Metóda krájania plátkov z karbidu kremíka

1. Rysovanie brúsneho kotúča
Stroj na kocky s brúsnym kotúčom poháňa čepeľ tak, aby sa otáčala vysokou rýchlosťou cez aerostatické elektrické vreteno, aby sa dosiahlo silné brúsenie materiálov. Rezné hrany použitých nožov sú pokryté časticami korundu. Mohsova tvrdosť korundu je 10, čo je len o málo viac ako SiC s tvrdosťou 9,5. Opakované brúsenie pri nízkych otáčkach je nielen časovo náročné a prácne, ale spôsobuje aj časté opotrebovanie nástroja. Napríklad rezanie 100 mm (4 palcov) plátku SiC trvá 6-8 hodín a je ľahké spôsobiť chyby odštiepenia. Preto bol tento tradičný neefektívny spôsob spracovania postupne nahradený laserovým rytím.
2. Kompletné laserové značenie
Laserové rytie je proces použitia vysokoenergetického laserového lúča na ožarovanie povrchu obrobku na lokálne roztavenie a odparenie ožiarenej oblasti, čím sa dosiahne odstránenie materiálu a ryhovanie. Laserové rytie je bezkontaktné spracovanie, bez poškodenia mechanickým namáhaním, flexibilné metódy spracovania, bez strát nástrojov a znečistenia vody a nízke náklady na údržbu zariadenia. Aby sa predišlo poškodeniu nosnej fólie pri prerezávaní laserom cez plátok, používa sa UV fólia odolná voči vysokoteplotnej ablácii.
V súčasnosti zariadenia na laserové rytie využívajú priemyselné lasery s tromi vlnovými dĺžkami 1064 nm, 532 nm a 355 nm a šírkami impulzov v nanosekundách, pikosekundách a femtosekundách. Teoreticky, čím kratšia je vlnová dĺžka lasera a čím je kratšia šírka impulzu, tým menší je tepelný efekt spracovania, čo je výhodné pre mikro-presné spracovanie, ale cena je relatívne vysoká. 355 nm ultrafialový nanosekundový laser je široko používaný kvôli svojej vyspelej technológii, nízkej cene a malému tepelnému efektu spracovania. V posledných rokoch sa technológia pikosekundového lasera 1 064 nm rýchlo rozvíjala a s dobrými výsledkami sa aplikovala v mnohých nových oblastiach.
Napríklad tepelný efekt 355nm ultrafialového laserového spracovania je malý, ale neúplne odparená troska priľne a hromadí sa v reznej línii, takže rezná časť nie je hladká a pripojená troska v následnom procese ľahko odpadáva, čo ovplyvňuje zariadenie. výkon. 1064 nm pikosekundový laser využíva vyšší výkon, vysokú účinnosť rytia, dostatočný úber materiálu a jednotný prierez, ale tepelný efekt spracovania je príliš veľký a v dizajne čipu je potrebné vyhradiť širšie ryhy.
3. Laserový polovičný zdvih
Laserové polorysovanie je vhodné na spracovanie materiálov s lepšou štiepateľnosťou. Laserové rytie reže do určitej hĺbky a potom využíva metódu delenia na generovanie pozdĺžneho napätia pozdĺž línie rezu na oddelenie triesok. Tento spôsob spracovania má vysokú účinnosť, nie je potrebný proces lepenia a odstraňovania filmu a nízke náklady na spracovanie. Štiepenie doštičiek z karbidu kremíka je však slabé a nie je ľahké ich štiepiť. Prasknutá strana sa dá ľahko odštiepiť a v poškriabanej časti stále existuje jav priľnavosti trosky.
4. Laserové neviditeľné rezanie
Laserové stealth rytie je zameranie lasera na vnútornú stranu materiálu, aby sa vytvorila upravená vrstva, a potom oddelenie čipu rozdelením alebo roztiahnutím filmu. Na povrchu nie je žiadne znečistenie prachom, takmer žiadne straty materiálu a účinnosť spracovania je vysoká. Dve podmienky na dosiahnutie stealth ryhovania sú, že materiál je transparentný pre laser a dostatočná pulzná energia vytvára multifotónovú absorpciu.
Energia zakázaného pásma Eg karbidu kremíka pri izbovej teplote je približne 3,2 eV, čo je 5,13×10 -19 J. 1 064 nm energia laserového fotónu E=hc/λ=1 0,87×10 -19 J. Je vidieť, že energia laserového fotónu 1 064 nm je menšia ako medzera absorpčného pásma materiálu karbidu kremíka a je opticky priehľadná, čo spĺňa podmienky neviditeľnosti písanie. Skutočná priepustnosť súvisí s faktormi, ako sú vlastnosti povrchu materiálu, hrúbka a typy dopantov. Ak vezmeme ako príklad leštenú doštičku z karbidu kremíka s hrúbkou 300 μm, nameraná 1064 nm laserová priepustnosť je približne 67 %.
Je zvolený pikosekundový laser s extrémne krátkou šírkou impulzu a energia generovaná multifotónovou absorpciou sa nepremieňa na tepelnú energiu, ale spôsobuje len určitú hĺbku modifikovanej vrstvy vo vnútri materiálu. Modifikovaná vrstva je oblasť trhliny, oblasť topenia alebo oblasť zmeny indexu lomu vo vnútri materiálu. Potom následným procesom štiepenia sa zrná oddelia pozdĺž upravenej vrstvy.
Štiepiteľnosť materiálu karbidu kremíka je slabá a vzdialenosť medzi modifikovanými vrstvami by nemala byť príliš veľká. Test využíva JHQ{0}} automatický rezací stroj a 350 μm hrubý SiC plát na rezanie 22 vrstiev pri reznej rýchlosti 500 mm/s. Po prasknutí je rez pomerne hladký, s malými odštiepkami a úhľadnými okrajmi.
5. Vodou vedené laserové rezanie
Vodovodný laser zaostruje laserové svetlo a vedie ho do mikrovodného stĺpca. Priemer vodného stĺpca sa mení v závislosti od otvoru trysky a existujú rôzne špecifikácie 100-30 μm. Pomocou princípu úplného odrazu medzi vodným stĺpcom a rozhraním vzduchu sa laserové svetlo po zavedení do vodného stĺpca bude šíriť v smere vodného stĺpca.
Dokáže spracovať v rozsahu, kde vodný stĺpec zostáva stabilný a super dlhá efektívna pracovná vzdialenosť je vhodná najmä na rezanie hrubých materiálov. Pri tradičnom rezaní laserom je akumulácia a vedenie energie hlavnou príčinou tepelného poškodenia na oboch stranách línie rezu, zatiaľ čo vodou vedený laser rýchlo odoberá zvyškové teplo každého impulzu bez toho, aby sa v dôsledku pôsobenia hromadil na obrobku. vodného stĺpca, takže rezanie Cesta je čistá a úhľadná.
Na základe týchto výhod je karbid kremíka na rezanie vodou vodivým laserom teoreticky dobrou voľbou, ale technológia je náročná a vyspelosť súvisiacich zariadení nie je vysoká. Je ťažké vyrábať dýzy ako zraniteľné časti. Ak nie je možné presne a stabilne kontrolovať jemný vodný stĺpec, kvapôčky striekajúcej vody odstránia triesku, čo ovplyvní výnos. Preto tento proces ešte nebol aplikovaný na výrobu doštičiek z karbidu kremíka.