В производстве электроники часто используются керамические материалы. Их отличительная черта — хрупкость. Поэтому работа с керамикой требует особой осторожности. Не все лазерные технологии для резки металла могут применяться и для керамики. Как же тогда осуществляется лазерный раскрой?
Способы прецизионного (высокоточного) раскроя керамики
1. Испарительная (сублимационная) технология
Способ лазерной резки применяется в микротехнологиях, когда термическое воздействие на подложку должно быть минимальным. При этом способе лазер не расплавляет материал, а испаряет его, после чего пары под давлением выбрасываются из рабочей зоны.
Для сублимационной технологии достаточно использовать технологический газ под давлением 1–3 бар.
Особенности технологии:
- обработка (раскрой) керамических материалов проводится на пониженной скорости;
- испарение требует большей энергии, чем плавление. Поэтому для сублимационной резки используются лазерные установки высокой мощности;
- лазер работает в импульсном режиме. Продолжительность одного импульса исчисляется нано-, пико- или фемтосекундами;
- линия реза представляет собой ряд крохотных отверстий, плотно примыкающих друг к другу;
- излучение лазера имеет очень короткую длину волны – 1 мкм и меньше.
2. Технология скрайбирования
Часто используется для разделения тонких керамических пластин и является более точной и качественной альтернативой алмазному методу. Скрайбирование применяется в микроэлектронике для обработки ситалла, керамики, сапфира, поликора и осуществляется в режиме несквозной резки. Лазерное скрайбирование обеспечивает высокую точность обработки хрупкой керамики без образования сколов и микротрещин. По сравнению с газовой и газолазерной обработкой такая технология более выгодна энергетически.
Особенности технологии
На поверхность материала наносится узкая канавка или отверстия, расположенные близко друг к другу в один ряд. Они наносятся на рабочую поверхность полупроводниковой пластины с готовыми интегральными схемами (ИС), чтобы затем разделить их на отдельные кристаллы. В этом случае линии раздела размещают взаимно перпендикулярно по межсхемным дорожкам.
Риски создают испарением узкой полосы керамики при перемещении по ее поверхности сфокусированного лазерного луча высокой мощности. Ширина образующихся канавок составляет 25–40 мкм, глубина – до 50–100 мкм, благодаря чему они являются концентратором механических напряжений и позволяют легко разделить пластину на отдельные кристаллы.
Режущим инструментом является лазер, работающий в импульсном режиме.
Преимущества технологии:
- высокая прецизионность обработки;
- получение ровных краев реза;
- отсутствие конусности кромок и остаточных напряжений;
- высокая производительность (100–200 мм/сек);
- возможность нанесения глубоких рисок без приложения механических усилий.
3. Технология управляемого лазерного термораскалывания (УЛТ)
Наиболее эффективный метод для разделения хрупких неметаллов: кварца, сапфира, карбида кремния, керамики, арсенида галлия и других полупроводниковых материалов.
Как осуществляется УЛТ:
- лазерный луч нагревает материал по линии реза;
- в поверхностных слоях нагретой зоны возникает напряжение сжатия;
- линия реза резко охлаждается хладагентом;
- перепад температур ведет к образованию микротрещин;
- формируется ровная линия реза с гладкими краями.
УЛТ позволяет разрезать керамику толщиной до 30 мм с помощью лазера мощностью не более 0,2 кВт. Метод безотходный и может применяться на чистых производствах, например, при нарезании кремниевых пластин на электронные чипы.
Преимущества УЛТ:
- высокая скорость резки (до 1000–2000 мм/сек);
- чистота процесса за счет нулевой ширины реза;
- края кромки закругленные, а не острые;
- низкая энергоемкость за счет малой мощности лазера.
Элементы, вырезанные по технологии УЛТ, в пять раз прочнее, чем те, в производстве которых использовались механические способы резки.
Другие технологии термораскалывания
- параллельное термораскалывание. При такой технологии резка осуществляется путем воздействия на керамический материал эллиптического лазерного пучка. При этом луч лазера ориентирован малой осью вдоль направления перемещения образца и приводит к терморасслоению последнего;
- асимметричное термораскалывание. При этом лазерный пучок эллиптического сечения ориентирован под углом к направлению перемещения образца. В результате нагрева поверхности керамики образуется наклонная трещина с закругленными кромками.
Преимущества методов асимметричного и параллельного термораскалывания те же, что и в технологии УЛТ: высокая производительность, нулевая ширина реза, полное отсутствие отходов, пятикратная прочность по сравнению с деталями, полученными механическим путем.
Чтобы оставить заявку на лазерный раскрой керамики в SNDGroup, заполните форму на нашем сайте sndgroup.ru или отправьте письмо на info@sndgroup.ru.