Приложение на пикосекундни лазери за рязане на силициево-карбидни субстрати

Субстратът е основният материал на полупроводников чип, който играе главно ролята на физическа опора, топлопроводимост и електрическа проводимост. Силициевият карбид има по-висока електрическа проводимост и по-силна термична стабилност от традиционните силициеви материали, е един от идеалните материали за производство на устройства с висока температура, висока честота, висока мощност и напрежение, които се използват широко в слънчевата енергия, компонентите на превозните средства , зареждащи купчини, захранващи устройства и много други области на живота и производството.
Производството на субстрат от силициев карбид трябва да премине през синтез на суровини, растеж на кристали, рязане на кристали, фрезоване и обработка на пластини, както и почистване, полиране, тестване и много други връзки. Режещата връзка е една от ключовите връзки, поради голямата твърдост на силициевия карбид, твърдост по Моос от 9,5 и висока крехкост, което прави рязането на обработващата връзка трудна, висока степен на счупване, някои данни показват, че добивът на връзката за обработка на силициев карбид е около 70%, разходите представляват около 50%. Следователно подобряването на степента на добив на рязане спомага за намаляване на разходите за производство на субстрат от силициев карбид, но също така и в съответствие с очакванията на полупроводниковата индустрия за намаляване на разходите и ефективност на обработката на силициев карбид.
Понастоящем традиционната програма за рязане на материали от силициев карбид е в процес на рязане с диамантена тел вместо рязане с хоросанова тел, но все още има проблеми като по-големи загуби и по-висока цена на консумативите за рязане. Лазерното рязане, като алтернатива на многожилното рязане, има предимства по отношение на точността, ефективността на рязане, загубата, добива на продукта и т.н., което спомага за намаляване на разходите за силициев карбид, като по този начин ускорява навлизането на крайните продукти на пазара на полупроводници със силиций карбид като материал на субстрата.

Свръхбързите пикосекундни лазери с пикосекундна ширина на импулса са високоефективни инструменти за рязане на материали от силициев карбид. Въз основа на пазарното търсене на лазерно рязане на силициев карбид субстратни материали, Nuffy Optoelectronics проучва широко лазерното рязане на силициев карбид със своя собствено разработен пикосекунден лазер като източник на светлина. Ширината на импулса на този пикосекунден лазер е около 10ps, качеството на лъча е отлично (M²<1.3), and the pulse stability and power stability are very high, both less than 1% RMS. The ultra-high stability can provide a long-lasting and reliable output for the cutting process, which ensures the requirements of industrial-grade scenario cutting applications, as well as a higher consistency of the cutting to enhance the yield rate.
Когато лазерът се приложи върху материала от силициев карбид с време на импулса от пикосекунди, като енергията на импулса се повишава рязко, свръхвисоката пикова мощност може лесно да премахне външния слой от електрони, карайки електроните да се отделят от свързването на атомите и формиране на плазма и след това реализиране на отстраняването на материала, което е процес на студена обработка. Студената обработка на пикосекундния лазер е по-благоприятна за твърдите и крехки характеристики на силициевия карбид и е по-малко податлива на начупване, както и напукване при рязане. Докато лазерният лъч се движи по повърхността на материала, той образува прорез с много тясна ширина и завършва рязането на материала.
В същото време времето за взаимодействие на лазера с материала е много кратко, само около 10 ps, ​​йоните се премахват от повърхността на материала, преди енергията да се прехвърли към околния материал и няма топлинно въздействие върху околната среда материал, а зоната на топлинно въздействие е много малка. Освен това, това е безконтактно рязане без механично напрежение, което прави рязането със силициев карбид високоефективно, с малки режещи прорези и високо използване на материала, както надеждна производителност, така и разходни предимства, и може да бъде идеално заместващо оборудване за технологията за рязане на диамантена тел от силициев карбид .

Субстратът от силициев карбид с големи размери помага за реализиране на намаляване на разходите и ефективност и се превърна в основна тенденция в развитието. Колкото по-голям е размерът на субстрата, толкова повече чипове могат да бъдат произведени на единица субстрат, като по този начин цената на единица чип е по-ниска, докато намаляването на отпадъците по ръбовете допълнително ще намали разходите за производство на чипове. Според съобщения в медиите, текущият глобален основен размер на субстрата от силициев карбид 6 инча е в преход към 8-инчов субстрат, основният размер на домашния субстрат от силициев карбид е 4 инча и преходът към 6- инчов субстрат, се очаква до 2025 ~ 2030 6- инча вафли на вътрешния пазар, търсенето ще нарасне до 600,000 броя. По-големият размер означава по-голяма трудност при обработката, при новата ситуация в новия период Nuffield Optoelectronics ще се основава на текущото търсене на пазара за научни и технологични граници, ще засили научните изследвания и експерименталното проучване за пробиви в полупроводниковата индустрия в развитието на овластяване.