K: Kokios yra pagrindinės SiC plokštelių pjaustymo ir apdorojimo technologijos?
A:Silicio karbidas (SiC) kietumas yra antras pagal kietumą po deimanto ir laikomas labai kieta bei trapia medžiaga. Pjaustymo procesas, kurio metu išauginti kristalai supjaustomi plonomis plokštelėmis, užima daug laiko ir yra linkę į skilinėjimą. Pirmasis žingsnisSiCApdorojant monokristalą, pjaustymo kokybė daro didelę įtaką vėlesniam šlifavimui, poliravimui ir retinimui. Pjaustymas dažnai sukelia paviršinius ir popaviršinius įtrūkimus, todėl padidėja plokštelių lūžių skaičius ir gamybos sąnaudos. Todėl paviršiaus įtrūkimų pažeidimų kontrolė pjaustymo metu yra labai svarbi siekiant tobulinti SiC įtaisų gamybą.
Šiuo metu aprašyti SiC pjaustymo metodai apima fiksuoto abrazyvo, laisvo abrazyvo, lazerinio pjaustymo, sluoksnių perkėlimo (šaltojo atskyrimo) ir elektros išlydžio pjaustymo metodus. Tarp jų dažniausiai SiC monokristalams apdirbti naudojamas daugiavielinis slankiojantis pjaustymas fiksuotais deimantiniais abrazyvais. Tačiau luitų dydžiui pasiekus 8 colius ir daugiau, tradicinis vielinis pjovimas tampa mažiau praktiškas dėl didelių įrangos reikalavimų, išlaidų ir mažo efektyvumo. Skubiai reikia nebrangių, mažai nuostolių patiriančių, didelio efektyvumo pjaustymo technologijų.
K: Kokie lazerinio pjaustymo pranašumai, palyginti su tradiciniu daugiavieliniu pjovimu?
A: Tradicinis vielinis pjovimas pjaunaSiC luitasišilgai tam tikros krypties į kelių šimtų mikronų storio griežinėlius. Tada griežinėliai šlifuojami deimantiniais šlifuokliais, kad būtų pašalintos pjūvio žymės ir pagrindiniai pažeidimai, po to atliekamas cheminis mechaninis poliravimas (CMP), kad būtų pasiektas bendras plokštumos suformavimas, ir galiausiai valomi, kad būtų gautos SiC plokštelės.
Tačiau dėl didelio SiC kietumo ir trapumo šie etapai gali lengvai sukelti deformaciją, įtrūkimus, padidėjusį lūžių dažnį, didesnes gamybos sąnaudas ir didelį paviršiaus šiurkštumą bei užterštumą (dulkėmis, nuotekomis ir kt.). Be to, vielinis pjovimas yra lėtas ir pasižymi mažu našumu. Apskaičiuota, kad tradiciniu daugiavieliniu pjaustymu pasiekiama tik apie 50 % medžiagos panaudojimo, o po poliravimo ir šlifavimo prarandama iki 75 % medžiagos. Ankstyvieji užsienio gamybos duomenys rodė, kad 10 000 plokštelių gamyba gali užtrukti maždaug 273 dienas nepertraukiamos 24 valandų gamybos – tai labai daug laiko reikalaujantis procesas.
Vietinėje rinkoje daugelis SiC kristalų auginimo įmonių daugiausia dėmesio skiria krosnių pajėgumų didinimui. Tačiau užuot vien tik didinus gamybą, svarbiau apsvarstyti, kaip sumažinti nuostolius, ypač kai kristalų auginimo išeiga dar nėra optimali.
Lazerinio pjaustymo įranga gali žymiai sumažinti medžiagų nuostolius ir padidinti išeigą. Pavyzdžiui, naudojant vieną 20 mmSiC luitasPjaunant vieliniu būdu galima pagaminti apie 30 plokštelių, kurių storis 350 μm. Pjaunant lazeriu galima pagaminti daugiau nei 50 plokštelių. Sumažinus plokštelės storį iki 200 μm, iš to paties luito galima pagaminti daugiau nei 80 plokštelių. Nors vielinis pjovimas plačiai naudojamas 6 colių ir mažesnėms plokštelėms, 8 colių SiC luito pjaustymas tradiciniais metodais gali užtrukti 10–15 dienų, tam reikia aukštos klasės įrangos, o išlaidos yra didelės ir efektyvumas mažas. Tokiomis sąlygomis lazerinio pjaustymo privalumai tampa akivaizdūs, todėl tai tampa pagrindine ateities technologija 8 colių plokštelėms.
Pjaunant lazeriu, 8 colių plokštelės pjovimo laikas gali būti mažesnis nei 20 minučių, o medžiagos nuostoliai vienoje plokštelėje gali būti mažesni nei 60 μm.
Apibendrinant, palyginti su daugiavieliniu pjovimu, lazerinis pjaustymas pasižymi didesniu greičiu, didesne išeiga, mažesniais medžiagų nuostoliais ir švaresniu apdorojimu.
K: Kokie yra pagrindiniai techniniai iššūkiai pjaustant SiC lazeriu?
A: Lazerinio pjaustymo procesas apima du pagrindinius etapus: lazerinę modifikaciją ir plokštelių atskyrimą.
Lazerinio modifikavimo esmė yra spindulio formavimas ir parametrų optimizavimas. Tokie parametrai kaip lazerio galia, taško skersmuo ir skenavimo greitis turi įtakos medžiagos abliacijos kokybei ir vėlesnio plokštelių atskyrimo sėkmei. Modifikuotos zonos geometrija lemia paviršiaus šiurkštumą ir atskyrimo sudėtingumą. Didelis paviršiaus šiurkštumas apsunkina vėlesnį šlifavimą ir padidina medžiagos nuostolius.
Po modifikavimo plokštelių atskyrimas paprastai pasiekiamas šlyties jėgomis, tokiomis kaip šaltasis lūžis arba mechaninis įtempis. Kai kuriose buitinėse sistemose naudojami ultragarsiniai keitikliai vibracijoms sukelti atskyrimui, tačiau tai gali sukelti nuskilinėjimą ir briaunų defektus, o tai sumažina galutinę išeigą.
Nors šie du žingsniai nėra savaime sudėtingi, kristalų kokybės neatitikimai – dėl skirtingų augimo procesų, legiravimo lygių ir vidinių įtempių pasiskirstymo – daro didelę įtaką pjaustymo sunkumui, išeigai ir medžiagos nuostoliams. Vien tik probleminių sričių nustatymas ir lazerinio skenavimo zonų koregavimas gali iš esmės nepagerinti rezultatų.
Plačiai pritaikant, svarbiausia yra kurti novatoriškus metodus ir įrangą, kuri galėtų prisitaikyti prie įvairių gamintojų siūlomų įvairių kristalų savybių, optimizuoti proceso parametrus ir kurti universaliai pritaikomas lazerinio pjaustymo sistemas.
K: Ar lazerinio pjaustymo technologija gali būti taikoma ir kitoms puslaidininkinėms medžiagoms, be SiC?
A: Lazerinio pjovimo technologija istoriškai buvo taikoma įvairioms medžiagoms. Puslaidininkiuose ji iš pradžių buvo naudojama plokštelių pjaustymui kubeliais, o vėliau išsiplėtė iki didelių masyvo monokristalų pjaustymo.
Be SiC, lazerinis pjaustymas taip pat gali būti naudojamas kitoms kietoms ar trapioms medžiagoms, tokioms kaip deimantas, galio nitridas (GaN) ir galio oksidas (Ga₂O₃), pjaustyti. Preliminarūs šių medžiagų tyrimai parodė lazerinio pjaustymo puslaidininkių taikymuose galimybes ir privalumus.
K: Ar šiuo metu yra brandžių vietinių lazerinio pjaustymo įrangos gaminių? Kokiame etape yra jūsų tyrimai?
A: Didelio skersmens SiC lazerinio pjaustymo įranga yra plačiai laikoma pagrindine 8 colių SiC plokštelių gamybos ateities įranga. Šiuo metu tokias sistemas gali tiekti tik Japonija, be to, jos yra brangios ir joms taikomi eksporto apribojimai.
Remiantis SiC gamybos planais ir esamais vielinių pjūklų pajėgumais, lazerinio pjaustymo / retinimo sistemų paklausa šalies viduje siekia apie 1000 vienetų. Didžiosios šalies įmonės daug investavo į plėtrą, tačiau jokia brandi, komerciškai prieinama vidaus įranga dar nepasiekė pramoninio pritaikymo.
Nuo 2001 m. tyrimų grupės kuria patentuotą lazerinio pakėlimo technologiją ir dabar ją išplėtė iki didelio skersmens SiC lazerinio pjaustymo ir retinimo. Jos sukūrė prototipinę sistemą ir pjaustymo procesus, galinčius: Pjaustyti ir retinti 4–6 colių pusiau izoliacines SiC plokšteles; Pjaustyti 6–8 colių laidžius SiC luitus. Našumo lyginamieji rodikliai: 6–8 colių pusiau izoliacinis SiC: pjaustymo laikas 10–15 minučių / plokštelei; medžiagos nuostoliai <30 μm; 6–8 colių laidus SiC: pjaustymo laikas 14–20 minučių / plokštelei; medžiagos nuostoliai <60 μm.
Numatoma plokštelių išeiga padidėjo daugiau nei 50 %
Po pjaustymo plokštelės atitinka nacionalinius geometrijos standartus po šlifavimo ir poliravimo. Tyrimai taip pat rodo, kad lazerio sukelti terminiai efektai reikšmingai nepaveikia plokštelių įtempio ar geometrijos.
Ta pati įranga taip pat buvo naudojama deimantų, GaN ir Ga₂O₃ monokristalų pjaustymo galimybėms patikrinti.
Įrašo laikas: 2025 m. gegužės 23 d.