طريقة التقطيع لرقاقة كربيد السيليكون

1. طحن عجلة الكتابة
تعمل آلة تقطيع عجلة الطحن على دفع الشفرة للدوران بسرعة عالية من خلال المغزل الكهربائي الهوائي لتحقيق طحن قوي للمواد. حواف القطع للشفرات المستخدمة مطلية بجزيئات اكسيد الالمونيوم. تبلغ صلابة اكسيد الالمونيوم على مقياس موهس 10، وهي أعلى قليلاً من صلابة SiC التي تبلغ صلابة 9.5. الطحن المتكرر بسرعة منخفضة لا يستغرق وقتًا طويلاً وشاقة فحسب، بل يتسبب أيضًا في تآكل متكرر للأداة. على سبيل المثال، يستغرق الأمر 6-8 ساعة لقطع رقاقة SiC مقاس 100 مم (4 بوصة)، ومن السهل التسبب في عيوب التقطيع. لذلك، تم استبدال طريقة المعالجة التقليدية غير الفعالة تدريجيًا بالكتابة بالليزر.
2. وضع علامات ليزر كاملة
الكتابة بالليزر هي عملية استخدام شعاع ليزر عالي الطاقة لتشعيع سطح قطعة الشغل لإذابة وتبخير المنطقة المشععة محليًا، وبالتالي تحقيق إزالة المواد والنقش. الكتابة بالليزر هي معالجة بدون تلامس، بدون ضرر بسبب الإجهاد الميكانيكي، وطرق معالجة مرنة، وعدم فقدان الأدوات وتلوث المياه، وانخفاض تكاليف صيانة المعدات. من أجل تجنب تلف الفيلم الداعم عندما يكتب الليزر من خلال الرقاقة، يتم استخدام فيلم الأشعة فوق البنفسجية المقاوم للاستئصال بدرجة الحرارة العالية.
في الوقت الحاضر، تستخدم معدات الكتابة بالليزر الليزر الصناعي، بثلاثة أطوال موجية تبلغ 1064 نانومتر، و532 نانومتر، و355 نانومتر، وعرض نبض يبلغ نانوثانية، وبيكو ثانية، وفيمتوثانية. من الناحية النظرية، كلما كان طول موجة الليزر أقصر وعرض النبضة أقصر، قل التأثير الحراري للمعالجة، وهو أمر مفيد للمعالجة الدقيقة الدقيقة، ولكن التكلفة مرتفعة نسبيًا. يتم استخدام ليزر النانو ثانية فوق البنفسجية 355 نانومتر على نطاق واسع بسبب التكنولوجيا الناضجة والتكلفة المنخفضة والتأثير الحراري الصغير للمعالجة. في السنوات الأخيرة، تطورت تقنية الليزر بيكو ثانية 1 064 نانومتر بسرعة وتم تطبيقها في العديد من المجالات الجديدة وحققت نتائج جيدة.
على سبيل المثال، التأثير الحراري للمعالجة بالليزر فوق البنفسجي 355 نانومتر صغير، لكن الخبث المتبخر بشكل غير كامل يلتصق ويتراكم في خط القطع، مما يجعل قسم القطع غير سلس، ومن السهل أن يسقط الخبث المرفق في العملية اللاحقة، مما يؤثر على الجهاز أداء. يعتمد ليزر البيكو ثانية 1064 نانومتر على طاقة أعلى وكفاءة كتابة عالية وإزالة كافية للمواد ومقطع عرضي موحد، لكن التأثير الحراري للمعالجة كبير جدًا، ويجب حجز ممرات كتابة أوسع في تصميم الرقاقة.
3. نصف ضربة الليزر
يعتبر نصف الكتابة بالليزر مناسبًا لمعالجة المواد ذات قابلية انقسام أفضل. يتم قطع القطع بالليزر إلى عمق معين، ومن ثم يتم استخدام طريقة الانقسام لتوليد ضغط ممتد طوليًا على طول خط القطع لفصل الرقائق. تتميز طريقة المعالجة هذه بكفاءة عالية، ولا حاجة إلى عملية لصق الفيلم وإزالة الفيلم، وتكلفة المعالجة منخفضة. ومع ذلك، فإن انقسام رقائق كربيد السيليكون ضعيف، وليس من السهل تقسيمها. الجانب المتصدع من السهل أن يتشقق، وظاهرة التصاق الخبث لا تزال موجودة في الجزء المخدوش.
4. القطع غير المرئي بالليزر
الكتابة الخفية بالليزر هي تركيز الليزر على الجزء الداخلي من المادة لتشكيل طبقة معدلة، ثم فصل الشريحة عن طريق تقسيم الفيلم أو توسيعه. لا يوجد تلوث غبار على السطح، ولا يوجد فقدان مادي تقريبًا، وكفاءة المعالجة عالية. الشرطان لتحقيق الكتابة الخفية هما أن تكون المادة شفافة لليزر، وأن تنتج طاقة النبض الكافية امتصاصًا متعدد الفوتونات.
تبلغ طاقة فجوة النطاق، على سبيل المثال، كربيد السيليكون في درجة حرارة الغرفة حوالي 3.2 فولت، وهي 5.13×10 -19 J. 1 064 نانومتر طاقة فوتون الليزر E=hc/lect=1 .87×10 -19 J. يمكن ملاحظة أن طاقة فوتون الليزر البالغة 1 064 نانومتر أصغر من فجوة نطاق الامتصاص لمادة كربيد السيليكون، وهي شفافة بصريًا، مما يلبي شروط غير المرئية الكتابة. ترتبط النفاذية الفعلية بعوامل مثل خصائص سطح المادة والسمك وأنواع المنشطات. إذا أخذنا رقاقة كربيد السيليكون المصقولة بسمك 300 ميكرومتر كمثال، فإن نفاذية الليزر المقاسة 1064 نانومتر تبلغ حوالي 67%.
يتم اختيار ليزر بيكو ثانية ذو عرض نبضي قصير للغاية، ولا يتم تحويل الطاقة الناتجة عن امتصاص متعدد الفوتون إلى طاقة حرارية، ولكنها تسبب فقط عمقًا معينًا من الطبقة المعدلة داخل المادة. الطبقة المعدلة هي منطقة الكراك أو منطقة الانصهار أو منطقة تغير معامل الانكسار داخل المادة. ثم من خلال عملية التقسيم اللاحقة، سيتم فصل الحبوب على طول الطبقة المعدلة.
إن قابلية انقسام مادة كربيد السيليكون ضعيفة، ويجب ألا تكون المسافة بين الطبقات المعدلة كبيرة جدًا. يستخدم الاختبار آلة التقطيع الأوتوماتيكية JHQ-611 ورقاقة SiC بسمك 350 ميكرومتر لقطع 22 طبقة بسرعة قطع تبلغ 500 مم/ثانية. بعد التشقق، يصبح القسم سلسًا نسبيًا، مع تقطيع صغير وحواف أنيقة.
5. القطع بالليزر الموجه بالمياه
يركز ليزر التوجيه المائي ضوء الليزر ويوجهه إلى عمود الماء الصغير. يختلف قطر عمود الماء حسب فتحة الفوهة، وهناك مواصفات مختلفة تبلغ 100-30 ميكرومتر. باستخدام مبدأ الانعكاس الكلي بين عمود الماء وواجهة الهواء، سينتشر ضوء الليزر على طول اتجاه عمود الماء بعد إدخاله في عمود الماء.
يمكنها المعالجة ضمن النطاق الذي يظل فيه عمود الماء مستقرًا، ومسافة العمل الفعالة الطويلة جدًا مناسبة بشكل خاص لقطع المواد السميكة. في القطع بالليزر التقليدي، يعد تراكم الطاقة وتوصيلها هو السبب الرئيسي للضرر الحراري على جانبي خط القطع، بينما يزيل الليزر الموجه بالماء بسرعة الحرارة المتبقية لكل نبضة دون أن تتراكم على قطعة العمل بسبب الإجراء من عمود الماء، لذا فإن طريق القطع نظيف ومرتب.
بناءً على هذه المزايا، يعد كربيد السيليكون القطع بالليزر الموصل للماء خيارًا جيدًا من الناحية النظرية، لكن التكنولوجيا صعبة، ونضج المعدات ذات الصلة ليس مرتفعًا. من الصعب تصنيع الفوهات كأجزاء ضعيفة. إذا لم يكن من الممكن التحكم بدقة وثبات في عمود الماء الناعم، فإن قطرات الماء المتناثرة تزيل الرقاقة، مما يؤثر على المحصول. لذلك، لم يتم تطبيق هذه العملية بعد على إنتاج رقائق كربيد السيليكون.