Tärningsmetod av kiselkarbidskiva

1. Ribbning av slipskivor
Tärningsmaskinen för slipskivor driver bladet att rotera med hög hastighet genom den aerostatiska elektriska spindeln för att uppnå stark slipning av material. Skäreggarna på de använda bladen är belagda med korundpartiklar. Mohs-hårdheten för korund är 10, vilket bara är något högre än för SiC med en hårdhet på 9,5. Upprepad slipning med låg hastighet är inte bara tidskrävande och mödosam, utan orsakar också frekvent slitage på verktyget. Till exempel tar det 6-8 timmar att skära en 100 mm (4 tum) SiC-skiva, och det är lätt att orsaka flisningsdefekter. Därför har denna traditionella ineffektiva bearbetningsmetod gradvis ersatts av laserritning.
2. Full lasermärkning
Laserritning är processen att använda en högenergilaserstråle för att bestråla ytan på ett arbetsstycke för att lokalt smälta och förånga det bestrålade området, och därigenom uppnå materialborttagning och ritsning. Laserritning är beröringsfri bearbetning, utan mekanisk belastningsskada, flexibla bearbetningsmetoder, ingen verktygsförlust och vattenförorening och låga underhållskostnader för utrustning. För att undvika skador på den stödjande filmen när lasern ritar genom skivan, används en UV-film som är resistent mot högtemperaturablation.
För närvarande använder laserskrivarutrustning industriella lasrar, med tre våglängder på 1064 nm, 532 nm och 355 nm, och pulsbredder på nanosekunder, pikosekunder och femtosekunder. Teoretiskt sett, ju kortare laservåglängden och ju kortare pulsbredden är, desto mindre blir den termiska effekten av bearbetning, vilket är fördelaktigt för mikroprecisionsbearbetning, men kostnaden är relativt hög. Den 355 nm ultravioletta nanosekundlasern används ofta på grund av sin mogna teknik, låga kostnad och liten bearbetningstermisk effekt. Under de senaste åren har 1 064 nm picosecond-lasertekniken utvecklats snabbt och har tillämpats på många nya områden med goda resultat.
Till exempel är den termiska effekten av 355 nm ultraviolett laserbearbetning liten, men den ofullständigt förångade slaggen vidhäftar och ackumuleras i skärlinjen, vilket gör att skärsektionen inte är jämn och den bifogade slaggen är lätt att falla av i den efterföljande processen, vilket påverkar enheten prestanda. 1064 nm pikosekundlasern antar högre effekt, hög ritningseffektivitet, tillräckligt materialborttagning och enhetligt tvärsnitt, men den termiska effekten av bearbetningen är för stor, och bredare ritningsbanor måste reserveras i chipdesign.
3. Laser halvslag
Laser half-scribing är lämplig för bearbetning av material med bättre klyvbarhet. Laserritning skär till ett visst djup och använder sedan en delad metod för att generera längsgående spänningar längs skärlinjen för att separera spånen. Denna bearbetningsmetod har hög effektivitet, inget behov av filmklibbning och filmborttagningsprocess och låg bearbetningskostnad. Klyvningen av kiselkarbidskivor är dock dålig och den är inte lätt att klyva. Den spruckna sidan är lätt att flisa, och slaggvidhäftningsfenomenet existerar fortfarande i den repade delen.
4. Laser osynlig skärning
Laser stealth scribing är att fokusera lasern på insidan av materialet för att bilda ett modifierat lager, och sedan separera chipet genom att dela eller expandera filmen. Det finns ingen dammförorening på ytan, nästan ingen materialförlust och bearbetningseffektiviteten är hög. De två villkoren för att uppnå smygskrift är att materialet är transparent för lasern och att tillräcklig pulsenergi ger multifotonabsorption.
Bandgapsenergin för t.ex. kiselkarbid vid rumstemperatur är cirka 3,2 eV, vilket är 5,13×10 -19 J. 1 064 nm laserfotonenergi E=hc/λ=1 .87×10 -19 J. Det kan ses att laserfotonenergin på 1 064 nm är mindre än absorptionsbandsgapet för kiselkarbidmaterial, och den är optiskt transparent, vilket uppfyller villkoren för osynlig skrivande. Den faktiska transmittansen är relaterad till faktorer som materialytegenskaper, tjocklek och dopmedelstyper. Med en polerad kiselkarbidskiva med en tjocklek på 300 μm som exempel är den uppmätta 1064 nm lasertransmittansen cirka 67 %.
Pikosekundlasern med extremt kort pulsbredd väljs, och energin som genereras av multifotonabsorption omvandlas inte till värmeenergi, utan orsakar bara ett visst djup av modifierat lager inuti materialet. Det modifierade lagret är sprickområdet, smältarean eller brytningsindexförändringsområdet inuti materialet. Sedan genom den efterföljande klyvningsprocessen kommer kornen att separeras längs det modifierade lagret.
Klyvbarheten hos kiselkarbidmaterial är dålig och avståndet mellan modifierade skikt bör inte vara för stort. Testet använder en JHQ-611 automatisk tärningsmaskin och en 350 μm tjock SiC-skiva för att skära 22 lager med en skärhastighet på 500 mm/s. Efter sprickbildning är sektionen relativt slät, med små flisningar och snygga kanter.
5. Vattenstyrd laserskärning
Vattenledarlasern fokuserar laserljuset och leder det in i mikrovattenpelaren. Vattenpelarens diameter varierar beroende på munstyckets öppning, och det finns olika specifikationer på 100-30 μm. Med hjälp av principen om total reflektion mellan vattenpelaren och luftgränssnittet kommer laserljuset att fortplantas längs vattenpelarens riktning efter att ha införts i vattenpelaren.
Den kan bearbetas inom det område där vattenpelaren förblir stabil, och det superlånga effektiva arbetsavståndet är särskilt lämpligt för skärning av tjocka material. Vid traditionell laserskärning är ackumulering och ledning av energi den främsta orsaken till termisk skada på båda sidor av skärlinjen, medan den vattenledda lasern snabbt tar bort restvärmen från varje puls utan att ackumuleras på arbetsstycket på grund av åtgärden av vattenpelaren, så skärande Vägen är ren och snygg.
Baserat på dessa fördelar är vattenledande laserskärande kiselkarbid ett bra val i teorin, men tekniken är svår och mognaden för relaterad utrustning är inte hög. Det är svårt att tillverka munstycken som sårbara delar. Om den fina vattenpelaren inte kan kontrolleras exakt och stabilt, tar de stänkta vattendropparna bort spånet, vilket påverkar avkastningen. Därför har denna process ännu inte tillämpats på produktionen av kiselkarbidskivor.