Szczegóły bloga

Węglik krzemu (SiC) jest nie tylko kluczową technologią dla bezpieczeństwa obronnego kraju, ale także kluczowym materiałem napędzającym postęp w globalnym przemyśle motoryzacyjnym i energetycznym. W łańcuchu przetwarzania monokryształów SiC, krojenie wyrośniętego wlewka na płytki jest pierwszym krokiem, a wydajność tego etapu krojenia determinuje wydajność i jakość kolejnych procesów ścieńczenia i polerowania. Jednak krojenie płytek często powoduje pęknięcia powierzchniowe i podpowierzchniowe, co znacznie zwiększa wskaźnik pękania płytek i ogólne koszty produkcji. Dlatego kontrola uszkodzeń powierzchniowych podczas krojenia ma ogromne znaczenie dla rozwoju produkcji urządzeń SiC.

Obecnie krojenie wlewków SiC stoi w obliczu dwóch głównych wyzwań:

1. Wysokie straty materiału w tradycyjnym cięciu wielodrutowym
   SiC jest niezwykle twardym i kruchym materiałem, co sprawia, że cięcie i polerowanie są bardzo trudne. Konwencjonalne cięcie wielodrutowe często prowadzi do poważnego wyginania, wypaczania i pękania podczas przetwarzania, co skutkuje znacznymi stratami materiału. Według danych Infineon, w tradycyjnej metodzie cięcia drutem diamentowym z ruchem posuwisto-zwrotnym, wskaźnik wykorzystania materiału podczas krojenia wynosi tylko około 50%. Po późniejszym szlifowaniu i polerowaniu, skumulowana strata może sięgać nawet 75% (około 250 µm na płytkę), pozostawiając bardzo ograniczoną użyteczną część.

​

1. Długi cykl przetwarzania i niska przepustowość
   Międzynarodowe dane produkcyjne pokazują, że przy 24-godzinnej ciągłej pracy, wyprodukowanie 10 000 płytek może zająć około 273 dni. Aby sprostać zapotrzebowaniu rynku, wymagane są duże ilości sprzętu do cięcia drutowego i materiałów eksploatacyjnych. Ponadto cięcie wielodrutowe wprowadza wysoką chropowatość powierzchni/interfejsu i powoduje poważne problemy z zanieczyszczeniami, takie jak pył i ścieki.

Aby sprostać tym krytycznym wyzwaniom, zespół badawczy profesora Xiangqiana Xiu z Uniwersytetu w Nankinie opracował wielkoskalowe urządzenie do cięcia laserowego SiC. Ta innowacyjna technologia wykorzystuje cięcie laserowe zamiast cięcia drutowego, znacznie zmniejszając straty materiału i zwiększając wydajność produkcji. Na przykład, używając pojedynczego wlewka SiC o średnicy 20 mm, liczba płytek wyprodukowanych przez cięcie laserowe jest ponad dwukrotnie większa niż w przypadku konwencjonalnego cięcia drutowego. Dodatkowo, płytki pocięte laserem wykazują doskonałe właściwości geometryczne, a grubość pojedynczej płytki zmniejszono do zaledwie 200 µm, co dodatkowo zwiększa wydajność płytek.

Zalety konkurencyjne
Projekt z powodzeniem zakończył opracowanie prototypowego systemu cięcia laserowego o dużych rozmiarach, osiągając krojenie i ścieńczenie 4–6-calowych półizolacyjnych płytek SiC, a także 6-calowych przewodzących wlewków SiC. Walidacja dla 8-calowego krojenia wlewków SiC jest obecnie w toku. Urządzenie oferuje wiele zalet, w tym krótszy czas krojenia, wyższą roczną wydajność płytek i mniejsze straty materiału na płytkę, przy ogólnej poprawie wydajności produkcji przekraczającej 50%.

Perspektywy rynkowe
Wielkoskalowe urządzenie do cięcia laserowego SiC ma szansę stać się kluczowym narzędziem do przyszłego przetwarzania 8-calowych wlewków SiC. Obecnie takie urządzenia w dużej mierze opierają się na imporcie z Japonii, które są nie tylko drogie, ale także podlegają ograniczeniom eksportowym. Krajowe zapotrzebowanie na urządzenia do cięcia i ścieńczenia laserowego SiC przekracza 1000 sztuk, jednak żadne dojrzałe rozwiązania krajowe nie są dostępne komercyjnie. Dlatego wielkoskalowe urządzenie do cięcia laserowego SiC opracowane przez Uniwersytet w Nankinie ma ogromny potencjał rynkowy i wartość ekonomiczną.

Oprócz zastosowań SiC, ten system cięcia laserowego może być również stosowany do innych zaawansowanych materiałów, takich jak azotek galu (GaN), tlenek galu (Ga₂O₃) i diament, poszerzając jego perspektywy zastosowania przemysłowego.