialmente adecuada para cortar materiales gruesos. En el corte por láser tradicional, la acumulación y conducción de energía es la principal causa de daño térmico en ambos lados de la línea de corte, mientras que el láser guiado por agua elimina rápidamente el calor residual de cada pulso sin acumularse en la pieza debido a la acción. de la columna de agua, por lo que el corte El camino está limpio y ordenado.
Con base en estas ventajas, el carburo de silicio de corte por láser conductor de agua es una buena opción en teoría, pero la tecnología es difícil y la madurez del equipo relacionado no es alta. Es difícil fabricar boquillas como partes vulnerables. Si la fina columna de agua no se puede controlar de forma precisa y estable, las gotas de agua salpicadas eliminan la viruta, afectando el rendimiento. Por tanto, este proceso aún no se ha aplicado a la producción de obleas de carburo de silicio.