P: Koje su glavne tehnologije koje se koriste u rezanju i obradi SiC pločica?
A:Silicijev 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, kvaliteta rezanja značajno utječe 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 tijekom rezanja ključna za napredak u izradi SiC uređaja.
Trenutno prijavljene metode rezanja SiC-a uključuju rezanje fiksnim abrazivom, rezanje slobodnim abrazivom, lasersko rezanje, prijenos slojeva (hladno odvajanje) i rezanje električnim pražnjenjem. Među njima, recipročno višežično rezanje s fiksnim dijamantnim abrazivima najčešće je korištena metoda za obradu monokristala SiC-a. Međutim, kako veličine ingota dosežu 8 inča i više, tradicionalno žičano piljenje postaje manje praktično zbog visokih zahtjeva za opremom, troškova i niske učinkovitosti. Postoji hitna potreba za jeftinim, visokoučinkovitim tehnologijama rezanja s malim gubicima.
P: Koje su prednosti laserskog rezanja u odnosu na tradicionalno višežično rezanje?
A: Tradicionalno žičano piljenje režeSiC ingotduž određenog smjera na kriške debljine nekoliko stotina mikrona. Kriške se zatim bruse dijamantnim suspenzijama kako bi se uklonili tragovi piljenja i oštećenja podpovršine, nakon čega slijedi kemijsko-mehaničko poliranje (CMP) radi postizanja globalne planarizacije i na kraju čišćenje 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, žičano piljenje je sporo i ima nizak prinos. Procjene pokazuju da tradicionalno višežičano rezanje postiže samo oko 50% iskorištenja materijala, a do 75% materijala se gubi nakon poliranja i brušenja. Rani podaci o inozemnoj proizvodnji pokazali su da bi za proizvodnju 10 000 pločica moglo biti potrebno otprilike 273 dana kontinuirane 24-satne proizvodnje - što je vrlo vremenski zahtjevno.
Na domaćem tržištu, mnoge tvrtke za rast kristala SiC usmjerene su na povećanje kapaciteta peći. Međutim, umjesto samog povećanja 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, korištenjem jedne ploče od 20 mmSiC ingotŽičano piljenje 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 piljenje široko koristi za pločice od 6 inča i manje, rezanje ingota SiC od 8 inča može trajati 10-15 dana tradicionalnim metodama, što zahtijeva vrhunsku opremu i uzrokuje visoke troškove uz nisku učinkovitost. U tim uvjetima, 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 usporedbi s višežičnim rezanjem, lasersko rezanje nudi veću brzinu, bolji prinos, manji gubitak materijala i čišću obradu.
P: Koji su glavni tehnički izazovi u laserskom rezanju SiC-a?
A: Proces laserskog rezanja uključuje dva glavna koraka: lasersku modifikaciju i odvajanje pločice.
Srž laserske modifikacije je oblikovanje snopa i optimizacija parametara. Parametri poput snage lasera, promjera točke i brzine skeniranja utječu na kvalitetu ablacije materijala i uspjeh naknadnog odvajanja pločice. Geometrija modificirane zone određuje hrapavost površine i teškoću odvajanja. Visoka hrapavost površine komplicira kasnije brušenje i povećava gubitak materijala.
Nakon modifikacije, odvajanje pločica se obično postiže silama smicanja, poput hladnog loma ili mehaničkog naprezanja. Neki kućanski sustavi koriste ultrazvučne pretvarače za induciranje 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, razina dopiranja i raspodjele unutarnjeg naprezanja - značajno utječu na teškoću rezanja, prinos i gubitak materijala. Samo identificiranje 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 kristalnih kvaliteta različitih proizvođača, optimizaciji procesnih parametara i izgradnji sustava za lasersko rezanje s univerzalnom primjenjivošću.
P: Može li se tehnologija laserskog rezanja primijeniti na druge poluvodičke materijale osim SiC-a?
A: Tehnologija laserskog rezanja povijesno se primjenjivala na širok raspon materijala. U poluvodičima se u početku koristila za rezanje pločica, a od tada se proširila na rezanje velikih monokristala.
Osim SiC-a, lasersko rezanje može se koristiti i za druge tvrde ili krhke materijale poput dijamanta, galijevog nitrida (GaN) i galijevog oksida (Ga₂O₃). Preliminarne studije ovih materijala pokazale su izvedivost i prednosti laserskog rezanja za primjene u poluvodičima.
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 široko se smatra ključnom opremom za budućnost proizvodnje 8-inčnih SiC pločica. Trenutno samo Japan može osigurati takve sustave, a oni su skupi i podložni su ograničenjima izvoza.
Procjenjuje se da domaća potražnja za sustavima za lasersko rezanje/stanjivanje iznosi oko 1000 jedinica, na temelju planova proizvodnje SiC-a i postojećih kapaciteta žičanih pila. Velike domaće tvrtke uložile su velika sredstva u razvoj, ali još nijedna zrela, komercijalno dostupna domaća oprema nije dosegla industrijsku primjenu.
Istraživačke skupine 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 sustava i procese rezanja sposobne za: Rezanje i stanjivanje poluizolacijskih SiC pločica od 4 do 6 inča, Rezanje vodljivih SiC ingota od 6 do 8 inča. Referentni parametri performansi: Poluizolacijski SiC od 6 do 8 inča: vrijeme rezanja 10–15 minuta/pločici; gubitak materijala <30 μm, Vodljivi SiC od 6 do 8 inča: vrijeme rezanja 14–20 minuta/pločici; gubitak materijala <60 μm.
Procijenjeni prinos pločica povećan je za više od 50%
Nakon rezanja, pločice zadovoljavaju nacionalne standarde za geometriju nakon brušenja i poliranja. Studije također pokazuju da laserski inducirani toplinski učinci ne utječu značajno na naprezanje ili geometriju u pločicama.
Ista oprema je također korištena za provjeru izvedivosti rezanja monokristala dijamanta, GaN i Ga₂O₃.
Vrijeme objave: 23. svibnja 2025.