A szilícium-karbid ostya kockázási módszere

1. Köszörűkorongozás
A csiszolókorongos kockázógép a pengét nagy sebességgel forog az aerosztatikus elektromos orsón keresztül, hogy az anyagok erős csiszolását érje el. A használt pengék vágóélei korund részecskékkel vannak bevonva. A korund Mohs-keménysége 10, ami csak alig haladja meg a 9,5 keménységű SiC-ét. Az ismételt alacsony fordulatszámú köszörülés nemcsak idő- és munkaigényes, hanem a szerszám gyakori kopását is okozza. Például egy 100 mm-es (4 hüvelykes) SiC lapka kivágása 6-8 órát vesz igénybe, és könnyen előfordulhat, hogy forgácsolási hibákat okoz. Ezért ezt a hagyományos nem hatékony feldolgozási módszert fokozatosan felváltotta a lézeres írás.
2. Teljes lézeres jelölés
A lézeres csíkozás az a folyamat, amikor nagy energiájú lézersugarat használnak a munkadarab felületének besugárzására, hogy a besugárzott területet lokálisan megolvasztsák és elpárologtathassák, ezáltal az anyag eltávolítása és lehúzása érhető el. A lézeres beírás érintésmentes feldolgozás, mechanikai igénybevétel károsodása nélkül, rugalmas feldolgozási módszerek, szerszámveszteség és vízszennyezés, valamint alacsony berendezések karbantartási költségei. A tartóréteg sérülésének elkerülése érdekében, amikor a lézer átírja a lapkát, magas hőmérsékletű ablációnak ellenálló UV-fóliát használnak.
Jelenleg a lézeres íróberendezések ipari lézereket alkalmaznak, amelyek három hullámhosszúak: 1064 nm, 532 nm és 355 nm, és impulzusszélességük nanoszekundum, pikoszekundum és femtoszekundum. Elméletileg minél rövidebb a lézer hullámhossza és minél rövidebb az impulzusszélesség, annál kisebb a feldolgozás termikus hatása, ami előnyös a mikroprecíziós feldolgozásnál, de a költség viszonylag magas. A 355 nm-es ultraibolya nanoszekundumos lézert széles körben használják kiforrott technológiája, alacsony költsége és kis feldolgozási hőhatása miatt. Az elmúlt években a 1 064 nm pikoszekundumos lézertechnológia gyorsan fejlődött, és számos új területen alkalmazták jó eredménnyel.
Például a 355 nm-es ultraibolya lézeres feldolgozás termikus hatása kicsi, de a nem teljesen elpárolgott salak megtapad és felhalmozódik a vágási vonalban, így a vágási szakasz nem sima, és a hozzátartozó salak könnyen leesik a következő folyamatban, befolyásolva az eszközt. teljesítmény. Az 1064 nm-es pikoszekundumos lézer nagyobb teljesítményt, magas íróképességet, elegendő anyagleválasztást és egyenletes keresztmetszetet fogad el, de a feldolgozás hőhatása túl nagy, és szélesebb írássávokat kell fenntartani a chiptervezésben.
3. Lézeres féllöket
A lézeres félbeírás jobb hasíthatóságú anyagok feldolgozására alkalmas. A lézeres karcolás egy bizonyos mélységig vág, majd osztásos módszert alkalmaz, hogy a forgácsok szétválasztása érdekében hosszirányban kiterjedő feszültséget hozzon létre a vágási vonal mentén. Ez a feldolgozási módszer nagy hatékonysággal rendelkezik, nincs szükség filmragasztásra és filmeltávolítási folyamatra, és alacsony a feldolgozási költsége. A szilícium-karbid lapkák hasítása azonban gyenge, és nem könnyű hasítani. A repedezett oldal könnyen forgácsolható, a karcos részen továbbra is fennáll a salaktapadási jelenség.
4. Lézeres láthatatlan vágás
A lézeres lopakodó írás célja, hogy a lézert az anyag belsejére fókuszálja, hogy egy módosított réteget képezzen, majd elválasztja a chipet a film felosztásával vagy kiterjesztésével. A felületen nincs porszennyezés, szinte nincs anyagveszteség, és a feldolgozási hatékonyság magas. A lopakodó írás elérésének két feltétele, hogy az anyag átlátszó legyen a lézer számára, és elegendő impulzusenergia többfoton abszorpciót eredményez.
A szilícium-karbid sávrés energiája szobahőmérsékleten körülbelül 3,2 eV, ami 5,13×10 -19 J. 1 064 nm lézer fotonenergia E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Látható, hogy a 1 064 nm-es lézer fotonenergiája kisebb, mint a szilícium-karbid anyag abszorpciós sávszélessége, és optikailag átlátszó, ami megfelel a láthatatlanság feltételeinek. rétegkarcolás. A tényleges áteresztőképesség olyan tényezőkkel függ össze, mint az anyag felületi tulajdonságai, vastagsága és az adalékanyag típusa. Példaként egy 300 μm vastagságú polírozott szilícium-karbid lapkát veszünk, a mért 1064 nm-es lézeráteresztő képesség körülbelül 67%.
A rendkívül rövid impulzusszélességű pikoszekundumos lézer kerül kiválasztásra, és a többfoton abszorpció által generált energia nem alakul át hőenergiává, hanem csak egy bizonyos mélységű módosított réteget okoz az anyagban. A módosított réteg az anyagon belüli repedésterület, olvadási terület vagy törésmutató változási terület. Ezután az ezt követő hasítási folyamat során a szemcsék a módosított réteg mentén szétválnak.
A szilícium-karbid anyag hasíthatósága gyenge, és a módosított rétegek közötti távolság nem lehet túl nagy. A teszt egy JHQ-611 automatikus kockázógépet és egy 350 μm vastag SiC szeletet használ 22 réteg vágásához 500 mm/s vágási sebességgel. A repedés után a metszet viszonylag sima, apró töredezettséggel és takaros élekkel.
5. Vízvezérelt lézervágás
A vízvezető lézer fókuszálja a lézerfényt és a mikrovízoszlopba vezeti. A vízoszlop átmérője a fúvóka nyílásától függően változik, és 100-30 μm-re különféle specifikációk vonatkoznak. A vízoszlop és a levegő határfelülete közötti teljes visszaverődés elvét alkalmazva a lézerfény a vízoszlop iránya mentén terjed, miután a vízoszlopba kerül.
Olyan tartományon belül tud feldolgozni, ahol a vízoszlop stabil marad, és a szuperhosszú hatékony munkatávolság különösen alkalmas vastag anyagok vágására. A hagyományos lézeres vágásnál az energia felhalmozódása és vezetése a fő oka a hőkárosodásnak a vágási vonal mindkét oldalán, míg a vízvezérelt lézer gyorsan elveszi az egyes impulzusok maradékhőjét anélkül, hogy a munkadarabon felhalmozódna. a vízoszlop, így vágás Az út tiszta és rendezett.
Ezen előnyök alapján a vízvezető lézervágó szilícium-karbid elméletileg jó választás, de a technológia bonyolult, és a kapcsolódó berendezések érettsége sem magas. Nehéz a fúvókákat sebezhető részként gyártani. Ha a finom vízoszlopot nem lehet pontosan és stabilan szabályozni, a kifröccsenő vízcseppek letörlik a forgácsot, befolyásolva a hozamot. Ezért ezt az eljárást még nem alkalmazták szilícium-karbid lapkák gyártására.