Mètode de tall a daus de l'hòstia de carbur de silici

1. Traçat de mola
La màquina de tallar daus de la mola fa que la fulla giri a gran velocitat a través de l'eix elèctric aerostàtic per aconseguir una mòlta forta dels materials. Les vores de tall de les fulles utilitzades estan recobertes de partícules de corindó. La duresa Mohs del corindó és de 10, que és només lleugerament superior a la del SiC amb una duresa de 9,5. El rectificat repetit a baixa velocitat no només requereix temps i laboriós, sinó que també provoca un desgast freqüent de l'eina. Per exemple, es triguen 6-8 hores a tallar una hòstia de SiC de 100 mm (4 polzades) i és fàcil provocar defectes d'estella. Per tant, aquest mètode de processament ineficient tradicional s'ha substituït gradualment per traçat làser.
2. Marcatge làser complet
L'escriptura làser és el procés d'utilitzar un feix làser d'alta energia per irradiar la superfície d'una peça de treball per fondre i vaporitzar localment l'àrea irradiada, aconseguint així l'eliminació i el traçat del material. L'escriptura làser és un processament sense contacte, sense danys per estrès mecànic, mètodes de processament flexibles, sense pèrdua d'eines i contaminació de l'aigua i baixos costos de manteniment de l'equip. Per evitar danys a la pel·lícula de suport quan el làser travessa l'hòstia, s'utilitza una pel·lícula UV resistent a l'ablació a alta temperatura.
Actualment, els equips de traçat làser adopten làsers industrials, amb tres longituds d'ona de 1064 nm, 532 nm i 355 nm, i amplades de pols de nanosegons, picosegogons i femtosegons. Teòricament, com més curta sigui la longitud d'ona del làser i més curta l'amplada del pols, menor serà l'efecte tèrmic del processament, que és beneficiós per al processament de microprecisió, però el cost és relativament elevat. El làser de nanosegons ultraviolats de 355 nm s'utilitza àmpliament per la seva tecnologia madura, el seu baix cost i el seu petit efecte tèrmic de processament. En els últims anys, la tecnologia làser de picosegons de 1 064 nm s'ha desenvolupat ràpidament i s'ha aplicat a molts camps nous amb bons resultats.
Per exemple, l'efecte tèrmic del processament làser ultraviolat de 355 nm és petit, però l'escòria incompletament vaporitzada s'adhereix i s'acumula a la línia de tall, fent que la secció de tall no sigui suau, i l'escòria adjunta és fàcil de caure en el procés posterior, afectant el dispositiu. rendiment. El làser de picosegons de 1064 nm adopta una potència més gran, una alta eficiència de traçat, una eliminació suficient de material i una secció transversal uniforme, però l'efecte tèrmic del processament és massa gran i cal reservar carrils de traçat més amples en el disseny del xip.
3. Mitja cursa làser
La semiescriptura làser és adequada per processar materials amb millor escindida. L'escriptura làser talla a una certa profunditat i després adopta un mètode dividit per generar una tensió que s'estén longitudinalment al llarg de la línia de tall per separar les fitxes. Aquest mètode de processament té una alta eficiència, no necessita un procés d'enganxament i eliminació de pel·lícules i un baix cost de processament. Tanmateix, l'escissió de les hòsties de carbur de silici és pobre i no és fàcil de dividir. El costat esquerdat és fàcil d'esquivar i el fenomen d'adhesió de l'escòria encara existeix a la part ratllada.
4. Tall invisible per làser
L'escriptura furtiva làser consisteix a enfocar el làser a l'interior del material per formar una capa modificada i després separar el xip dividint o expandint la pel·lícula. No hi ha contaminació per pols a la superfície, gairebé no hi ha pèrdua de material i l'eficiència de processament és alta. Les dues condicions per aconseguir un traçat furtiu són que el material sigui transparent al làser i que l'energia de pols suficient produeixi una absorció multifotònica.
L'energia de banda intercalada, per exemple, del carbur de silici a temperatura ambient és d'uns 3,2 eV, que és de 5,13×10 -19 J. 1 064 nm d'energia de fotó làser E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Es pot veure que l'energia del fotó làser de 1 064 nm és més petita que l'espai de la banda d'absorció del material de carbur de silici, i és òpticament transparent, que compleix les condicions d'invisible. escrivint. La transmitància real està relacionada amb factors com ara les propietats de la superfície del material, el gruix i els tipus de dopants. Prenent com a exemple una hòstia de carbur de silici polit amb un gruix de 300 μm, la transmitància del làser mesurada de 1064 nm és d'aproximadament el 67%.
Es selecciona el làser de picosegons amb una amplada de pols extremadament curta i l'energia generada per l'absorció multifotònica no es converteix en energia tèrmica, sinó que només provoca una certa profunditat de la capa modificada dins del material. La capa modificada és l'àrea d'esquerda, l'àrea de fusió o l'àrea de canvi d'índex de refracció dins del material. A continuació, mitjançant el procés de desdoblament posterior, els grans es separaran al llarg de la capa modificada.
La clivabilitat del material de carbur de silici és pobra i la distància entre les capes modificades no hauria de ser massa gran. La prova utilitza una màquina automàtica de tallar daus JHQ-611 i una hòstia de SiC de 350 μm de gruix per tallar 22 capes a una velocitat de tall de 500 mm/s. Després de l'esquerda, la secció és relativament llisa, amb petites estellades i vores netes.
5. Tall làser guiat per aigua
El làser de guia d'aigua enfoca la llum làser i la guia cap a la micro-columna d'aigua. El diàmetre de la columna d'aigua varia segons l'obertura del broquet i hi ha diverses especificacions de 100-30 μm. Utilitzant el principi de reflexió total entre la columna d'aigua i la interfície d'aire, la llum làser es propagarà al llarg de la direcció de la columna d'aigua després d'introduir-se a la columna d'aigua.
Es pot processar dins del rang on la columna d'aigua es manté estable, i la distància de treball efectiva súper llarga és especialment adequada per tallar materials gruixuts. En el tall per làser tradicional, l'acumulació i la conducció d'energia és la causa principal del dany tèrmic a banda i banda de la línia de tall, mentre que el làser guiat per aigua elimina ràpidament la calor residual de cada pols sense acumular-se a la peça a causa de l'acció. de la columna d'aigua, per tal de tallar El camí és net i net.
A partir d'aquests avantatges, el carbur de silici de tall per làser conductor d'aigua és una bona opció en teoria, però la tecnologia és difícil i la maduresa dels equips relacionats no és alta. És difícil fabricar broquets com a peces vulnerables. Si la columna d'aigua fina no es pot controlar de manera precisa i estable, les gotes d'aigua esquitxades eliminen el xip, afectant el rendiment. Per tant, aquest procés encara no s'ha aplicat a la producció de hòsties de carbur de silici.