טכנולוגיית מכונת חיתוך לייזר סיליקון קרביד

בשנים האחרונות, השימוש במכונת חיתוך בלייזרהטכנולוגיה הפכה יותר ויותר פופולרית בייצור ועיבוד של חומרים מוליכים למחצה. העיקרון של שיטה זו הוא להשתמש בקרן לייזר ממוקדת כדי לשנות את המצע מהמשטח או בתוך החומר, ובכך להפריד אותו. מכיוון שמדובר בתהליך ללא מגע, נמנעות השפעות של בלאי כלי ולחץ מכני. כתוצאה מכך, הוא משפר מאוד את החספוס והדיוק של משטח הפרוסים וגם מבטל את הצורך בתהליכי ליטוש עוקבים, הפחתת אובדן חומרים, הורדת עלויות והפחתת זיהום סביבתי הנגרם מתהליכי השחזה והליטוש המסורתיים. טכנולוגיית חיתוך בלייזר משמשת זה מכבר בחיתוך מטילי סיליקון, אך היישום שלה בתחום הסיליקון קרביד עדיין לא בשל. כיום, קיימות בעיקר את הטכנולוגיות הבאות.

1. חיתוך לייזר מכוון מים
טכנולוגיית לייזר מונחית מים (Laser MicroJet, LMJ), המכונה גם טכנולוגיית לייזר microjet, העיקרון שלה הוא מיקוד קרן הלייזר על פיית כאשר הלייזר עובר דרך חלל מים מאופנן בלחץ; עמודת מים בלחץ נמוך נפלטת מהזרבובית, בשל מקדם השבירה, ניתן ליצור מוליך גל אופטי בממשק בין מים לאוויר, המאפשר ללייזר להתפשט לאורך כיוון זרימת המים, ובכך להוביל את פני השטח של החומר המעובד לחיתוך דרך סילון המים בלחץ גבוה. היתרון העיקרי של לייזר מונחה מים הוא איכות החיתוך. זרימת המים יכולה לא רק לקרר את אזור החיתוך, להפחית את העיוות התרמי והנזק התרמי של החומר, אלא גם לקחת את פסולת העיבוד. בהשוואה לחיתוך במסור תיל, המהירות שלו מהירה משמעותית. עם זאת, מכיוון שהמים סופגים אור לייזר באורכי גל שונים בדרגות שונות, אורך הגל של הלייזר מוגבל, בעיקר 1064 ננומטר, 532 ננומטר ו-355 ננומטר.

בשנת 1993, המדען השוויצרי Beruold Richerzhagen הציע לראשונה טכנולוגיה זו. החברה שהקים, סינובה, מתמחה במחקר ופיתוח ותיעוש של לייזרים מונחי מים. היא נמצאת בעמדה מובילה בטכנולוגיה בינלאומית. הטכנולוגיה המקומית נחשלת יחסית. Inno Laser ו-Shengguang Silicon Research חברות אחרות חוקרות ומפתחות באופן פעיל.

2. חיתוך בלתי נראה

Stealth Dicing (SD) ממקד את אור הלייזר בחלק הפנימי של הפרוסה דרך פני השטח של סיליקון קרביד ליצירת שכבה שונה בעומק הדרוש, ובכך מתקלף מהוואפר. מכיוון שאין חתכים על משטח הפרוסים, ניתן להגיע לדיוק עיבוד גבוה. תהליך ה-SD עם לייזרים פועמים של ננו-שנייה כבר משמש בתעשייה להפרדת פרוסות סיליקון. עם זאת, במהלך עיבוד SD המושרה על ידי לייזר בדופק ננו-שניות של סיליקון קרביד, השפעות תרמיות יתרחשו מכיוון שמשך הפולס ארוך בהרבה מזמן הצימוד בין אלקטרונים לפונונים בסיליקון קרביד (סדר פיקושניות). כניסת חום גבוהה לפרוסה לא רק גורמת להפרדה לנטייה מהכיוון הרצוי, אלא גם יוצרת מתחים שיוריים גדולים שיכולים להוביל לשברים ולמחשוף לקוי. לכן, בעת עיבוד סיליקון קרביד, נעשה בדרך כלל שימוש בתהליך SD של לייזר דופק קצר במיוחד, והאפקט התרמי מופחת מאוד.

חברת DISCO היפנית פיתחה טכנולוגיית חיתוך בלייזר הנקראת ספיגה חוזרת של מפתח אמורפי-שחור (KABRA). אם ניקח לדוגמא את העיבוד של מטילי סיליקון קרביד בקוטר של 6 אינץ' ועובי של 20 מ"מ, הפרודוקטיביות של פרוסות הסיליקון המוגזות גדלה פי ארבעה. תהליך KABRA בעצם ממקד את הלייזר בתוך חומר הסיליקון קרביד. באמצעות "ספיגה חוזרת של שחור אמורפי", הסיליקון קרביד מתפרק לסיליקון אמורפי ופחמן אמורפי, ויוצר שכבה המשמשת כנקודת הבסיס להפרדת פרוסות, כלומר שחור השכבה האמורפית סופגת יותר אור, מה שמאפשר לפרוסים להיות מופרדים בקלות.

טכנולוגיית ה-Cold Split wafer שפותחה על ידי Siltectra, שנרכשה על ידי Infineon, יכולה לא רק לחלק סוגים שונים של מטילים לפרוסים, אלא גם להפחית את אובדן כל רקיק עד ל-80 מיקרומטר, ולהפחית את אובדן החומר ב-90%. עלות הייצור הסופית הכוללת של המכשיר מופחתת בעד 30%. טכנולוגיית החיתוך הקרה מחולקת לשני שלבים: ראשית, מקרינים את מטיל הקריסטל בלייזר ליצירת שכבת קילוף, המרחיבה את הנפח הפנימי של חומר הסיליקון קרביד, ובכך יוצרת מתח מתיחה ויוצרות שכבה של מיקרו-סדקים צרים מאוד; ואז המיקרו-סדקים נחתכים דרך שלב קירור הפולימר. הסדק מעובד לסדק ראשי שמפריד בסופו של דבר את הפרוסה מהמטיל הנותר. בשנת 2019, צד שלישי העריך את הטכנולוגיה הזו ומדד את חספוס פני השטח Ra של הפרוסה לאחר פילוח על פחות מ-3 מיקרומטר, כשהתוצאה הטובה ביותר הייתה פחות מ-2 מיקרומטר.

חיתוך קוביות שונה שפותחה על ידי China JTBYShield Laser היא טכנולוגיית לייזר המפרידה פרוסות מוליכים למחצה לשבבים בודדים או קוביות. תהליך זה משתמש גם בקרן לייזר מדויקת כדי לסרוק בתוך הפרוסה ליצירת שכבה שונה, כך שהוואפר יכול להתרחב לאורך נתיב סריקת הלייזר דרך מתח חיצוני להשלמת הפרדה מדויקת.

נכון לעכשיו, אנו שולטים בטכנולוגיה של חיתוך מרגמה סיליקון קרביד, אך לחיתוך טיט יש הפסדים גבוהים, יעילות נמוכה וזיהום רציני. זה עובר בהדרגה על ידי טכנולוגיית חיתוך חוטי יהלום. יחד עם זאת, יתרונות הביצועים והיעילות של חיתוך לייזר יוצאים מן הכלל, השונה מעיבוד מגע מכני מסורתי. לטכנולוגיה יתרונות רבים, כולל יעילות עיבוד גבוהה, נתיב שרבוט צר וצפיפות שבבים גבוהה. היא מתחרה חזקה להחליף את טכנולוגיית חיתוך חוטי יהלום ופותחת דרך חדשה ליישום של חומרים מוליכים למחצה מהדור הבא כגון סיליקון קרביד. עם התפתחות הטכנולוגיה התעשייתית, גודלם של מצעי סיליקון קרביד ממשיך לגדול, טכנולוגיית חיתוך סיליקון קרביד תתפתח במהירות וחיתוך לייזר יעיל ואיכותי יהווה טרנד חשוב בחיתוך סיליקון קרביד בעתיד.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים והשירות הטוב ביותר.