Индустрия	Производство на полупроводници, усъвършенствана керамика, полупроводникови материали от трето поколение
Процес	Водоструйна лазерна обработка (WJGL) с едно преминаване през отвор
Решение	Персонализирани 35 mm × 2 mm SiC субстрати с Φ0,15 mm прецизни микроотвори
Услуги	Технически консултации, разработване на процеси, доклади от инспекции, персонализирано покритие и обработка
Резултати	• Еднаква геометрия на отвора от входа до изхода, потвърдена от SEM • Без измерима конусност; съотношение на страните, подходящо за 2 mm дебелина • Минимална зона на термично въздействие и почти никакво отчупване върху твърдо чуплив SiC • Успешна доставка и приемане от клиента за разработване на материал за вторична батерия

Фигура 1: продуктова снимка на 35 mm × 2 mm SiC субстрат след водно направлявана лазерна обработка на микродупки

Фигура2：SEM изображение на VeTek лазерно насочван отвор Φ0,15 mm в SiC субстрат

Водно-насочваната лазерна (WJGL) технология на VeTek Semiconductor позволява еднопроходна обработка на микроотвори без конусност в дебели субстрати от силициев карбид (SiC). В скорошен проект, Φ0,15 mm проходни отвори бяха успешно обработени върху 35 mm диаметър × 2 mm дебелина N-тип 4H-SiC субстрати. SEM инспекцията потвърди силно еднакви стени на отвора от входа до изхода, отговаряйки на строгите изисквания за клас полупроводници.

1. Как лазерът с водно насочване постига дупки от SiC без конус?

Фигура3:Принцип на воден лазер: лазерна енергия, ограничена от водна микроструя под високо налягане (водно оптично влакно)

Водата под високо налягане се изтласква през прецизна дюза (диаметър 30–120 µm), за да се образува стабилна микроструя. Фокусиран 532 nm лазер е свързан към тази струя през стъклен прозорец. Веднъж вътре във водния стълб, лазерът е ограничен от пълно вътрешно отражение и се движи като „водно оптично влакно“ с висока енергийна плътност. Когато микроструята влезе в контакт с детайла, лазерът аблатира материала, докато непрекъснатият воден поток охлажда зоната на рязане и отмива отломките.

Тъй като направляващата среда е цилиндрична колона с постоянен диаметър, възникващата лазерна енергия остава успоредна на работно разстояние от няколко десетки милиметра. Следователно, изрязаната стена остава вертикална дори при SiC с дебелина 2 mm (и до 60 mm), елиминирайки необходимостта от проследяване на фокуса и предотвратявайки конусността, която се появява при лазерно пробиване в свободно пространство.

Фигура 4: Действителна снимка на работна сцена с воден лазер

Ключови предимства на процеса за твърди чупливи материали

• Не е необходима настройка на фокуса за дебелини до 60 mm

• Нулева или почти нулева конусност (10–20 µm разлика от входа до изхода)

• Непрекъснатото охлаждане потиска топлинния стрес и отчупването на ръбовете

• Равномерното разпределение на енергията в напречното сечение на струята намалява грапавостта на повърхността (Ra 0,3–1 µm)

• Ширина на прореза толкова тясна, колкото 50 µm, минимизираща загубата на материал при скъп SiC

2. Предимства на водно-насочвания лазер при обработката на полупроводникова керамика

Фигура5. Водно-насочвано лазерно оборудване VeTek (серия WL)

Традиционното механично пробиване на отвори Φ0,15 mm в 2 mm SiC често страда от счупване на инструмента, счупване на ръба и прогресивно изменение на диаметъра. Лазерното пробиване в свободно пространство, макар и безконтактно, генерира зони, засегнати от топлина, преработени слоеве и забележима конусност. Насочваният от вода лазер преодолява и двата набора ограничения:

1. Възможност за едно преминаване през отвор– елиминира грешките при подравняване при двустранна обработка.

2. Високо съотношение на страните– рутинно се постигат съотношения над 30:1.

3. Изключително ниска механична сила– силата на водната струя е само ~1 N, което позволява безопасна обработка на ултратънки или крехки вафли.

4. Чисти повърхности без шлака– непрекъснатото промиване премахва остатъците и предотвратява повторното отлагане.

3. Насочвани по вода лазерни приложения за микродупки с високо аспектно съотношение в SiC

Фигура6. Прецизни керамични компоненти, обработени с воден лазер

Типичните възможности включват:

• Диапазон на дебелината на обработка: 0,05–60 mm (SiC, керамика от борен карбид)

• Минимален отвор: 0,1 мм (в зависимост от дебелината)

• Точност на размерите: ±0.01 mm

• Грапавост на повърхността: 0,3–1 µm

• Платформи за оборудване: WL-DCS200 (200 × 240 mm работна зона, 50–60 W) и WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Фигура7.Клиентска SEM проверка на равномерен Φ0,15 mm проходен отвор от входа до изхода в 2 mm SiC субстрат

Доказателство за проекта: Φ0,15 mm отвор върху 2 mm SiC

В сътрудничество с корейски технологичен партньор, VeTek достави пет N-тип 4H-SiC субстрата с диаметър 35 mm и дебелина 2 mm, всеки от които съдържа прецизен проходен отвор Φ0,15 mm. SEM анализът, извършен от крайния клиент, потвърди, че отворът на дюзата поддържа еднаква цилиндрична форма от страната на входа на лазера до страната на изхода. Частите бяха приети за оценка при разработването на аноден материал от силициева сплав за следващо поколение литиево-йонни батерии.

4. ЧЗВ

Q1: Може ли воден лазер да обработва дупки, по-малки от Φ0,15 mm в 2 mm SiC?

О: За отвори значително под 0,15 mm на 2 mm дебелина техническата трудност нараства рязко. Препоръчват се по-малки отвори (напр. 0,06 mm) при по-тънки субстрати (≤0,4 mm), за да се поддържат пробивът и геометрията.

Въпрос 2: Процесът наистина ли е с едно преминаване?

A: Да. Насочваният с водна струя лъч се разпространява през цялата дебелина в една непрекъсната операция, елиминирайки риска от несъответствие при пробиване отпред и отзад.

Q3: Какви данни за проверка могат да бъдат предоставени?

A: Доклади за измерване на размерите, оптични и SEM изображения на напречното сечение на отвора и данни за грапавостта на повърхността се доставят с всяка партида. Пълните видеоклипове на процеса остават поверителни, но проверката на примерната геометрия е стандартна.

5. Заключение

Насочвана по вода лазерна технология от VeTek Semiconductor предлага надежден път с висока производителност към прецизни микрофункции в твърди и крехки полупроводникови материали. Независимо дали имате нужда от персонализирани SiC субстрати с микроотвори, керамични компоненти за технологично оборудване или усъвършенствани CVD SiC / TaC покрития, нашият инженерен екип е готов да подкрепи следващия ви проект.

Разгледайте нашитеSiC решения за покритие за допълнителни технически подробности или се свържете с нас, за да обсъдим вашите специфични изисквания за обработка.