01 Įvadas
Vaflių pjaustymas yra svarbus puslaidininkinių prietaisų gamybos žingsnis. Pjovimo būdas ir kokybė tiesiogiai įtakoja plokštelės storį, šiurkštumą, matmenis ir gamybos sąnaudas bei turi didelę įtaką įrenginio gamybai. Silicio karbidas, kaip trečiosios-kartos puslaidininkinė medžiaga, yra labai svarbi medžiaga skatinant elektros revoliuciją. Aukštos-kokybės kristalinio silicio karbido gamybos sąnaudos yra labai didelės, todėl dažnai norima išpjauti didelį silicio karbido luitą į kuo daugiau plonų silicio karbido plokštelių substratų. Tuo pačiu metu pramonės plėtra padidino plokštelių dydį, o tai padidina pjovimo procesų poreikius. Tačiau silicio karbido medžiaga pasižymi itin dideliu kietumu – 9,5 Moso kietumo, nusileidžia tik kiečiausiam pasaulyje deimantui (10), be to, ji pasižymi kristalų trapumu, todėl ją sunku pjauti. Šiuo metu pramonėje paprastai naudojamas srutos vielos pjovimas arba deimantinės vielos pjovimas. Pjovimo metu aplink silicio karbido luitą vienodais intervalais išdėstomas fiksuotas vielinis pjūklas, o įtempus vielinį pjūklą iškerpamos silicio karbido plokštelės. Naudojant vielinio pjovimo metodą, norint atskirti plokšteles nuo 6{20}colių skersmens luito, reikia apie 100 valandų. Gautos plokštelės turi ne tik santykinai didelį pjūvį, bet ir didesnį paviršiaus šiurkštumą, todėl medžiagos nuostoliai siekia net 46%. Tai padidina silicio karbido medžiagų naudojimo sąnaudas ir riboja jos plėtrą puslaidininkių pramonėje, todėl naujų silicio karbido plokštelių pjovimo technologijų moksliniai tyrimai tampa neatidėliotini. Pastaraisiais metais pjovimo lazeriu technologija tapo vis populiaresnė puslaidininkinių medžiagų gamyboje ir apdirbime. Šio metodo principas – fokusuoto lazerio spindulio pagalba modifikuojamas substratas nuo medžiagos paviršiaus arba viduje, taip jį atskiriant. Kadangi tai yra nekontaktinis procesas, išvengiama įrankių nusidėvėjimo ir mechaninio įtempio. Todėl tai labai pagerina plokštelės paviršiaus šiurkštumą ir tikslumą, pašalina tolesnių poliravimo procesų poreikį, sumažina medžiagų nuostolius, sumažina išlaidas ir sumažina aplinkos taršą, kurią sukelia tradiciniai šlifavimo ir poliravimo procesai. Pjovimo lazeriu technologija jau seniai taikoma silicio luitų pjovimui, tačiau jos taikymas silicio karbido srityje vis dar nėra brandus, šiuo metu yra keletas pagrindinių technologijų.
2Vandens{1}}vadomas pjovimas lazeriu
Vandeniu{0}}valdoma lazerinė technologija (Laser MicroJet, LMJ), taip pat žinoma kaip lazerio mikrosrovės technologija, veikia pagal principą, kai lazerio spindulys nukreipiamas į purkštuką, kai lazeris praeina per slėgio{1}}moduliuotą vandens kamerą; iš purkštuko išleidžiama žemo -slėgio vandens srovė. Vandens ir oro sąsajoje dėl lūžio rodiklių skirtumo susidaro šviesos bangolaidis, leidžiantis lazeriui sklisti vandens tėkmės kryptimi ir taip pasiekti medžiagos paviršiaus pjovimą per aukšto -slėgio vandens srovės nukreipimą. Pagrindinis vandeniu{6}}valdomų lazerių pranašumas yra pjovimo kokybė; vandens srautas ne tik atvėsina pjovimo vietą, sumažindamas medžiagos šiluminę deformaciją ir pažeidimus, bet ir pašalina perdirbimo šiukšles. Lyginant su vielinio pjūklo pjovimu, jo greitis žymiai padidėja. Tačiau skirtingų bangų ilgių vandens sugertis skiriasi, todėl dažniausiai naudojami lazerio bangos ilgiai yra 1064 nm, 532 nm ir 355 nm. 1993 m. Šveicarijos mokslininkas Beruoldas Richerzhagenas pirmą kartą pasiūlė šią technologiją, o jo įmonė Synova specializuojasi tarptautiniuose vandens technologiniuose tyrimuose ir pramonėje4}. etape, o vietinės technologijos gana atsilieka, o tokios įmonės kaip Inno Laser ir Shengguang Silicon Research aktyviai vystosi.
03 Slaptas pjaustymas kauliukais
Stealth Dicing (SD) apima lazerio fokusavimą per silicio karbido paviršių į lusto vidų, sukuriant modifikuotą sluoksnį norimame gylyje, kad būtų galima atskirti plokšteles. Kadangi plokštelės paviršiuje nėra įpjovimų, galima pasiekti didesnį apdorojimo tikslumą. SD procesas, naudojant nanosekundinius impulsinius lazerius, buvo naudojamas pramonėje silicio plokštelėms atskirti. Tačiau nanosekundžių impulsinių lazerių sukelto silicio karbido SD apdorojimo metu atsiranda šiluminiai efektai, nes impulso trukmė yra daug ilgesnė nei elektronų ir fononų sujungimo laikas silicio karbide (pikosekundžių tvarka). Dėl didelės šiluminės plokštelės įvesties ne tik atsiskyrimas linkęs nukrypti nuo norimos krypties, bet ir sukuria didelį liekamąjį įtempį, dėl kurio atsiranda lūžių ir prastas skilimas. Todėl apdorojant silicio karbidą paprastai naudojami ultra-trumpo impulso lazeriniai SD procesai, kurie labai sumažina šiluminį poveikį.
Japonijos įmonė DISCO sukūrė pjovimo lazeriu technologiją, vadinamą Key Amorphous{0}}Black Repetitive Absorption (KABRA), naudodama 6 colių skersmens ir 20 mm storio silicio karbido kristalo luito apdirbimo pavyzdį, todėl silicio karbido plokštelių gamybos greitis padidėjo keturis kartus. KABRA proceso esmė fokusuoja lazerį silicio karbido medžiagoje, padalijant silicio karbidą į amorfinį silicį ir amorfinę anglį per „amorfinę-juodą pasikartojančią absorbciją“ ir suformuojant sluoksnį kaip plokštelės atskyrimo tašką, o būtent juodąjį sluoksnį, kuris lengvai sugeria šviesą ir sugeria daugiau amorfinės šviesos. vaflį.
„Siltectra“ sukurta „Cold split“ plokštelių technologija, kurią įsigijo „Infineon“, leidžia ne tik suskirstyti įvairių tipų luitus į plokšteles, bet ir vienai plokštelei prarandama tik 80 μm, todėl medžiagų nuostoliai sumažėja 90%, galiausiai iki 30% sumažėja bendra įrenginių gamybos kaina. Šaltojo pjovimo technologiją sudaro du etapai: pirma, veikiant lazeriu, ant luito susidaro sluoksniuojantis sluoksnis, dėl kurio silicio karbido medžiaga plečiasi, o tai sukuria tempimo įtempį ir suformuoja labai siaurą mikro{4}}plyšio sluoksnį; tada polimero aušinimo etape šie mikro{5}}įtrūkimai paverčiami pagrindiniu įtrūkimu, galiausiai atskiriant plokštelę nuo likusio luito. 2019 m. trečiosios šalies atliktas šios technologijos vertinimas nustatė, kad suskaidytų plokštelių paviršiaus šiurkštumas Ra buvo mažesnis nei 3 µm, o geriausi rezultatai buvo mažesni nei 2 µm.
Modifikuotas lazerinis pjovimas, kurį sukūrė didelės šeimos lazerių įmonė, yra lazerinė technologija, kuri išskiria puslaidininkines plokšteles į atskiras lustas arba grūdelius. Šis procesas taip pat apima plokštelės vidaus nuskaitymą tiksliuoju lazerio spinduliu, kad būtų suformuotas modifikuotas sluoksnis, leidžiantis plokštelei plėstis palei lazerinio skenavimo kelią, veikiant įtempiams, ir pasiekti tikslų atskyrimą.
Šiuo metu vietiniai gamintojai yra įvaldę silicio karbido pjovimo skiediniu technologiją, tačiau pjovimo nuostoliai dideli, efektyvumas mažas, tarša didelė, kurią pamažu keičia deimantinės vielos pjovimo technologija. Tuo pačiu metu pjovimo lazeriu našumo ir efektyvumo pranašumai yra ryškūs ir siūlo daug pranašumų, palyginti su tradicinėmis mechaninėmis kontaktų apdorojimo technologijomis, įskaitant aukštą apdorojimo efektyvumą, siaurus pjovimo kelius ir didelį drožlių tankį, todėl jis yra stiprus konkurentas pakeičiant deimantinės vielos pjovimo technologiją ir atveria naujas naujos kartos puslaidininkinių medžiagų, tokių kaip silicio karbidas, taikymo kelią. Tobulėjant pramoninėms technologijoms, silicio karbido substratų dydis ir toliau didėja, o silicio karbido pjovimo technologija sparčiai vystysis; efektyvus ir kokybiškas pjovimas lazeriu{3}} bus svarbi silicio karbido pjovimo tendencija ateityje.
