Silisyum Karbür Gofretin Doğrama Yöntemi

1. Taşlama çarkının çizilmesi
Taşlama tekerleği dilimleme makinesi, malzemelerin güçlü bir şekilde öğütülmesini sağlamak için bıçağı aerostatik elektrik mili aracılığıyla yüksek hızda dönecek şekilde çalıştırır. Kullanılan bıçakların kesici kenarları korindon parçacıkları ile kaplanmıştır. Korindonun Mohs sertliği 10'dur ve bu, 9,5 sertlikteki SiC'ninkinden sadece biraz daha yüksektir. Tekrarlanan düşük hızda taşlama sadece zaman alıcı ve zahmetli olmakla kalmaz, aynı zamanda aletin sık sık aşınmasına da neden olur. Örneğin, 100 mm'lik (4 inç) bir SiC levhayı kesmek 6-8 saat sürer ve talaş kusurlarına neden olmak kolaydır. Bu nedenle, bu geleneksel verimsiz işleme yönteminin yerini yavaş yavaş lazer çizme almıştır.
2. Tam lazer markalama
Lazer kazıma, ışınlanan alanı lokal olarak eritmek ve buharlaştırmak için bir iş parçasının yüzeyini ışınlamak üzere yüksek enerjili bir lazer ışınının kullanılması, böylece malzemenin çıkarılması ve çizilmesinin sağlanması işlemidir. Lazer kazıma, mekanik stres hasarı olmadan, esnek işleme yöntemleriyle, alet kaybı ve su kirliliği olmadan ve düşük ekipman bakım maliyetleri olmadan temassız bir işlemdir. Lazer levhanın içinden geçerken destekleyici filmin zarar görmesini önlemek için, yüksek sıcaklıkta ablasyona dayanıklı bir UV filmi kullanılır.
Şu anda, lazer işaretleme ekipmanı, 1064 nm, 532 nm ve 355 nm'lik üç dalga boyuna ve nanosaniye, pikosaniye ve femtosaniye darbe genişliğine sahip endüstriyel lazerleri benimser. Teorik olarak, lazer dalga boyu ve darbe genişliği ne kadar kısa olursa, işlemenin termal etkisi o kadar küçük olur; bu da mikro hassas işleme için faydalıdır, ancak maliyeti nispeten yüksektir. 355 nm ultraviyole nanosaniye lazer, olgun teknolojisi, düşük maliyeti ve küçük termal etkisi nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Son yıllarda 1 064 nm pikosaniye lazer teknolojisi hızla gelişerek birçok yeni alana uygulanmış ve iyi sonuçlar alınmıştır.
Örneğin, 355nm ultraviyole lazer işleminin termal etkisi küçüktür, ancak tamamen buharlaşmamış cüruf kesme hattına yapışır ve birikir, bu da kesme bölümünün pürüzsüz olmamasına neden olur ve eklenen cürufun sonraki işlemde düşmesi kolaydır, bu da cihazı etkiler. verim. 1064 nm pikosaniyelik lazer, daha yüksek güç, yüksek kazıma verimliliği, yeterli malzeme çıkarma ve tekdüze kesiti benimser, ancak işlemenin termal etkisi çok büyüktür ve çip tasarımında daha geniş çizme şeritlerinin ayrılması gerekir.
3. Lazer yarım vuruş
Lazer yarım çizme, daha iyi bölünebilirliğe sahip malzemelerin işlenmesi için uygundur. Lazer kazıma belirli bir derinliğe kadar keser ve daha sonra talaşları ayırmak için kesme çizgisi boyunca uzunlamasına uzanan gerilim oluşturmak üzere bölünmüş bir yöntem kullanır. Bu işleme yöntemi yüksek verime sahiptir, film yapıştırma ve film çıkarma işlemine gerek yoktur ve düşük işlem maliyetine sahiptir. Bununla birlikte, silisyum karbür levhaların bölünmesi zayıftır ve bölünmesi kolay değildir. Çatlak tarafın kırılması kolaydır ve cüruf yapışması olgusu çizik kısımda hala mevcuttur.
4. Lazer görünmez kesim
Lazer gizli çizme, değiştirilmiş bir katman oluşturmak için lazeri malzemenin iç kısmına odaklamak ve ardından filmi bölerek veya genişleterek çipi ayırmaktır. Yüzeyde toz kirliliği olmaz, malzeme kaybı neredeyse olmaz ve işleme verimliliği yüksektir. Gizli çizmeyi başarmanın iki koşulu, malzemenin lazere karşı şeffaf olması ve yeterli darbe enerjisinin çoklu foton emilimi üretmesidir.
Silisyum karbürün bant aralığı enerjisi (Eg) oda sıcaklığında yaklaşık 3,2 eV'dir, bu da 5,13×10 -19 J'dir. 1 064 nm lazer foton enerjisi E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. 1 064 nm'lik lazer foton enerjisinin, silisyum karbür malzemenin soğurma bant aralığından daha küçük olduğu ve görünmezlik koşullarını karşılayan optik olarak şeffaf olduğu görülebilir. yazıyor. Gerçek geçirgenlik, malzemenin yüzey özellikleri, kalınlığı ve katkı maddesi türleri gibi faktörlerle ilgilidir. Örnek olarak 300 μm kalınlığa sahip cilalı silisyum karbür levha alındığında, ölçülen 1064 nm lazer geçirgenliği yaklaşık %67'dir.
Son derece kısa darbe genişliğine sahip pikosaniyelik lazer seçilir ve çoklu foton absorpsiyonu tarafından üretilen enerji, ısı enerjisine dönüştürülmez, yalnızca malzemenin içinde belirli bir derinlikte değiştirilmiş katmana neden olur. Modifiye edilmiş katman, malzemenin içindeki çatlak alanı, erime alanı veya kırılma indisi değişim alanıdır. Daha sonra sonraki bölme işlemi yoluyla, taneler değiştirilmiş katman boyunca ayrılacaktır.
Silisyum karbür malzemenin parçalanabilirliği zayıftır ve değiştirilmiş katmanlar arasındaki mesafe çok büyük olmamalıdır. Testte, 500 mm/sn kesme hızında 22 katmanı kesmek için bir JHQ-611 otomatik dilimleme makinesi ve 350 μm kalınlığında bir SiC levha kullanılıyor. Çatlamadan sonra kesit nispeten pürüzsüzdür, küçük çentikler ve düzgün kenarlar vardır.
5. Su yönlendirmeli lazer kesim
Su kılavuzlu lazer, lazer ışığını odaklar ve onu mikro su sütununa yönlendirir. Su kolonunun çapı, nozül açıklığına göre değişir ve 100-30 μm'lik çeşitli spesifikasyonlar vardır. Su kolonu ile hava arayüzü arasındaki toplam yansıma prensibini kullanarak, lazer ışığı su kolonuna verildikten sonra su kolonu yönünde yayılacaktır.
Su sütununun sabit kaldığı aralıkta işleyebilir ve süper uzun etkili çalışma mesafesi özellikle kalın malzemeleri kesmek için uygundur. Geleneksel lazer kesimde, enerjinin birikmesi ve iletilmesi, kesme hattının her iki tarafındaki termal hasarın ana nedeni olurken, su güdümlü lazer, hareket nedeniyle iş parçası üzerinde birikmeden her darbenin kalan ısısını hızlı bir şekilde uzaklaştırır. su sütununun kesilmesi nedeniyle yol temiz ve düzenlidir.
Bu avantajlara dayanarak, su ileten lazerle kesilen silisyum karbür teoride iyi bir seçimdir, ancak teknolojisi zordur ve ilgili ekipmanın olgunluğu yüksek değildir. Hassas parçalar olarak nozüllerin üretilmesi zordur. İnce su sütunu doğru ve istikrarlı bir şekilde kontrol edilemezse, sıçrayan su damlacıkları talaşı aşındırarak verimi etkiler. Bu nedenle bu işlem henüz silisyum karbür levhaların üretiminde uygulanmamıştır.