Przemysł	Produkcja półprzewodników, zaawansowana ceramika, materiały półprzewodnikowe trzeciej generacji
Proces	Obróbka otworów przelotowych w jednym przejściu za pomocą lasera sterowanego strumieniem wody (WJGL).
Rozwiązanie	Niestandardowe podłoża SiC 35 mm × 2 mm z precyzyjnymi mikrootworami Φ0,15 mm
Usługi	Konsultacje techniczne, rozwój procesów, raporty z inspekcji, niestandardowe powlekanie i obróbka
Wyniki	• Jednolita geometria otworu od wlotu do wylotu potwierdzona przez SEM • Brak mierzalnego stożka; współczynnik kształtu odpowiedni dla grubości 2 mm • Minimalna strefa wpływu ciepła i praktycznie brak odprysków na twardym i kruchym SiC • Pomyślna dostawa i akceptacja klienta w zakresie opracowania materiałów na baterie wtórne

Rysunek 1: zdjęcie produktu podłoża SiC o wymiarach 35 mm × 2 mm po obróbce laserowej mikrootworów z użyciem wody

Postać2：Obraz SEM otworu Φ0,15 mm wykonanego laserem wodnym VeTek w podłożu SiC

Technologia lasera naprowadzanego wodą (WJGL) firmy VeTek Semiconductor umożliwia obróbkę mikrootworów w jednym przejściu, bez stożka, w grubych podłożach z węglika krzemu (SiC). W najnowszym projekcie z powodzeniem przetworzono otwory przelotowe o średnicy Φ0,15 mm na podłożach 4H-SiC typu N o średnicy 35 mm i grubości 2 mm. Kontrola SEM potwierdziła, że ​​ściany otworów od wlotu do wylotu są bardzo jednolite, spełniając rygorystyczne wymagania dotyczące półprzewodników.

1. W jaki sposób laser kierowany wodą pozwala uzyskać otwory SiC bez stożków?

Postać3:Zasada działania lasera naprowadzanego wodą: energia lasera ograniczona przez mikrostrumienię wody pod wysokim ciśnieniem (wodny światłowód)

Woda pod wysokim ciśnieniem jest przepuszczana przez precyzyjną dyszę (o średnicy 30–120 µm) w celu utworzenia stabilnego mikrostrumienia. Skoncentrowany laser o długości fali 532 nm jest wprowadzany do tego strumienia przez szklane okno. Po wejściu do słupa wody laser jest ograniczony przez całkowite wewnętrzne odbicie i przemieszcza się jako „wodny światłowód” o dużej gęstości energii. Kiedy mikrostrumień styka się z przedmiotem obrabianym, laser abluje materiał, podczas gdy ciągły przepływ wody chłodzi strefę cięcia i wypłukuje zanieczyszczenia.

Ponieważ ośrodkiem prowadzącym jest cylindryczna kolumna o stałej średnicy, powstająca energia lasera pozostaje równoległa na dystansie roboczym kilkudziesięciu milimetrów. W rezultacie cięta ściana pozostaje pionowa nawet w przypadku SiC o grubości 2 mm (do 60 mm), eliminując potrzebę śledzenia ostrości i zapobiegając stożkowaniu pojawiającemu się podczas wiercenia laserowego w wolnej przestrzeni.

Rysunek 4: Rzeczywiste zdjęcie sceny pracy lasera naprowadzanego wodą

Kluczowe zalety procesu w przypadku materiałów twardych i kruchych

• Dla grubości do 60 mm nie jest wymagana regulacja ostrości

• Zbieżność zerowa lub prawie zerowa (różnica między wlotem a wylotem 10–20 µm)

• Ciągłe chłodzenie eliminuje naprężenia termiczne i odpryski krawędzi

• Równomierny rozkład energii w przekroju strumienia zmniejsza chropowatość powierzchni (Ra 0,3–1 µm)

• Szerokość szczeliny wynosząca zaledwie 50 µm minimalizuje straty materiału w przypadku drogiego SiC

2. Zalety lasera kierowanego wodą w obróbce ceramiki półprzewodnikowej

Postać5. Urządzenia laserowe naprowadzane wodą VeTek (seria WL)

Tradycyjne mechaniczne wiercenie otworów o średnicy Φ0,15 mm w 2 mm SiC często wiąże się z pękaniem narzędzia, pękaniem krawędzi i postępującą zmianą średnicy. Wiercenie laserowe w wolnej przestrzeni, choć bezkontaktowe, generuje strefy wpływu ciepła, warstwy przetworzone i zauważalną stożkowość. Laser naprowadzany wodą pokonuje oba zestawy ograniczeń:

1. Możliwość przejścia przez otwór w jednym przejściu– eliminuje błędy wyrównania wynikające z obróbki dwustronnej.

2. Wysoki współczynnik kształtu– rutynowo osiągane są stosunki przekraczające 30:1.

3. Bardzo niska siła mechaniczna– siła strumienia wody wynosi zaledwie ~1 N, co pozwala na bezpieczną obróbkę ultracienkich lub delikatnych wafli.

4. Czyste, wolne od żużla powierzchnie– ciągłe płukanie usuwa zanieczyszczenia i zapobiega ich ponownemu osadzaniu.

3. Zastosowania lasera kierowanego wodą do mikrootworów o wysokim współczynniku kształtu w SiC

Postać6. Precyzyjne elementy ceramiczne obrabiane za pomocą lasera naprowadzanego wodą

Typowe możliwości obejmują:

• Zakres grubości obróbki: 0,05–60 mm (SiC, ceramika z węglika boru)

• Minimalna apertura: 0,1 mm (w zależności od grubości)

• Dokładność wymiarowa: ±0,01 mm

• Chropowatość powierzchni: 0,3–1 µm

• Platformy sprzętowe: WL-DCS200 (pole robocze 200 × 240 mm, 50–60 W) i WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Postać7Weryfikacja klienta SEM jednolitego otworu przelotowego o średnicy Φ0,15 mm od wlotu do wylotu w podłożu SiC o grubości 2 mm

Dowód projektu: Otwór Φ0,15 mm na 2 mm SiC

We współpracy z koreańskim partnerem technologicznym firma VeTek dostarczyła pięć podłoży 4H-SiC typu N o średnicy 35 mm i grubości 2 mm, każde z precyzyjnym otworem przelotowym o średnicy Φ0,15 mm. Analiza SEM przeprowadzona przez klienta końcowego potwierdziła, że ​​otwór dyszy zachował jednolity cylindryczny kształt od strony wejścia lasera do strony wyjścia. Części zostały przyjęte do oceny w zakresie opracowywania materiałów anodowych ze stopu krzemu do akumulatorów litowo-jonowych nowej generacji.

4. Często zadawane pytania

P1: Czy laser naprowadzany wodą może obrabiać otwory mniejsze niż Φ0,15 mm w 2 mm SiC?

Odp.: W przypadku otworów znacznie poniżej 0,15 mm przy grubości 2 mm trudność techniczna gwałtownie wzrasta. Mniejsze otwory (np. 0,06 mm) są zalecane na cieńszych podłożach (≤0,4 mm), aby zachować wydajność i geometrię.

P2: Czy proces jest naprawdę jednoprzebiegowy?

O: Tak. Wiązka prowadzona strumieniem wody rozprzestrzenia się na całej grubości w jednej ciągłej operacji, eliminując ryzyko niewspółosiowości podczas wiercenia do przodu i do tyłu.

P3: Jakie dane z kontroli można dostarczyć?

Odp.: Raporty z pomiarów wymiarowych, obrazy optyczne i SEM przekroju otworu oraz dane dotyczące chropowatości powierzchni są dostarczane z każdą partią. Filmy wideo z całego procesu pozostają poufne, ale weryfikacja geometrii próbki jest standardem.

5. Wniosek

Technologia lasera naprowadzanego wodą firmy VeTek Semiconductor zapewnia niezawodną, ​​wysokowydajną metodę uzyskiwania precyzyjnych mikroelementów w twardych i kruchych materiałach półprzewodnikowych. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz niestandardowych podłoży SiC z mikrootworami, komponentów ceramicznych do urządzeń procesowych, czy zaawansowanych powłok CVD SiC / TaC, nasz zespół inżynierów jest gotowy do wsparcia Twojego kolejnego projektu.

Poznaj naszeRozwiązania powłokowe SiC w celu uzyskania dalszych szczegółów technicznych lub skontaktuj się z nami, aby omówić Twoje specyficzne wymagania dotyczące obróbki.