Industrija	Proizvodnja polprevodnikov, napredna keramika, polprevodniški materiali tretje generacije
Proces	Enoprehodna obdelava skozi luknjo z vodenim laserjem z vodnim curkom (WJGL).
rešitev	Podlage SiC 35 mm × 2 mm po meri z natančnimi mikroluknjami Φ0,15 mm
Storitve	Tehnično svetovanje, razvoj procesov, poročila o inšpekcijskih pregledih, nanos in strojna obdelava po meri
Rezultati	• Enakomerna geometrija luknje od vstopa do izstopa potrjena s SEM • Brez merljive konusnosti; razmerje stranic primerno za 2 mm debeline • Minimalna toplotno prizadeta cona in skoraj brez krušenja na trdo krhkem SiC • Uspešna dobava in sprejem strank za razvoj materiala za sekundarne baterije

Slika 1: fotografija izdelka 35 mm × 2 mm SiC substrata po vodno vodeni laserski obdelavi mikro lukenj

Slika2：Slika SEM vodno vodene lasersko obdelane luknje Φ0,15 mm v SiC substratu VeTek

Tehnologija vodno vodenega laserja (WJGL) podjetja VeTek Semiconductor omogoča obdelavo mikro lukenj v enem prehodu brez konusov v debelih substratih iz silicijevega karbida (SiC). V nedavnem projektu so bile skoznje luknje Φ0, 15 mm uspešno obdelane na podlagah N-tipa 4H-SiC s premerom 35 mm × 2 mm. Inšpekcija SEM je potrdila zelo enotne stene lukenj od vhoda do izhoda, kar izpolnjuje stroge zahteve za polprevodnike.

1. Kako vodno vodeni laser doseže SiC luknje brez stožca?

Slika3:Načelo vodno vodenega laserja: laserska energija omejena z visokotlačnim vodnim mikro curkom (vodno optično vlakno)

Visokotlačna voda je potisnjena skozi natančno šobo (premer 30–120 µm), da nastane stabilen mikrojet. Osredotočeni 532 nm laser je povezan v ta curek skozi stekleno okno. Ko je v vodnem stolpcu, je laser omejen s popolnim notranjim odbojem in potuje kot »vodno optično vlakno« z visoko energijsko gostoto. Ko mikrojet pride v stik z obdelovancem, laser odstrani material, medtem ko neprekinjen vodni tok ohladi območje rezanja in odplakne ostanke.

Ker je vodilni medij valjast stolpec s konstantnim premerom, nastajajoča laserska energija ostane vzporedna na delovni razdalji nekaj deset milimetrov. Posledično odrezana stena ostane navpična tudi na 2 mm (in do 60 mm) debelem SiC, kar odpravlja potrebo po sledenju fokusa in preprečuje zožitev, ki se pojavi pri laserskem vrtanju v prostem prostoru.

Slika 4: Dejanska fotografija vodno vodenega laserskega dela

Ključne prednosti postopka za trdo krhke materiale

• Pri debelinah do 60 mm nastavitev fokusa ni potrebna

• Ničelna ali skoraj ničelna koničnost (10–20 µm razlika med vstopom in izstopom)

• Neprekinjeno hlajenje zavira toplotno obremenitev in lomljenje robov

• Enakomerna porazdelitev energije po prerezu curka zmanjša hrapavost površine (Ra 0,3–1 µm)

• Širina zareza je tako ozka kot 50 µm, kar zmanjšuje izgubo materiala na dragem SiC

2. Prednosti vodno vodenega laserja pri obdelavi polprevodniške keramike

Slika5. Vodno vodena laserska oprema VeTek (serija WL)

Pri tradicionalnem mehanskem vrtanju lukenj Φ0,15 mm v 2 mm SiC pogosto pride do zloma orodja, lomljenja robov in progresivnega spreminjanja premera. Lasersko vrtanje v prostem prostoru, čeprav je brezkontaktno, ustvarja toplotno prizadeta območja, prelite plasti in opazno zožitev. Vodno vodeni laser premaga oba niza omejitev:

1. Možnost enega prehoda skozi luknjo– odpravlja napake pri poravnavi dvostranske obdelave.

2. Visoko razmerje stranic– redno se dosegajo razmerja, ki presegajo 30:1.

3. Ultra nizka mehanska sila– sila vodnega curka je samo ~1 N, kar omogoča varno obdelavo ultratankih ali krhkih rezin.

4. Čiste površine brez žlindre– nenehno izpiranje odstranjuje ostanke in preprečuje ponovno odlaganje.

3. Vodno vodene laserske aplikacije za mikroluknje z visokim razmerjem stranic v SiC

Slika6. Precizne keramične komponente, obdelane z vodno vodenim laserjem

Tipične zmogljivosti vključujejo:

• Območje debeline obdelave: 0,05–60 mm (SiC, borova karbidna keramika)

• Najmanjša odprtina: 0,1 mm (odvisno od debeline)

• Merska natančnost: ±0,01 mm

• Površinska hrapavost: 0,3–1 µm

• Platforme opreme: WL-DCS200 (200 × 240 mm delovno območje, 50–60 W) in WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Slika7.Preverjanje enotne skoznje luknje Φ0,15 mm od vstopa do izstopa v 2 mm SiC substratu s strani stranke

Dokazi projekta: luknja Φ0,15 mm na 2 mm SiC

V sodelovanju s korejskim tehnološkim partnerjem je VeTek dobavil pet substratov N-tipa 4H-SiC s premerom 35 mm in debelino 2 mm, od katerih vsak vsebuje natančno skoznjo luknjo Φ0,15 mm. Analiza SEM, ki jo je izvedla končna stranka, je potrdila, da je luknja šobe ohranila enakomerno cilindrično obliko od vstopne strani laserja do izstopne strani. Deli so bili sprejeti v ocenjevanje pri razvoju anodnega materiala iz silicijeve zlitine za litij-ionske baterije naslednje generacije.

4. pogosta vprašanja

V1: Ali lahko vodno vodeni laser obdela luknje, manjše od Φ0,15 mm v 2 mm SiC?

O: Pri odprtinah, ki so bistveno manjše od 0,15 mm na 2 mm debeline, se tehnične težave močno povečajo. Manjše luknje (npr. 0,06 mm) so priporočljive na tanjših substratih (≤0,4 mm), da ohranite izkoristek in geometrijo.

V2: Ali je postopek res enkraten?

O: Da. Žarek, voden z vodnim curkom, se širi skozi celotno debelino v eni neprekinjeni operaciji, s čimer se odpravi nevarnost neusklajenosti pri vrtanju spredaj in zadaj.

V3: Katere inšpekcijske podatke je mogoče zagotoviti?

O: Poročila o dimenzijskih meritvah, optične in SEM slike preseka lukenj ter podatki o površinski hrapavosti so priloženi vsaki seriji. Video posnetki celotnega postopka ostajajo zaupni, vendar je vzorčno preverjanje geometrije standardno.

5. Zaključek

Vodno vodena laserska tehnologija podjetja VeTek Semiconductor ponuja zanesljivo pot z visokim izkoristkom do natančnih mikro funkcij v trdih in krhkih polprevodniških materialih. Ne glede na to, ali potrebujete podlage SiC po meri z mikroluknjami, keramične komponente za procesno opremo ali napredne prevleke SiC/TaC CVD, je naša ekipa inženirjev pripravljena podpreti vaš naslednji projekt.

Raziščite našeRešitve za prevleke SiC za nadaljnje tehnične podrobnosti ali pa nas kontaktirajte, da se pogovorimo o vaših posebnih zahtevah glede obdelave.