Пытанне: Якія асноўныя тэхналогіі выкарыстоўваюцца пры нарэзцы і апрацоўцы пласцін SiC?
A:Карбід крэмнію (SiC) мае цвёрдасць, саступаючы толькі алмазу, і лічыцца вельмі цвёрдым і далікатным матэрыялам. Працэс нарэзкі, які ўключае разразанне вырашчаных крышталяў на тонкія пласціны, займае шмат часу і схільны да сколаў. У якасці першага кроку ўКарбід крэмніюПры апрацоўцы монакрышталяў якасць нарэзкі істотна ўплывае на наступную шліфоўку, паліроўку і пратанчэнне. Нарэзка часта прыводзіць да з'яўлення паверхневых і падпаверхневых расколін, што павялічвае частату паломкі пласцін і выдаткі на вытворчасць. Таму кантроль пашкоджання паверхневых расколін падчас нарэзкі мае вырашальнае значэнне для паляпшэння вытворчасці прылад з карбіду крэмнію.
Сярод існуючых метадаў рэзкі карбіду крэмнію (SEC) ёсць рэзка фіксаваным абразівам, рэзка свабодным абразівам, лазерная рэзка, перанос слаёў (халоднае аддзяленне) і рэзка электраэрозіяй. Сярод іх найбольш распаўсюджаным метадам апрацоўкі монакрышталяў SiC з'яўляецца зваротна-паступальная шматдротавая рэзка з фіксаванымі алмазнымі абразівамі. Аднак, паколькі памеры зліткаў дасягаюць 8 цаляў і больш, традыцыйная рэзка дротам становіцца менш практычнай з-за высокіх патрабаванняў да абсталявання, выдаткаў і нізкай эфектыўнасці. Існуе вострая патрэба ў недарагіх, нізкастратных і высокаэфектыўных тэхналогіях рэзкі.
Пытанне: Якія перавагі лазернай рэзкі перад традыцыйнай шматдротавай рэзкай?
A: Традыцыйная рэзка дротам рэжаЗлітак карбіду крэмніюуздоўж пэўнага кірунку на пласціны таўшчынёй у некалькі сотняў мікронаў. Затым пласціны шліфуюцца з дапамогай алмазных суспензій для выдалення слядоў ад пілы і пашкоджанняў пад паверхняй, пасля чаго праводзяцца хіміка-механічная паліроўка (ХМП) для дасягнення глабальнай планарызацыі і, нарэшце, ачыстка для атрымання пласцін SiC.
Аднак з-за высокай цвёрдасці і далікатнасці карбіду крэмнію гэтыя этапы могуць лёгка прывесці да дэфармацыі, расколін, павелічэння частаты паломак, павышэння выдаткаў на вытворчасць, а таксама да высокай шурпатасці паверхні і забруджвання (пылам, сцёкавымі водамі і г.д.). Акрамя таго, рэзка дротам з'яўляецца павольнай і мае нізкі выхад. Ацэнкі паказваюць, што традыцыйная шматдротавая рэзка дазваляе выкарыстоўваць толькі каля 50% матэрыялу, і да 75% матэрыялу губляецца пасля паліроўкі і шліфоўкі. Раннія дадзеныя аб замежнай вытворчасці паказвалі, што для вырабу 10 000 пласцін можа спатрэбіцца прыблізна 273 дні бесперапыннай 24-гадзіннай вытворчасці, што з'яўляецца вельмі працаёмкім працэсам.
Унутры краіны многія кампаніі па вырошчванні крышталяў SiC сканцэнтраваны на павелічэнні магутнасці печаў. Аднак замест таго, каб проста пашыраць вытворчасць, важней падумаць пра тое, як скараціць страты, асабліва калі выхад крышталяў яшчэ не аптымальны.
Абсталяванне для лазернай рэзкі можа значна знізіць страты матэрыялу і павялічыць выхад. Напрыклад, выкарыстанне адной рэзкі таўшчынёй 20 ммЗлітак карбіду крэмніюДротная рэзка можа даць каля 30 пласцін таўшчынёй 350 мкм. Лазерная рэзка можа даць больш за 50 пласцін. Калі таўшчыня пласціны паменшыць да 200 мкм, з аднаго злітка можна вырабіць больш за 80 пласцін. У той час як дротовая рэзка шырока выкарыстоўваецца для пласцін памерам 6 цаляў і менш, нарэзка 8-цалевага злітка SiC можа заняць 10-15 дзён традыцыйнымі метадамі, што патрабуе высокакласнага абсталявання і спараджае высокія выдаткі з нізкай эфектыўнасцю. У такіх умовах перавагі лазернай рэзкі становяцца відавочнымі, што робіць яе асноўнай тэхналогіяй будучыні для 8-цалевых пласцін.
Пры лазернай рэзцы час нарэзкі адной 8-цалевай пласціны можа складаць менш за 20 хвілін, а страты матэрыялу на пласціну — менш за 60 мкм.
Карацей кажучы, у параўнанні з шматдротавай рэзкай, лазерная рэзка прапануе больш высокую хуткасць, лепшы выхад, меншыя страты матэрыялу і больш чыстую апрацоўку.
Пытанне: Якія асноўныя тэхнічныя праблемы лазернай рэзкі карбіду крэмнію?
A: Працэс лазернай рэзкі ўключае ў сябе два асноўныя этапы: лазерную мадыфікацыю і падзел пласцін.
Асновай лазернай мадыфікацыі з'яўляецца фарміраванне прамяня і аптымізацыя параметраў. Такія параметры, як магутнасць лазера, дыяметр плямы і хуткасць сканавання, уплываюць на якасць абляцыі матэрыялу і поспех наступнага падзелу пласцін. Геаметрыя мадыфікаванай зоны вызначае шурпатасць паверхні і складанасць падзелу. Высокая шурпатасць паверхні ўскладняе наступнае шліфаванне і павялічвае страты матэрыялу.
Пасля мадыфікацыі падзел пласцін звычайна дасягаецца з дапамогай сіл зруху, такіх як халоднае разбурэнне або механічнае напружанне. У некаторых бытавых сістэмах для падзелу выкарыстоўваюцца ультрагукавыя пераўтваральнікі, якія выклікаюць вібрацыі, але гэта можа прывесці да сколаў і дэфектаў па краях, што зніжае канчатковы выхад.
Хоць гэтыя два этапы самі па сабе не складаныя, неадпаведнасці ў якасці крышталяў — з-за розных працэсаў росту, узроўняў легіравання і размеркавання ўнутраных напружанняў — істотна ўплываюць на складанасць рэзкі, выхад і страты матэрыялу. Простае вызначэнне праблемных зон і карэкціроўка зон лазернага сканавання могуць не істотна палепшыць вынікі.
Ключ да шырокага распаўсюджвання заключаецца ў распрацоўцы інавацыйных метадаў і абсталявання, якія могуць адаптавацца да шырокага дыяпазону якасцей крышталяў розных вытворцаў, аптымізацыі параметраў працэсу і стварэнні сістэм лазернай рэзкі з універсальным ужываннем.
Пытанне: Ці можна прымяніць тэхналогію лазернай рэзкі да іншых паўправадніковых матэрыялаў, акрамя SiC?
A: Тэхналогія лазернай рэзкі гістарычна ўжывалася для шырокага спектру матэрыялаў. У паўправадніках яна спачатку выкарыстоўвалася для нарэзкі пласцін, а з тых часоў пашырылася на нарэзку вялікіх аб'ёмных монакрышталяў.
Акрамя карбіду крэмнію, лазерная рэзка можа выкарыстоўвацца і для іншых цвёрдых або далікатных матэрыялаў, такіх як алмаз, нітрыд галію (GaN) і аксід галію (Ga₂O₃). Папярэднія даследаванні гэтых матэрыялаў прадэманстравалі магчымасць і перавагі лазернай рэзкі для паўправадніковых прымяненняў.
Пытанне: Ці існуюць у цяперашні час развітыя айчынныя прадукты для лазернай рэзкі? На якім этапе знаходзяцца вашы даследаванні?
A: Абсталяванне для лазернай рэзкі карбіду крэмнію вялікага дыяметра шырока лічыцца асноўным абсталяваннем для будучыні вытворчасці 8-цалевых пласцін карбіду крэмнію. У цяперашні час толькі Японія можа пастаўляць такія сістэмы, і яны дарагія і падпарадкоўваюцца абмежаванням на экспарт.
Паводле ацэнак, унутраны попыт на сістэмы лазернай рэзкі/прарэджвання складае каля 1000 адзінак, зыходзячы з планаў вытворчасці карбіду крэмнію і існуючых магутнасцей па вытворчасці дроту. Буйныя айчынныя кампаніі ўклалі значныя сродкі ў распрацоўку, але пакуль што ніякае прамыслова даступнае айчыннае абсталяванне не дасягнула прамысловага ўкаранення.
Даследчыя групы распрацоўваюць запатэнтаваную тэхналогію лазернага адрыву з 2001 года і цяпер пашырылі яе на лазерную рэзку і прарэджванне карбіду крэмнію вялікага дыяметра. Яны распрацавалі прататып сістэмы і працэсы рэзкі, здольныя: Рэзаць і прарэджваць паўізаляцыйныя пласціны карбіду крэмнію дыяметрам 4–6 цаляў; Нарэзаць праводзячыя зліткі карбіду крэмнію дыяметрам 6–8 цаляў. Паказчыкі прадукцыйнасці: паўізаляцыйны карбід крэмнію дыяметрам 6–8 цаляў: час рэзкі 10–15 хвілін/пласціна; страты матэрыялу <30 мкм; праводзячы карбід крэмнію дыяметрам 6–8 цаляў: час рэзкі 14–20 хвілін/пласціна; страты матэрыялу <60 мкм.
Меркаваны выхад пласцін павялічыўся больш чым на 50%
Пасля нарэзкі пласціны пасля шліфоўкі і паліроўкі адпавядаюць нацыянальным стандартам па геаметрыі. Даследаванні таксама паказваюць, што тэрмічныя ўздзеянні, выкліканыя лазерам, не аказваюць істотнага ўплыву на напружанне або геаметрыю пласцін.
Гэта ж абсталяванне выкарыстоўвалася для праверкі магчымасці рэзкі монакрышталяў алмаза, GaN і Ga₂O₃.
Час публікацыі: 23 мая 2025 г.