priemysel	Výroba polovodičov, pokročilá keramika, polovodičové materiály tretej generácie
Proces	Jednopriechodové obrábanie priechodných otvorov vodným lúčom (WJGL).
Riešenie	Vlastné 35 mm × 2 mm SiC substráty s Φ0,15 mm presnými mikrootvormi
Služby	Technické konzultácie, vývoj procesov, kontrolné správy, povrchové úpravy a obrábanie na mieru
Výsledky	• Rovnomerná geometria otvoru od vstupu po výstup potvrdená SEM • Žiadne merateľné zúženie; pomer strán vhodný pre hrúbku 2 mm • Minimálna tepelne ovplyvnená zóna a prakticky žiadne triesky na tvrdo krehkom SiC • Úspešná dodávka a prijatie zákazníkom pre vývoj materiálu sekundárnej batérie

Obrázok 1: Produktová fotografia 35 mm × 2 mm SiC substrátu po vodou vedenom laserovom obrábaní mikrootvorov

Obrázok2：SEM obrázok VeTek vodou vedeného laserom obrobeného otvoru Φ0,15 mm v substráte SiC

Vodou riadená laserová technológia (WJGL) spoločnosti VeTek Semiconductor umožňuje jednoprechodové obrábanie mikrootvorov bez zúženia v hrubých substrátoch z karbidu kremíka (SiC). V nedávnom projekte boli úspešne spracované priechodné otvory Φ0, 15 mm na substrátoch typu N 4H-SiC s priemerom 35 mm × 2 mm. Kontrola SEM overila vysoko rovnomerné steny otvorov od vstupu po výstup, ktoré spĺňajú prísne požiadavky na kvalitu polovodičov.

1. Ako vodou vedený laser dosiahne otvory SiC bez zúženia?

Obrázok3:Princíp vodou vedeného lasera: laserová energia obmedzená vysokotlakovým vodným mikrotryskom (vodné optické vlákno)

Vysokotlaková voda je pretláčaná cez presnú trysku (priemer 30–120 µm) a vytvára stabilnú mikrotrysku. Zaostrený 532 nm laser je spojený s týmto prúdom cez sklenené okno. Keď je laser vo vodnom stĺpci, je obmedzený úplným vnútorným odrazom a pohybuje sa ako „vodné optické vlákno s vysokou hustotou energie“. Keď sa mikrotryska dotkne obrobku, laser abluje materiál, zatiaľ čo nepretržitý prúd vody ochladzuje zónu rezu a preplachuje úlomky.

Pretože vodiacim médiom je valcový stĺp s konštantným priemerom, vznikajúca energia lasera zostáva paralelná v pracovnej vzdialenosti niekoľkých desiatok milimetrov. V dôsledku toho zostáva orezaná stena vertikálna aj na SiC s hrúbkou 2 mm (a až 60 mm), čím sa eliminuje potreba sledovania zaostrenia a predchádza sa zúženiu, ktoré sa objavuje pri laserovom vŕtaní vo voľnom priestore.

Obrázok 4: Aktuálna fotografia vodou navádzanej laserovej pracovnej scény

Kľúčové výhody procesu pre tvrdé krehké materiály

• Pri hrúbkach do 60 mm nie je potrebné žiadne nastavenie zaostrenia

• Nulové alebo takmer nulové zúženie (rozdiel 10–20 µm medzi vstupom a výstupom)

• Nepretržité chladenie potláča tepelné namáhanie a odlamovanie hrán

• Rovnomerné rozloženie energie v priereze prúdu znižuje drsnosť povrchu (Ra 0,3–1 µm)

• Šírka zárezu je úzka len 50 µm, čím sa minimalizujú straty materiálu na drahom SiC

2. Výhody vodou vedeného lasera pri spracovaní polovodičovej keramiky

Obrázok5. Vodou vedené laserové zariadenie VeTek (séria WL)

Pri tradičnom mechanickom vŕtaní otvorov Φ0,15 mm do 2 mm SiC dochádza často k zlomeniu nástroja, zlomeniu ostria a progresívnej zmene priemeru. Laserové vŕtanie vo voľnom priestore, aj keď je bezkontaktné, vytvára zóny ovplyvnené teplom, pretavené vrstvy a viditeľné zúženie. Vodou vedený laser prekonáva oba súbory obmedzení:

1. Možnosť jedného priechodného otvoru– eliminuje chyby zarovnania pri obojstrannom spracovaní.

2. Vysoký pomer strán– bežne sa dosahujú pomery presahujúce 30:1.

3. Ultra nízka mechanická sila– sila vodného prúdu je iba ~1 N, čo umožňuje bezpečné spracovanie ultratenkých alebo krehkých plátkov.

4. Čisté povrchy bez trosky– nepretržité preplachovanie odstraňuje nečistoty a zabraňuje opätovnému usadzovaniu.

3. Vodou vedené laserové aplikácie pre mikrootvory s vysokým pomerom strán v SiC

Obrázok6. Presné keramické komponenty spracované vodou vedeným laserom

Medzi typické schopnosti patrí:

• Rozsah hrúbky spracovania: 0,05–60 mm (SiC, keramika z karbidu bóru)

• Minimálna clona: 0,1 mm (v závislosti od hrúbky)

• Presnosť rozmerov: ±0,01 mm

• Drsnosť povrchu: 0,3–1 µm

• Plošiny vybavenia: WL-DCS200 (pracovná plocha 200 × 240 mm, 50–60 W) a WL-LCS500 (500 × 500 mm, 100–200 W)

Obrázok7.SEM overenie jednotného priechodného otvoru Φ0,15 mm od vstupu k výstupu v 2 mm SiC substráte zákazníkom

Dôkaz projektu: Otvor Φ0,15 mm na 2 mm SiC

V spolupráci s kórejským technologickým partnerom dodal VeTek päť 4H-SiC substrátov typu N s priemerom 35 mm a hrúbkou 2 mm, z ktorých každý obsahuje presný priechodný otvor Φ0,15 mm. Analýza SEM vykonaná koncovým zákazníkom potvrdila, že otvor dýzy si zachoval jednotný valcový tvar od strany vstupu lasera po stranu výstupu. Časti boli prijaté na hodnotenie pri vývoji materiálu anód z kremíkovej zliatiny pre lítium-iónové batérie novej generácie.

4. FAQ

Q1: Môžu vodou vedené laserové otvory spracovať menšie ako Φ0,15 mm v 2 mm SiC?

Odpoveď: Pri otvoroch výrazne pod 0,15 mm pri hrúbke 2 mm technické ťažkosti prudko narastajú. Menšie otvory (napr. 0,06 mm) sa odporúčajú na tenších substrátoch (≤ 0,4 mm), aby sa zachovala výťažnosť a geometria.

Otázka 2: Je proces skutočne jednopriechodový?

A: Áno. Vodným lúčom vedený lúč sa šíri po celej hrúbke v jednej nepretržitej operácii, čím sa eliminuje riziko nesprávneho nastavenia pri prednom a zadnom vŕtaní.

Q3: Aké kontrolné údaje možno poskytnúť?

Odpoveď: Správy o rozmerových meraniach, optické a SEM snímky prierezu otvoru a údaje o drsnosti povrchu sú dodávané s každou šaržou. Videá celého procesu zostávajú dôverné, ale overenie geometrie vzorky je štandardné.

5. Záver

Vodou riadená laserová technológia od VeTek Semiconductor ponúka spoľahlivú cestu s vysokou výťažnosťou k presným mikrofunkciám v tvrdých a krehkých polovodičových materiáloch. Či už požadujete vlastné SiC substráty s mikrootvormi, keramické komponenty pre procesné zariadenia alebo pokročilé CVD SiC / TaC povlaky, náš inžiniersky tím je pripravený podporiť váš ďalší projekt.

Preskúmajte našeSiC povlakové roztoky pre ďalšie technické podrobnosti alebo nás kontaktujte, aby sme prediskutovali vaše špecifické požiadavky na obrábanie.