שיטת חיתוך של פרוסות סיליקון קרביד

1. שרבוט בגלגל השחזה
מכונת החיתוך של גלגל השחזה מניעה את הלהב להסתובב במהירות גבוהה דרך הציר החשמלי האווירוסטטי כדי להשיג שחיקה חזקה של חומרים. קצוות החיתוך של הלהבים המשמשים מצופים בחלקיקי קורונדום. קשיות ה-Mohs של קורונדום היא 10, שהיא רק מעט גבוהה מזו של SiC עם קשיות של 9.5. שחיקה חוזרת ונשנית במהירות נמוכה אינה רק גוזלת זמן ומייגעת, אלא גם גורמת לבלאי תכוף של הכלי. לדוגמה, לוקח 6-8 שעות לחתוך פרוסת SiC בגודל 100 מ"מ (4 אינץ'), וקל לגרום לפגמי סתתים. לכן, שיטת עיבוד לא יעילה מסורתית זו הוחלפה בהדרגה בשריטת לייזר.
2. סימון לייזר מלא
שרבוט בלייזר הוא תהליך של שימוש בקרן לייזר בעלת אנרגיה גבוהה כדי להקרין את פני השטח של חומר עבודה כדי להמיס ולאדות את האזור המוקרן באופן מקומי, ובכך להשיג הסרת חומר ושרטוט. שרבוט בלייזר הוא עיבוד ללא מגע, ללא נזקי מתח מכני, שיטות עיבוד גמישות, ללא אובדן כלי וזיהום מים, ועלויות תחזוקה נמוכות של ציוד. על מנת למנוע נזק לסרט התומך כאשר הלייזר חודר דרך הוואפר, נעשה שימוש בסרט UV עמיד בפני אבלציה בטמפרטורה גבוהה.
נכון לעכשיו, ציוד כתיבה בלייזר מאמץ לייזרים תעשייתיים, עם שלושה אורכי גל של 1064 ננומטר, 532 ננומטר ו-355 ננומטר, ורוחב פולסים של ננו-שניות, פיקו-שניות ופמט-שניות. תיאורטית, ככל שאורך גל הלייזר קצר יותר ורוחב הפולס קצר יותר, כך האפקט התרמי של העיבוד קטן יותר, המועיל לעיבוד מיקרו-דיוק, אך העלות גבוהה יחסית. הלייזר הננו-שניות אולטרה סגול 355 ננומטר נמצא בשימוש נרחב בגלל הטכנולוגיה הבוגרת שלו, העלות הנמוכה והאפקט התרמי העיבוד הקטן שלו. בשנים האחרונות, טכנולוגיית הלייזר 1 064 ננומטר picosecond התפתחה במהירות ויושמה בתחומים חדשים רבים עם תוצאות טובות.
לדוגמה, ההשפעה התרמית של עיבוד לייזר אולטרה סגול של 355 ננומטר היא קטנה, אך הסיגים המאודים שלא לגמרי נדבקים ומצטברים בקו החיתוך, מה שהופך את קטע החיתוך לא חלק, וקל ליפול של הסיגים המחוברים בתהליך הבא, ומשפיע על המכשיר ביצועים. הלייזר של 1064 ננומטר פיקו-שניות מאמץ עוצמה גבוהה יותר, יעילות שרבוט גבוהה, הסרת חומר מספקת וחתך רוחב אחיד, אך ההשפעה התרמית של העיבוד גדולה מדי, ויש לשמור נתיבי שרבוט רחבים יותר בתכנון השבבים.
3. חצי שבץ לייזר
חצי שרבוט בלייזר מתאים לעיבוד חומרים בעלי יכולת ביקוע טובה יותר. שרבוט בלייזר חותך לעומק מסוים, ולאחר מכן מאמץ שיטת פיצול ליצירת מתח המתארך לאורך קו החיתוך כדי להפריד בין השבבים. לשיטת עיבוד זו יעילות גבוהה, אין צורך בהדבקת סרט ותהליך הסרת סרט, ועלות עיבוד נמוכה. עם זאת, המחשוף של פרוסות סיליקון קרביד גרוע, ולא קל לפצל אותו. קל לשבב את הצד הסדוק, ותופעת הידבקות הסיגים עדיין קיימת בחלק השרוט.
4. חיתוך בלתי נראה בלייזר
כתיבה חמקנית בלייזר היא למקד את הלייזר בחלק הפנימי של החומר ליצירת שכבה שונה, ולאחר מכן להפריד את השבב על ידי פיצול או הרחבת הסרט. אין זיהום אבק על פני השטח, כמעט ואין אובדן חומר, ויעילות העיבוד גבוהה. שני התנאים להשגת כתיבה חמקנית הם שהחומר שקוף ללייזר, ואנרגיית פולסים מספקת מייצרת ספיגת מולטיפוטונים.
אנרגיית פער הרצועה Eg של סיליקון קרביד בטמפרטורת החדר היא בערך 3.2 eV, שהם 5.13×10 -19 J. 1 064 ננומטר אנרגיית פוטון לייזר E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. ניתן לראות כי אנרגיית הפוטון של הלייזר של 1 064 ננומטר קטנה מפער פס הקליטה של ​​חומר סיליקון קרביד, והיא שקופה אופטית, העומדת בתנאים של בלתי נראה כתיבה. השידור בפועל קשור לגורמים כמו מאפייני משטח החומר, עובי וסוגי סימוט. אם לוקחים כדוגמה רקיקת סיליקון קרביד מלוטשת בעובי של 300 מיקרומטר, העברת הלייזר הנמדדת של 1064 ננומטר היא כ-67%.
הלייזר פיקושניות עם רוחב פולסים קצר במיוחד נבחר, והאנרגיה שנוצרת מספיגת מולטיפוטונים אינה מומרת לאנרגיית חום, אלא רק גורמת לעומק מסוים של שכבה שונה בתוך החומר. השכבה המשתנה היא אזור הסדק, אזור ההיתוך או אזור שינוי מקדם השבירה בתוך החומר. לאחר מכן, בתהליך הפיצול שלאחר מכן, הגרגרים יופרדו לאורך השכבה ששונתה.
יכולת הביקוע של חומר סיליקון קרביד ירודה, והמרחק בין השכבות שהשתנו לא צריך להיות גדול מדי. הבדיקה משתמשת במכונת חיתוך אוטומטית של JHQ-611 ובפליקת SiC בעובי 350 מיקרומטר כדי לחתוך 22 שכבות במהירות חיתוך של 500 מ"מ לשנייה. לאחר פיצוח, הקטע חלק יחסית, עם סתתים קטנים וקצוות מסודרים.
5. חיתוך לייזר מונחה מים
לייזר מנחה המים ממקד את אור הלייזר ומנחה אותו לתוך עמודת המיקרו-מים. קוטר עמודת המים משתנה בהתאם לפתח הזרבובית, ויש מפרטים שונים של 100-30 מיקרומטר. באמצעות עקרון ההשתקפות הכוללת בין עמוד המים לממשק האוויר, אור הלייזר יתפשט לאורך כיוון עמוד המים לאחר הכנסתו לעמוד המים.
זה יכול לעבד בטווח שבו עמוד המים נשאר יציב, ומרחק העבודה האפקטיבי הארוך במיוחד מתאים במיוחד לחיתוך חומרים עבים. בחיתוך לייזר מסורתי, הצטברות והולכת אנרגיה הם הגורם העיקרי לנזק תרמי משני צידי קו החיתוך, בעוד שהלייזר מונחה מים מוציא במהירות את החום השיורי של כל פולס מבלי להצטבר על חומר העבודה עקב הפעולה של עמוד המים, כך חותך הדרך נקייה ומסודרת.
בהתבסס על יתרונות אלו, סיליקון קרביד חיתוך לייזר מוליך מים הוא בחירה טובה בתיאוריה, אך הטכנולוגיה קשה, והבשלות של ציוד נלווה אינה גבוהה. קשה לייצר חרירים כחלקים פגיעים. אם לא ניתן לשלוט על עמודת המים העדינה בצורה מדויקת ויציבה, טיפות המים הניתזות מחלשות את השבב, ומשפיעות על התפוקה. לכן, תהליך זה עדיין לא יושם לייצור פרוסות סיליקון קרביד.