P: Koje su glavne tehnologije koje se koriste u rezanju i obradi SiC pločica?
A:Silicijum karbid (SiC) ima tvrdoću odmah iza dijamanta i smatra se vrlo tvrdim i krhkim materijalom. Proces rezanja, koji uključuje rezanje uzgojenih kristala na tanke pločice, dugotrajan je i sklon krzanju. Kao prvi korak uSiCPrilikom obrade monokristala, kvalitet rezanja značajno utiče na naknadno brušenje, poliranje i stanjivanje. Rezanje često uvodi površinske i podpovršinske pukotine, povećavajući stopu loma pločice i troškove proizvodnje. Stoga je kontrola oštećenja površinskih pukotina tokom rezanja ključna za unapređenje izrade SiC uređaja.
Trenutno prijavljene metode rezanja SiC uključuju rezanje fiksnim abrazivom, rezanje slobodnim abrazivom, lasersko rezanje, prijenos slojeva (hladno odvajanje) i rezanje električnim pražnjenjem. Među njima, recipročno višežično rezanje fiksnim dijamantskim abrazivima je najčešće korištena metoda za obradu monokristala SiC. Međutim, kako veličine ingota dostižu 8 inča i više, tradicionalno žičano piljenje postaje manje praktično zbog visokih zahtjeva za opremom, troškova i niske efikasnosti. Postoji hitna potreba za jeftinim, nisko-gubitnim i visokoefikasnim tehnologijama rezanja.
P: Koje su prednosti laserskog rezanja u odnosu na tradicionalno višežično rezanje?
A: Tradicionalno rezanje žicom režeSiC ingotduž određenog smjera na kriške debljine nekoliko stotina mikrona. Kriške se zatim bruse dijamantskim suspenzijama kako bi se uklonili tragovi piljenja i oštećenja pod površinom, nakon čega slijedi kemijsko-mehaničko poliranje (CMP) radi postizanja globalne planarizacije, te se na kraju čiste kako bi se dobile SiC pločice.
Međutim, zbog visoke tvrdoće i krhkosti SiC-a, ovi koraci mogu lako uzrokovati savijanje, pucanje, povećanu stopu loma, veće troškove proizvodnje i rezultirati visokom hrapavošću površine i kontaminacijom (prašina, otpadne vode itd.). Osim toga, rezanje žicom je sporo i ima nizak prinos. Procjene pokazuju da tradicionalno rezanje više žica postiže samo oko 50% iskorištenja materijala, a do 75% materijala se gubi nakon poliranja i brušenja. Rani podaci o stranoj proizvodnji pokazali su da bi za proizvodnju 10.000 pločica moglo biti potrebno približno 273 dana kontinuirane 24-satne proizvodnje - što je vrlo vremenski zahtjevno.
Na domaćem tržištu, mnoge kompanije za rast SiC kristala fokusirane su na povećanje kapaciteta peći. Međutim, umjesto samog proširenja proizvodnje, važnije je razmotriti kako smanjiti gubitke - posebno kada prinosi rasta kristala još nisu optimalni.
Oprema za lasersko rezanje može značajno smanjiti gubitak materijala i poboljšati prinos. Na primjer, korištenje jedne ploče od 20 mmSiC ingotŽičano rezanje može dati oko 30 pločica debljine 350 μm. Lasersko rezanje može dati više od 50 pločica. Ako se debljina pločice smanji na 200 μm, iz istog ingota može se proizvesti više od 80 pločica. Dok se žičano rezanje široko koristi za pločice od 6 inča i manje, rezanje SiC ingota od 8 inča može trajati 10-15 dana tradicionalnim metodama, što zahtijeva vrhunsku opremu i uzrokuje visoke troškove uz nisku efikasnost. Pod ovim uslovima, prednosti laserskog rezanja postaju jasne, što ga čini glavnom budućom tehnologijom za pločice od 8 inča.
Kod laserskog rezanja, vrijeme rezanja po pločici od 8 inča može biti manje od 20 minuta, s gubitkom materijala po pločici manjim od 60 μm.
Ukratko, u poređenju sa višežičnim rezanjem, lasersko rezanje nudi veću brzinu, bolji prinos, manji gubitak materijala i čistiju obradu.
P: Koji su glavni tehnički izazovi kod laserskog rezanja SiC-a?
A: Proces laserskog rezanja uključuje dva glavna koraka: lasersku modifikaciju i odvajanje pločice.
Suština laserske modifikacije je oblikovanje snopa i optimizacija parametara. Parametri poput snage lasera, prečnika tačke i brzine skeniranja utiču na kvalitet ablacije materijala i uspeh naknadnog odvajanja pločice. Geometrija modifikovane zone određuje hrapavost površine i teškoću odvajanja. Visoka hrapavost površine otežava kasnije brušenje i povećava gubitak materijala.
Nakon modifikacije, odvajanje pločica se obično postiže silama smicanja, kao što su hladni lom ili mehanički napon. Neki kućni sistemi koriste ultrazvučne pretvarače za indukciju vibracija radi odvajanja, ali to može uzrokovati krhotine i nedostatke na rubovima, smanjujući konačni prinos.
Iako ova dva koraka nisu sama po sebi teška, nedosljednosti u kvaliteti kristala - zbog različitih procesa rasta, nivoa dopiranja i raspodjele unutrašnjeg napona - značajno utiču na teškoću rezanja, prinos i gubitak materijala. Samo identifikovanje problematičnih područja i podešavanje zona laserskog skeniranja možda neće značajno poboljšati rezultate.
Ključ široke primjene leži u razvoju inovativnih metoda i opreme koja se može prilagoditi širokom rasponu kvaliteta kristala različitih proizvođača, optimizaciji parametara procesa i izgradnji sistema za lasersko rezanje s univerzalnom primjenom.
P: Može li se tehnologija laserskog rezanja primijeniti na druge poluprovodničke materijale osim SiC-a?
A: Tehnologija laserskog rezanja se historijski primjenjivala na širok spektar materijala. Kod poluprovodnika, prvobitno se koristila za rezanje pločica, a od tada se proširila na rezanje velikih monokristala.
Pored SiC-a, lasersko rezanje se može koristiti i za druge tvrde ili krhke materijale kao što su dijamant, galijev nitrid (GaN) i galijev oksid (Ga₂O₃). Preliminarne studije ovih materijala pokazale su izvodljivost i prednosti laserskog rezanja za primjene u poluprovodnicima.
P: Postoje li trenutno zreli domaći proizvodi za lasersko rezanje? U kojoj je fazi vaše istraživanje?
A: Oprema za lasersko rezanje SiC-a velikog promjera se široko smatra osnovnom opremom za budućnost proizvodnje 8-inčnih SiC pločica. Trenutno samo Japan može obezbijediti takve sisteme, a oni su skupi i podložni su ograničenjima izvoza.
Procjenjuje se da domaća potražnja za sistemima za lasersko rezanje/istanjivanje iznosi oko 1.000 jedinica, na osnovu planova proizvodnje SiC-a i postojećih kapaciteta žičanih pila. Velike domaće kompanije su uložile značajna sredstva u razvoj, ali još uvijek nijedna zrela, komercijalno dostupna domaća oprema nije dostigla industrijsku primjenu.
Istraživačke grupe razvijaju vlastitu tehnologiju laserskog podizanja od 2001. godine i sada su je proširile na lasersko rezanje i stanjivanje SiC-a velikog promjera. Razvili su prototip sistema i procese rezanja sposobne za: Rezanje i stanjivanje poluizolacijskih SiC pločica od 4-6 inča, Rezanje provodljivih SiC ingota od 6-8 inča. Referentni parametri performansi: Poluizolacijski SiC od 6-8 inča: vrijeme rezanja 10-15 minuta/pločici; gubitak materijala <30 μm, Provodljivi SiC od 6-8 inča: vrijeme rezanja 14-20 minuta/pločici; gubitak materijala <60 μm.
Procijenjeni prinos vafla povećan je za preko 50%
Nakon rezanja, pločice ispunjavaju nacionalne standarde za geometriju nakon brušenja i poliranja. Studije također pokazuju da laserski izazvani termički efekti ne utiču značajno na naprezanje ili geometriju u pločicama.
Ista oprema je također korištena za provjeru izvodljivosti rezanja monokristala dijamanta, GaN i Ga₂O₃.
Vrijeme objave: 23. maj 2025.