Применение пикосекундных лазеров для резки подложек карбида кремния

Подложка — это основной материал полупроводникового чипа, который в основном играет роль физической опоры, теплопроводности и электропроводности. Карбид кремния обладает более высокой электропроводностью и более высокой термической стабильностью, чем традиционные кремниевые материалы, является одним из идеальных материалов для изготовления высокотемпературных, высокочастотных, мощных, высоковольтных устройств, которые широко используются в солнечной энергетике, компонентах транспортных средств. , зарядные сваи, блоки питания и другие многие сферы жизни и производства.
Производство подложек из карбида кремния должно проходить через синтез сырья, выращивание кристаллов, резку кристаллов, фрезерование и обработку пластин, а также очистку, полировку, тестирование и многие другие этапы. Режущее звено является одним из ключевых звеньев из-за большой твердости карбида кремния, твердости по шкале Мооса 9,5 и высокой хрупкости, что затрудняет резку технологического звена, имеет высокую скорость поломки, некоторые данные показывают, что выход звена обработки карбида кремния составляет около 70%, себестоимость составила около 50%. Таким образом, повышение производительности резания помогает снизить затраты на производство подложек из карбида кремния, а также соответствует ожиданиям полупроводниковой промышленности в отношении снижения затрат и эффективности обработки карбида кремния.
В настоящее время традиционная программа резки материалов из карбида кремния заключается в резке алмазной проволокой вместо резки растворной проволокой, но все еще существуют такие проблемы, как более высокие потери и более высокая стоимость расходных материалов для резки. Лазерная резка, как альтернатива многопроволочной резке, имеет преимущества по точности, эффективности резки, потерям, выходу продукции и т. д., что позволяет снизить себестоимость карбида кремния, тем самым ускоряя проникновение на рынок полупроводников готовой продукции с кремнием. карбид в качестве материала подложки.

Сверхбыстрые пикосекундные лазеры с пикосекундной шириной импульса являются высокоэффективными инструментами для резки материалов подложек из карбида кремния. Учитывая рыночный спрос на лазерную резку материалов подложек из карбида кремния, компания Nuffy Optoelectronics активно изучает возможности лазерной резки карбида кремния с использованием собственного разработанного пикосекундного лазера в качестве источника света. Длительность импульса этого пикосекундного лазера составляет около 10 пс, качество луча превосходное (М²<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.
Когда лазер применяется к материалу из карбида кремния с длительностью импульса в пикосекунды, при этом энергия импульса резко возрастает, сверхвысокая пиковая мощность может легко лишить внешний слой электронов, заставляя электроны отрываться от связей атомов и формирование плазмы, а затем осуществление удаления материала, что представляет собой процесс холодной обработки. Холодная обработка пикосекундным лазером более благоприятна для твердых и хрупких характеристик карбида кремния и менее склонна к сколам, а также растрескиванию при резке. Когда лазерный луч движется по поверхности материала, он образует щель очень узкой ширины и завершает резку материала.
При этом время взаимодействия лазера с материалом очень мало, всего около 10 пс, ионы удаляются с поверхности материала до того, как энергия передастся окружающему материалу, тепловое воздействие на окружающий материал отсутствует. материал, а зона термического влияния очень мала. Кроме того, это бесконтактная резка без механического напряжения, что делает резку карбидом кремния высокоэффективной, с небольшими режущими прорезями и высоким использованием материала, а также обеспечивает надежную производительность и экономию, и может быть идеальной заменой оборудования для технологии резки алмазной проволокой из карбида кремния. .

Подложка из карбида кремния большого размера помогает снизить затраты и повысить эффективность и стала основной тенденцией развития. Чем больше размер подложки, тем больше чипов можно произвести на единицу подложки, следовательно, тем ниже стоимость единицы чипа, а сокращение отходов на кромках еще больше снизит стоимость производства чипов. По сообщениям СМИ, текущий глобальный основной размер подложки из карбида кремния 6 дюймов находится в стадии перехода на 8-дюймовую подложку, основной размер отечественной подложки из карбида кремния составляет 4 дюйма и переход на 6- дюймовая подложка, как ожидается, к 2025 году ~ 2030 6-дюймовые пластины на внутреннем рынке спрос вырастет до 600,000 штук. Больший размер означает более высокую сложность обработки, в новой ситуации в новый период Nuffield Optoelectronics будет основываться на текущем рыночном спросе на передовые рубежи науки и техники, активизировать научные исследования и экспериментальные исследования для прорывов в полупроводниковой промышленности в развитии расширения возможностей.