Puslaidininkiai yra neatskiriama medicinos prietaisų vidinio veikimo dalis, prisidedantys prie laidumo tarp nelaidininkų ir laidininkų, kad būtų galima valdyti srovę. Savo ruožtu tobulo puslaidininkio surinkimo procesas yra labai detalus, ypač dabar, kai įrenginiai tampa vis mažesni. Kadangi puslaidininkiai greitai miniatiūrizuojami, kad tilptų į šiuos mažesnius įrenginius, lazerių vaidmuo puslaidininkių gamyboje pasikeitė.
Lazerinė technologija dažnai naudojama puslaidininkių gamyboje dėl plonų, tikslių, universalių ir galingų spindulių dėl įvairių priežasčių, įskaitant pjovimą, suvirinimą, dangos pašalinimą ir žymėjimą.
Pjaustymas / užrašymas
Puslaidininkių gamyboje vyksta įvairūs pjaustymo kubeliais etapai, įskaitant plokštelių pjaustymą iš krištolinių blokų ir šablonų iš plonų plėvelių. Pjaustymas kubeliais lazeriu užtikrina, kad lustai būtų švariai supjaustyti, kad jie tinkamai tilptų į galutinį įrenginį. Naudojant lazerius, puslaidininkius galima supjaustyti į daugybę formų ir raštų, kurių neįmanoma naudojant kitus pjaustymo kubeliais būdus. Pasak Kolumbijos universiteto Fu fondo inžinerijos ir taikomųjų mokslų mokyklos, plokštelių pjovimas naudojant šį metodą sumažina įrankių susidėvėjimą ir medžiagų praradimą, todėl gaunamas didesnis derlius.
Kolumbijos puslaidininkių lazerinio apdorojimo tyrimo medžiagoje teigiama, kad „pjovimo lazeriu pranašumai yra mažesnis įrankių nusidėvėjimas, mažesnis medžiagos praradimas pjūvyje, didesnis derlius dėl mažesnio lūžimo ir greitesnis apsisukimas dėl lengvo tvirtinimo“.
Kitas pjovimo variantas yra įbrėžimas – išgręžus glaudžiai išdėstytas arba persidengiančias aklinas skylutes per pusę medžiagos. Tai metodas, plačiai naudojamas puslaidininkių gamyboje, pavyzdžiui, aliuminio oksido substratų pjaustymas į lustų laikiklius arba silicio plokštelių atskyrimas į lustus. Verta paminėti, kad lazerio tipas, reikalingas braižymui, priklauso nuo naudojamos medžiagos.
Universitetas sako: „Aliuminio oksido rašymui naudojami CO2 lazeriai, o silicio rašymui naudojami Nd:YAG lazeriai, nes skirtingos medžiagos turi skirtingą sugerties greitį esant skirtingam bangos ilgiui“.
Motyvacija naudoti įbrėžimus, o ne pjovimą, priklauso nuo veiksmo greičio gamybos ceche. „Aliuminio oksido, kuris yra apie 0,025 colio storio, medžiaga gali būti nubrėžiama maždaug 10 colių per sekundę greičiu naudojant vidutinės galios CO2 lazerį, o panašaus lazerio pjovimo greitis gali būti colio dalimis per sekundę“, – rašo universiteto darbuotojai. „Įrašymas taip pat suteikia pranašumą, nes galima nubraižyti substratą prieš baigiant apdorojimą, o po apdorojimo jį lengvai atskirti į drožles.
Weldingas
Lazerinis litavimas arba lazerinis diodinis suvirinimas yra puslaidininkinio komponento gretimų dalių lydymas kartu, panašiai kaip plokštelės pritvirtinimas prie atraminės plokštės. Ant atraminių plokščių, kurios yra paruoštos klijuoti (pvz., švino rėmai), lazeris ant rėmo uždeda identifikavimo ženklą ir šiurkština paviršių, kad būtų užtikrinta, jog abi dalys būtų patikimai sujungtos. Sujungus, lazerinio žymėjimo mašina pašalina grubinimo proceso metu susidariusias įdubas.
Dangos pašalinimas
Užtikrinti, kad puslaidininkiai būtų švarūs ir be defektų, yra gamybos proceso, vadinamo dangos pašalinimu, dalis. Naudojant lazerį (dažniausiai Nd:YAG), nepageidaujamas dangas galima pašalinti kaip naudojant dervą ar varį ir kaip naudojant aukso ar plonos plėvelės dangas. Norėdami pašalinti šurmulį, lazeris naudoja savo smulkų, tikslų spindulį, kad pašalintų medžiagos perteklių, nepažeisdamas gaminio.Dangų pašalinimasleidžia aiškiau išanalizuoti defektus, todėl apžiūrai nereikia išardyti, dėl ko gali būti sugadintas gaminys.
Žymėjimas
Puslaidininkių žymėjimas lazeriuyra svarbus gaminio atsekamumui ir skaitomumui, o tai reiškia, kad lazeris turi būti aiškiai įskaitomas labai mažais spaudiniais. Produkto atsekamumas reiškia, kad produktą galima sekti per kelis gamybos ir galutinio paskirstymo etapus. Taip lengviau rasti ir išskirti konkrečias defektų kategorijas.
Pažymėti lustai taip pat turi būti įskaitomi, nes žymėjimas yra naudingas būdas nustatyti, kuris produktas tinkamas naudoti. „Wafer World“ teigimu, „lazeris ne tik įpjauna plokštelės paviršių, bet ir pertvarko paviršiaus daleles, kad susidarytų itin seklios, bet lengvai įskaitomos žymės“.
Puslaidininkiams naudojami dviejų tipų žymekliai: ėsdinimo žymekliai ir atkaitinti žymekliai. Odinimo žymekliai yra ploni medžiagos sluoksniai, kurie pašalinami lazeriu, paliekant maždaug 12–25 mikronų gylio tekstūruotą žymę. Jie dažnai vadinami „kietais ženklais“, nes matomas paviršiaus sluoksnio pasikeitimas.
Kita vertus, atkaitinimo žymės naudoja mažesnės galios lazerį, kad pertvarkytų molekules, o ne jas išgraviruotų. Tai sukuria lusto paviršiaus kontrastą, kuris matomas atsispindėjus šviesai.
Lazerio tipas
Šiuo metu įmonės daugiausia naudoja kietojo kūno lazerius lustų gamybai, nes jie yra žinomi dėl savo didelės galios ir naudoja rūdą kaip lazerinę terpę. Mineralinės terpės paprastai susideda iš itrio, aliuminio, granato arba itrio vanadato kristalų. Pavyzdžiui, Nd:YAG lazeriuose kaip terpė naudojami neodimiu legiruoti itrio aliuminio granato kristalai. Lazerio spindulys generuojamas naudojant osciliatorių, kuris stimuliuoja terpę lazerio diodo šviesa.
Vienas iš kietojo kūno lazerių, naudojamų lustams žymėti, graviruoti ir pjaustyti, yra skaidulinis lazeris, sako Keyence ir priduria, kad didelės spartos lazeriai naudoja "optinius pluoštus kaip rezonatorius ir sukuria persidengiančias struktūras per Yb jonų legiruotą pluošto apvalkalą". pažymėdamas, kad jo skaiduliniai lazeriai yra žinomi kaip 3-ašies skaidulinių lazerių MD-F serija. "Kai kurie pluoštinių lazerių naudojimo būdai apima priešgamybinių procesų nešvarumų pašalinimą, atsekamumo kodų žymėjimą ir dervos pašalinimą defektų analizei."
Eksimeriniai lazeriai taip pat naudojami puslaidininkių gamyboje. Šie yra gilūsultravioletinis(UV) lazeriai, kurių bangos ilgis svyruoja nuo 126 nm iki 351 nm, kurie pirmiausia naudojami polimerų mikroapdirbimui. Dėl trumpesnių UV lazerio spindulių, palyginti su kietojo kūno, jie tinka bet kokio tipo medžiagoms, įskaitant labai trapias ir subtilias medžiagas, ir leidžia jiems dirbti labai mažoje tikslioje srityje su sumažintu veikimo tašku. Kai naudojamas žymėjimui, UV lazeris pakeičia gaminio medžiagos struktūrą molekuliniu lygmeniu, nesukeldamas šilumos aplinkinėje srityje.
Lazerinės inovacijos
Šiuo metu kietojo kūno ir eksimeriniai lazeriai laikomi pagrindinėmis galimybėmis naudojant lazerinę gamybą puslaidininkių gamybai. Tačiau netrukus gali pasirodyti naujas variantas, kuris galėtų konkuruoti su klasika. Neseniai žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime Kioto universiteto mokslininkų komanda, vadovaujama Susumu Noda, rašė, kad jie ėmėsi veiksmų, kad įveiktų puslaidininkinio lazerio ryškumo apribojimus, pakeisdami fotoninių kristalų paviršių spinduliuojančių lazerių (PCSEL) struktūrą. Elektros ir elektronikos inžinierių instituto teigimu, ryškumas yra privalumas, apimantis šviesos pluošto fokusavimo ar divergencijos laipsnį. Nors PCSEL buvo laikomas patraukliu didelio ryškumo lazerių pasirinkimu, anksčiau jie buvo nekeičiami naudoti dideliuose įrenginiuose. - masto operacijos dėl iššūkių, susijusių su lazerių dydžiu ir ryškumu.
Dažnai PCSEL problema kyla dėl noro išplėsti jų spinduliavimo plotą, o tai reiškia, kad yra vietos šviesai svyruoti spinduliavimo kryptimi ir skersine kryptimi. „Šie skersiniai virpesiai yra žinomi kaip aukštesnės eilės režimai ir gali sugadinti spindulio kokybę“, – rašo IEEE. „Be to, jei lazeris veikia nuolat, lazerio viduje esanti šiluma gali pakeisti prietaiso lūžio rodiklį, o tai dar labiau pablogins spindulio kokybę.
„Nature“ tyrime mokslininkai naudojo fotoninius kristalus, įterptus į lazerį, ir „pritaikė vidinį reflektorių, kad būtų galima vienmodžiai svyruoti platesnėje srityje ir kompensuoti šiluminę žalą“. Šie pakeitimai leido lazeriui išlaikyti aukštą spindulio kokybę nepertraukiamo veikimo metu.
Tyrėjai savo tyrime sukūrė 3-mm skersmens PCSEL – 10-kartų šuolį nuo ankstesnio 1-mm skersmens PCSEL įrenginio.
„Fotoninių kristalų paviršių spinduliuojančiam lazeriui, kurio didelis rezonansinis skersmuo – 3 mm, [nepertraukiamos bangos] išėjimo galia didesnė nei 50 W, gryni vienmodžiai virpesiai ir itin siaura 0,05 spindulio divergencija laipsnis , atitinkantis daugiau nei 10,{8}} bangos ilgių medžiagoje“, – rašė tyrėjai. Ryškumas ...... pasiekia 1 GW cm-2 sr-1, panašus į esamų didelių lazerių."
Verta paminėti, kad „didelio tūrio lazeriais“ mokslininkai turi omenyje šiuo metu puslaidininkinių lazerių gamyboje naudojamus kietojo kūno ir eksimerinius lazerius.
Kioto universitete įkurdami 1,000-kvadratinio metro ploto fotoninių kristalų paviršių spinduliuojančių lazerių kompetencijos centrą, Noda ir jo komanda taip pat perėjo nuo fotoninių kristalų gamybos naudojant elektronų pluošto litografiją prie gaminant juos nanoimprinto litografija.
„E-spindulių litografija yra tiksli, bet paprastai per lėta didelio masto gamybai“, – sako IEEE. „Nanoimprinto litografija iš esmės įspaudžia raštus ant puslaidininkių ir yra naudinga norint greitai sukurti labai įprastus raštus.
Remiantis tyrimu, kitas žingsnis yra toliau didinti lazerio skersmenį nuo 3 iki 10 milimetrų – tokio dydžio, kuris, kaip pranešama, sukuria 1 kilovatą išėjimo galios.
