П: Кои се главните технологии што се користат при сечење и преработка на SiC плочки?
A:Силициум карбид (SiC) има втора тврдост по дијамантот и се смета за многу тврд и кршлив материјал. Процесот на сечење, кој вклучува сечење на развиените кристали во тенки плочки, е долготрајно и склонен кон кршење. Како прв чекор воSiCПри обработката на монокристали, квалитетот на сечењето значително влијае на последователното мелење, полирање и истенчување. Сечењето често предизвикува површински и подповршински пукнатини, зголемувајќи ги стапките на кршење на плочките и трошоците за производство. Затоа, контролирањето на оштетувањето на површинските пукнатини за време на сечењето е клучно за унапредување на производството на SiC уреди.
Моментално пријавените методи за сечење на SiC вклучуваат фиксно-абразивно, слободно-абразивно сечење, ласерско сечење, пренос на слоеви (ладно одвојување) и сечење со електрично празнење. Меѓу нив, реципрочното сечење со повеќе жици со фиксни дијамантски абразиви е најчесто користениот метод за обработка на SiC монокристали. Меѓутоа, како што големините на инготите достигнуваат 8 инчи и повеќе, традиционалното сечење со жица станува помалку практично поради високите барања за опрема, трошоците и ниската ефикасност. Постои итна потреба од технологии за сечење со ниски трошоци, ниски загуби и висока ефикасност.
П: Кои се предностите на ласерското сечење во однос на традиционалното сечење со повеќе жици?
A: Традиционалното сечење со жица ги сечеSiC инготпо одредена насока на парчиња дебели неколку стотици микрони. Потоа парчињата се мелат со дијамантски кашести материјали за да се отстранат трагите од пилата и оштетувањата на подземјето, по што се врши хемиско механичко полирање (CMP) за да се постигне глобална планаризација и конечно се чистат за да се добијат SiC плочки.
Сепак, поради високата тврдост и кршливост на SiC, овие чекори лесно можат да предизвикаат искривување, пукање, зголемени стапки на кршење, повисоки трошоци за производство и да резултираат со висока површинска грубост и контаминација (прашина, отпадни води итн.). Дополнително, сечењето со жица е бавно и има низок принос. Проценките покажуваат дека традиционалното сечење со повеќе жици постигнува само околу 50% искористување на материјалот, а до 75% од материјалот се губи по полирањето и мелењето. Првичните податоци за странско производство покажаа дека може да бидат потребни приближно 273 дена континуирано 24-часовно производство за да се произведат 10.000 плочки - што е многу временско интензивно.
На домашниот пазар, многу компании за одгледување кристали од SiC се фокусирани на зголемување на капацитетот на печката. Сепак, наместо само да се зголемува производството, поважно е да се разгледа како да се намалат загубите - особено кога приносите од одгледување кристали сè уште не се оптимални.
Опремата за ласерско сечење може значително да ги намали загубите на материјал и да го подобри приносот. На пример, користењето на еден ласерски рез од 20 mmSiC инготСечењето со жица може да даде околу 30 плочки со дебелина од 350 μm. Ласерското сечење може да даде повеќе од 50 плочки. Ако дебелината на плочките се намали на 200 μm, од истата ингота може да се произведат повеќе од 80 плочки. Додека сечењето со жица е широко користено за плочки од 6 инчи и помали, сечењето на 8-инчен SiC ингот може да трае 10-15 дена со традиционалните методи, што бара врвна опрема и предизвикува високи трошоци со ниска ефикасност. Под овие услови, предностите на ласерското сечење стануваат јасни, што го прави главна идна технологија за плочки од 8 инчи.
Со ласерско сечење, времето на сечење на плочка од 8 инчи може да биде под 20 минути, со загуба на материјал по плочка под 60 μm.
Накратко, во споредба со сечењето со повеќе жици, ласерското сечење нуди поголема брзина, подобар принос, помала загуба на материјал и почиста обработка.
П: Кои се главните технички предизвици при ласерското сечење со SiC?
A: Процесот на ласерско сечење вклучува два главни чекори: ласерска модификација и сепарација на плочки.
Суштината на ласерската модификација е обликувањето на зракот и оптимизацијата на параметрите. Параметри како што се моќноста на ласерот, дијаметарот на точката и брзината на скенирање влијаат на квалитетот на аблацијата на материјалот и успехот на последователното одвојување на плочките. Геометријата на изменетата зона ја одредува грубоста на површината и тешкотијата на одвојувањето. Високата грубост на површината го комплицира подоцнежното брусење и го зголемува губитокот на материјал.
По модификацијата, одвојувањето на плочките обично се постигнува преку сили на смолкнување, како што се ладно кршење или механички стрес. Некои домашни системи користат ултразвучни преобразувачи за да предизвикаат вибрации за одвојување, но ова може да предизвика кршење и дефекти на рабовите, намалувајќи го конечниот принос.
Иако овие два чекори не се по природа тешки, недоследностите во квалитетот на кристалите - поради различни процеси на раст, нивоа на допирање и распределба на внатрешниот стрес - значително влијаат врз тежината на сечењето, приносот и загубата на материјал. Самото идентификување на проблематичните области и прилагодувањето на зоните со ласерско скенирање можеби нема значително да ги подобрат резултатите.
Клучот за широко распространето усвојување лежи во развојот на иновативни методи и опрема што можат да се прилагодат на широк спектар на квалитети на кристали од различни производители, оптимизирање на параметрите на процесот и градење системи за ласерско сечење со универзална применливост.
П: Може ли технологијата за ласерско сечење да се примени на други полупроводнички материјали покрај SiC?
A: Технологијата на ласерско сечење историски се применува на широк спектар на материјали. Кај полупроводниците, првично се користела за сечење на плочки, а оттогаш се проширила на сечење на големи монокристали.
Освен SiC, ласерското сечење може да се користи и за други тврди или кршливи материјали како што се дијамант, галиум нитрид (GaN) и галиум оксид (Ga₂O₃). Прелиминарните студии за овие материјали ја покажаа изводливоста и предностите на ласерското сечење за полупроводнички апликации.
П: Дали во моментов постојат зрели домашни производи за опрема за ласерско сечење? Во која фаза е вашето истражување?
A: Опремата за ласерско сечење од SiC со голем дијаметар е нашироко сметана за основна опрема за иднината на производството на 8-инчни SiC плочки. Во моментов, само Јапонија може да обезбеди вакви системи, а тие се скапи и подлежат на ограничувања за извоз.
Домашната побарувачка за системи за ласерско сечење/истенчување се проценува на околу 1.000 единици, врз основа на плановите за производство на SiC и постојниот капацитет за пила со жица. Големите домашни компании инвестираа многу во развој, но ниедна зрела, комерцијално достапна домашна опрема сè уште не достигнала индустриска примена.
Истражувачките групи развиваат сопствена технологија за ласерско подигнување од 2001 година и сега ја проширија оваа технологија на ласерско сечење и истенчување на SiC со голем дијаметар. Тие развија прототип систем и процеси на сечење способни за: Сечење и истенчување на полуизолациски SiC плочки од 4–6 инчи; Сечење на спроводливи SiC инготи од 6–8 инчи; Репери на перформанси: полуизолациски SiC од 6–8 инчи: време на сечење 10–15 минути/плоча; загуба на материјал <30 μm; спроводлив SiC од 6–8 инчи: време на сечење 14–20 минути/плоча; загуба на материјал <60 μm
Проценетиот принос на вафли се зголеми за над 50%
По сечењето, плочките ги исполнуваат националните стандарди за геометрија по мелењето и полирањето. Студиите, исто така, покажуваат дека термичките ефекти предизвикани од ласер не влијаат значително врз стресот или геометријата на плочките.
Истата опрема е користена и за да се потврди изводливоста за сечење на дијамант, GaN и Ga₂O₃ монокристали.
Време на објавување: 23 мај 2025 година