Sprzęt laserowy mikroprzepływowy do obróbki płytek półprzewodnikowych

Przegląd technologii laserowej Microjet

Technologia laserowa Microjet to zaawansowana, szeroko stosowana hybrydowa metoda obróbki mikro, która łączy „włoskowaty” strumień wody z wiązką lasera. Wykorzystując mechanizm prowadzenia całkowitego wewnętrznego odbicia, podobny do światłowodu, strumień wody precyzyjnie dostarcza energię lasera na powierzchnię obrabianego przedmiotu. Podczas obróbki strumień nieustannie chłodzi strefę interakcji i skutecznie usuwa generowane zanieczyszczenia i pył, wspierając czystszy i bardziej stabilny proces.

Jako zimny, czysty i wysoce kontrolowany proces laserowy, technologia laserowa Microjet skutecznie łagodzi typowe problemy związane z obróbką laserową na sucho, w tym uszkodzenia termiczne, zanieczyszczenia i ponowne osadzanie, deformacje, utlenianie, mikropęknięcia i zwężenie szczeliny. Dzięki temu jest szczególnie dobrze przystosowana do twardych i kruchych materiałów półprzewodnikowych oraz zaawansowanych zastosowań w pakowaniu, gdzie wydajność i spójność mają kluczowe znaczenie.

Podstawowy opis obróbki laserowej Microjet

1) Źródło lasera

• Diodowy laser Nd:YAG (DPSS)

• Szerokość impulsu: opcje μs/ns

• Długość fali: opcje 1064 nm / 532 nm / 355 nm

• Średnia moc: 10–200 W (typowy poziom znamionowy: 50/100/200 W)

2) System strumienia wody

• Filtrowana woda dejonizowana (DI), zasilanie niskociśnieniowe/wysokociśnieniowe w razie potrzeby

• Typowe zużycie: ~1 l/h (przy reprezentatywnym ciśnieniu 300 bar)

• Powstała siła jest pomijalna: < 0,1 N

3) Dysza

• Zakres średnicy dyszy: 30–150 μm

• Materiały dysz: szafir lub diament

4) Systemy pomocnicze

• Moduł pompy wysokociśnieniowej

• System uzdatniania i filtracji wody

​

Specyfikacje techniczne (dwie konfiguracje referencyjne)

Możliwości obróbki (odniesienie)

• Chropowatość powierzchni: Ra ≤ 1,6 μm (Konfiguracja A) / Ra ≤ 1,2 μm (Konfiguracja B)

• Prędkość wiercenia/otwierania: ≥ 1,25 mm/s

• Prędkość cięcia obwodowego: ≥ 6 mm/s

• Prędkość cięcia liniowego: ≥ 50 mm/s

Materiały, które można zastosować, obejmują kryształy azotku galu (GaN), półprzewodniki o ultra szerokiej przerwie energetycznej (np. diament, tlenek galu), specjalne materiały lotnicze, podłoża LTCC z węgla ceramicznego, materiały fotowoltaiczne, kryształy scyntylacyjne i inne.

Obróbka laserowa Microjet

Zastosowania sprzętu laserowego Microjet

1) Cięcie płytek (krojenie)

• Materiały: krzem (Si), węglik krzemu (SiC), azotek galu (GaN) i inne twarde/kruche płytki

• Wartość: zastępuje krojenie ostrzem diamentowym i zmniejsza odpryski

  • Odpryski krawędzi: 20 μm)

• Wydajność: prędkość cięcia może wzrosnąć o ~30%

  • Przykład: krojenie SiC do 100 mm/s

• Krojenie Stealth: wewnętrzna modyfikacja laserowa plus separacja wspomagana strumieniem, odpowiednia dla ultracienkich płytek (< 50 μm)

•  

2) Wiercenie otworów i obróbka mikrootworów

• Wiercenie przez krzem (TSV) dla 3D IC

• Obróbka mikrootworów termicznych dla urządzeń mocy, takich jak IGBT

• Typowe parametry:

  • Średnica otworu: 10–200 μm

  • Współczynnik kształtu: do 10:1

  • Chropowatość ścian bocznych: Ra 2 μm)

3) Zaawansowane pakowanie

• Otwieranie okna RDL: laser + strumień usuwa pasywację i odsłania pady

• Pakowanie na poziomie płytki (WLP): obróbka kompozytu formierskiego epoksydowego (EMC) dla pakietów Fan-Out

• Zalety: zmniejsza wypaczenia wywołane naprężeniami mechanicznymi; wydajność może przekroczyć 99,5%

4) Obróbka półprzewodników związkowych

• Materiały: GaN, SiC i inne półprzewodniki o szerokiej przerwie energetycznej

• Przypadki użycia:

  • Obróbka wcięcia/nacięcia bramki dla urządzeń HEMT: dostarczanie energii kontrolowane strumieniem pomaga uniknąć rozkładu termicznego GaN

  • Wyżarzanie laserowe: wspomagane mikrostrumieniem lokalne ogrzewanie w celu aktywacji obszarów implantowanych jonami (np. obszary źródłowe SiC MOSFET)

5) Naprawa defektów i precyzyjne dostrajanie

• Laserowe łączenie/ablacja nadmiarowych obwodów w pamięci (DRAM/NAND)

• Przycinanie matrycy mikrosoczewek dla czujników optycznych, takich jak ToF

• Dokładność: kontrola energii ±1%; błąd pozycji naprawy < 0,1 μm

FAQ | Sprzęt laserowy Microjet (prowadzony strumieniem wody)

P1: Co to jest technologia laserowa Microjet?
O: Jest to hybrydowy proces obróbki mikro laserowej, w którym cienki, szybki strumień wody prowadzi wiązkę lasera poprzez całkowite wewnętrzne odbicie, precyzyjnie dostarczając energię do obrabianego przedmiotu, zapewniając jednocześnie ciągłe chłodzenie i usuwanie zanieczyszczeń.

P2: Jakie są kluczowe zalety w porównaniu z obróbką laserową na sucho?
O: Zmniejszone uszkodzenia termiczne, mniejsze zanieczyszczenia i ponowne osadzanie, niższe ryzyko utleniania i mikropęknięć, zminimalizowane zwężenie szczeliny i poprawiona jakość krawędzi na twardych i kruchych materiałach.

P3: Które materiały półprzewodnikowe najlepiej nadają się do obróbki laserowej Microjet?
O: Twarde i kruche materiały, takie jak SiC i GaN, a także płytki krzemowe. Można go również zastosować do materiałów o ultra szerokiej przerwie energetycznej (np. diament, tlenek galu) i wybranych zaawansowanych podłoży ceramicznych.