صنعت	ساخت نیمه هادی، سرامیک های پیشرفته، مواد نیمه هادی نسل سوم
فرآیند	ماشینکاری یک گذر از طریق سوراخ با لیزر با جت آب (WJGL).
راه حل	زیرلایه های SiC 35 میلی متر × 2 میلی متر سفارشی با میکرو سوراخ های دقیق Φ0.15 میلی متر
خدمات	مشاوره فنی، توسعه فرآیند، گزارش های بازرسی، پوشش سفارشی و ماشینکاری
نتایج	• هندسه سوراخ یکنواخت از ورودی به خروجی توسط SEM تایید شده است • بدون مخروط قابل اندازه گیری. نسبت تصویر مناسب برای ضخامت 2 میلی متر • حداقل منطقه متاثر از گرما و عملاً بدون تراشه در SiC سخت شکننده • تحویل موفقیت آمیز و پذیرش مشتری برای توسعه مواد باتری ثانویه

شکل 1: عکس محصول از بستر SiC 35mm × 2mm پس از ماشینکاری ریز سوراخ لیزری هدایت آب

شکل2：تصویر SEM از سوراخ ف0.15 میلی متری ماشین کاری شده با لیزر هدایت آب VeTek در بستر SiC

فناوری لیزر هدایت‌شونده آب (WJGL) VeTek Semiconductor، ماشین‌کاری ریز سوراخ بدون مخروطی یک‌گذر را در بسترهای ضخیم کاربید سیلیکون (SiC) امکان‌پذیر می‌کند. در یک پروژه اخیر، حفره های 15/0 میلی متری با موفقیت بر روی بسترهای 4H-SiC نوع N با قطر 35 میلی متر × ضخامت 2 میلی متر پردازش شدند. بازرسی SEM دیوارهای سوراخ بسیار یکنواخت را از ورودی تا خروجی تأیید کرد که الزامات سختگیرانه درجه نیمه هادی را برآورده می کند.

1. لیزر هدایت شده با آب چگونه به سوراخ های SiC بدون مخروط می رسد؟

شکل3:اصل لیزر هدایت آب: انرژی لیزر محدود شده توسط میکروجت آب فشار بالا (فیبر نوری آب)

آب با فشار بالا از طریق یک نازل دقیق (قطر 30 تا 120 میکرومتر) وارد می شود تا یک میکروجت پایدار تشکیل شود. یک لیزر متمرکز 532 نانومتری از طریق یک پنجره شیشه ای به این جت متصل می شود. هنگامی که لیزر در ستون آب قرار می گیرد، توسط بازتاب کامل داخلی محدود می شود و به عنوان یک "فیبر نوری آب" با چگالی بالا حرکت می کند. هنگامی که میکروجت با قطعه کار تماس می گیرد، لیزر مواد را از بین می برد در حالی که جریان مداوم آب، منطقه برش را خنک می کند و زباله ها را شستشو می دهد.

از آنجایی که محیط هدایت یک ستون استوانه ای با قطر ثابت است، انرژی لیزر در حال ظهور در فاصله کاری چند ده میلی متری موازی باقی می ماند. در نتیجه، دیوار بریده شده حتی روی SiC با ضخامت 2 میلی‌متر (و تا 60 میلی‌متر) عمودی می‌ماند و نیاز به ردیابی فوکوس را از بین می‌برد و از مخروطی که در حفاری لیزری فضای آزاد ظاهر می‌شود، جلوگیری می‌کند.

شکل 4: عکس واقعی صحنه کار لیزر هدایت شونده با آب

مزایای فرآیند کلیدی برای مواد سخت ترد

• بدون نیاز به تنظیم فوکوس برای ضخامت های تا 60 میلی متر

• مخروطی صفر یا نزدیک به صفر (10 تا 20 میکرومتر تفاوت ورودی به خروجی)

• خنک کاری مداوم استرس حرارتی و بریدگی لبه را سرکوب می کند

• توزیع یکنواخت انرژی در سطح مقطع جت زبری سطح را کاهش می دهد (Ra 0.3-1 میکرومتر)

• عرض کرف به باریکی 50 میکرومتر است که از دست دادن مواد در SiC گران قیمت را به حداقل می رساند

2. مزایای لیزر هدایت شونده با آب در پردازش سرامیک نیمه هادی

شکل5. تجهیزات لیزر هدایت آب VeTek (سری WL)

حفاری مکانیکی سنتی سوراخ‌های Φ0.15 میلی‌متر در 2 میلی‌متر SiC اغلب از شکستگی ابزار، شکستگی لبه و تغییر قطر پیشرونده رنج می‌برد. حفاری لیزری فضای آزاد، در حالی که بدون تماس است، مناطق متاثر از گرما، لایه‌های بازسازی شده و مخروط قابل توجهی ایجاد می‌کند. لیزر هدایت شده با آب بر هر دو مجموعه محدودیت ها غلبه می کند:

1. قابلیت یک گذر از سوراخ- خطاهای تراز پردازش دو طرفه را حذف می کند.

2. نسبت تصویر بالا- نسبت های بیش از 30:1 به طور معمول به دست می آید.

3. نیروی مکانیکی بسیار کم- نیروی جت آب فقط ~ 1 نیوتن است که امکان پردازش ایمن ویفرهای بسیار نازک یا شکننده را فراهم می کند.

4. سطوح تمیز و بدون سرباره- شستشوی مداوم زباله ها را از بین می برد و از رسوب مجدد جلوگیری می کند.

3. کاربردهای لیزر هدایت شده با آب برای میکروچاله های با نسبت ابعاد بالا در SiC

شکل6. اجزای سرامیکی دقیق پردازش شده توسط لیزر هدایت آب

قابلیت های معمولی عبارتند از:

• محدوده ضخامت پردازش: 0.05-60 میلی متر (SiC، سرامیک کاربید بور)

• حداقل دیافراگم: 0.1 میلی متر (بسته به ضخامت)

• دقت ابعاد: ± 0.01 میلی متر

• زبری سطح: 0.3-1 میکرومتر

• سکوهای تجهیزات: WL-DCS200 (محیط کاری 200 × 240 میلی متر، 50 تا 60 وات) و WL-LCS500 (500 × 500 میلی متر، 100 تا 200 وات)

شکل7تأیید SEM مشتری از سوراخ یکنواخت Φ0.15 میلی متر از ورودی به خروجی در بستر 2 میلی متری SiC

شواهد پروژه: حفره Φ0.15 میلی متر روی 2 میلی متر SiC

با همکاری یک شریک فناوری کره ای، VeTek پنج زیرلایه 4H-SiC از نوع N با قطر 35 میلی متر و ضخامت 2 میلی متر را ارائه کرد که هر کدام حاوی یک سوراخ دقیق Φ0.15 میلی متری بودند. تجزیه و تحلیل SEM انجام شده توسط مشتری نهایی تأیید کرد که سوراخ نازل یک شکل استوانه ای یکنواخت را از سمت ورودی لیزر تا سمت خروجی حفظ می کند. قطعات برای ارزیابی در توسعه مواد آند آلیاژ سیلیکون برای باتری‌های لیتیوم یون نسل بعدی پذیرفته شدند.

4. سوالات متداول

Q1: آیا لیزر هدایت آب می تواند سوراخ های کوچکتر از Φ0.15 میلی متر را در 2 میلی متر SiC پردازش کند؟

A: برای دیافراگم های زیر 0.15 میلی متر در ضخامت 2 میلی متر، دشواری فنی به شدت افزایش می یابد. سوراخ‌های کوچک‌تر (مثلاً 0.06 میلی‌متر) روی بسترهای نازک‌تر (≤0.4 میلی‌متر) برای حفظ عملکرد و هندسه توصیه می‌شود.

Q2: آیا فرآیند واقعاً تک گذر است؟

ج: بله. پرتو هدایت شونده با جت آب در یک عملیات مداوم در تمام ضخامت منتشر می شود و خطر ناهماهنگی حفاری از جلو و عقب را از بین می برد.

Q3: چه داده های بازرسی می تواند ارائه شود؟

A: گزارش های اندازه گیری ابعادی، تصاویر نوری و SEM از مقطع سوراخ، و داده های زبری سطح با هر دسته ارائه می شود. ویدیوهای فرآیند کامل محرمانه باقی می‌مانند، اما تأیید هندسه نمونه استاندارد است.

5. نتیجه گیری

فناوری لیزر هدایت شونده با آب از VeTek Semiconductor یک مسیر قابل اعتماد و با عملکرد بالا برای ویژگی های ریز دقیق در مواد نیمه هادی سخت و شکننده ارائه می دهد. چه نیاز به بسترهای SiC سفارشی با سوراخ‌های کوچک، اجزای سرامیکی برای تجهیزات فرآیندی یا پوشش‌های پیشرفته CVD SiC/TaC داشته باشید، تیم مهندسی ما آماده پشتیبانی از پروژه بعدی شما است.

ما را کاوش کنیدمحلول های پوشش SiC برای جزئیات فنی بیشتر، یا با ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای ماشینکاری خاص خود صحبت کنید.