Промышленность	Производство полупроводников, современная керамика, полупроводниковые материалы третьего поколения.
Процесс	Water Jet Guided Laser (WJGL) однопроходная обработка сквозных отверстий
Решение	Изготовленные на заказ подложки SiC размером 35 мм × 2 мм с прецизионными микроотверстиями диаметром 0,15 мм.
Услуги	Технические консультации, разработка процесса, отчеты об инспекциях, индивидуальное покрытие и механическая обработка
Результаты	• Однородная геометрия отверстий от входа до выхода, подтвержденная СЭМ. • Отсутствие измеримой конусности; Соотношение сторон подходит для толщины 2 мм • Минимальная зона термического влияния и практически полное отсутствие сколов на твердохрупком SiC. • Успешная поставка и приемка заказчиком материалов для вторичной батареи.

Рисунок 1: фотография подложки SiC размером 35 мм × 2 мм после обработки микроотверстий лазером с водным водным направлением.

Фигура2：СЭМ-изображение отверстия диаметром 0,15 мм, обработанного лазером VeTek в SiC-подложке

Технология водоводного лазера (WJGL) VeTek Semiconductor позволяет выполнять обработку микроотверстий без конусности за один проход в толстых подложках из карбида кремния (SiC). В недавнем проекте сквозные отверстия диаметром 0,15 мм были успешно обработаны на подложках 4H-SiC N-типа диаметром 35 мм и толщиной 2 мм. Проверка с помощью СЭМ подтвердила высокую однородность стенок отверстий от входа до выхода, что соответствует строгим требованиям полупроводникового класса.

1. Как лазер с водным наведением позволяет получить отверстия из карбида кремния без конусности?

Фигура3:Принцип лазера с водным направлением: энергия лазера удерживается микроструей воды под высоким давлением (водное оптическое волокно).

Вода под высоким давлением подается через прецизионное сопло (диаметром 30–120 мкм), образуя стабильную микрострую. Сфокусированный лазер с длиной волны 532 нм подводится к этой струе через стеклянное окно. Оказавшись внутри толщи воды, лазер удерживается за счет полного внутреннего отражения и распространяется как «водное оптическое волокно» с высокой плотностью энергии. Когда микроструя контактирует с заготовкой, лазер удаляет материал, а непрерывный поток воды охлаждает зону резки и смывает мусор.

Поскольку направляющая среда представляет собой цилиндрический столб постоянного диаметра, излучаемая лазерная энергия остается параллельной на рабочем расстоянии в несколько десятков миллиметров. Следовательно, стенка разреза остается вертикальной даже на карбиде кремния толщиной 2 мм (и до 60 мм), что устраняет необходимость отслеживания фокуса и предотвращает конусность, которая появляется при лазерном сверлении в свободном пространстве.

Рисунок 4: Фактическая фотография рабочей сцены лазера с водным направлением.

Ключевые преимущества обработки твердо-хрупких материалов

• Для толщины до 60 мм регулировка фокуса не требуется.

• Нулевая или почти нулевая конусность (разница между входом и выходом 10–20 мкм)

• Непрерывное охлаждение подавляет термическое напряжение и сколы кромок.

• Равномерное распределение энергии по сечению струи снижает шероховатость поверхности (Ra 0,3–1 мкм).

• Ширина реза всего 50 мкм, что сводит к минимуму потери материала при использовании дорогого карбида кремния.

2. Преимущества водяного лазера при обработке полупроводниковой керамики

Фигура5. Водопроводное лазерное оборудование VeTek (серия WL)

Традиционное механическое сверление отверстий диаметром 0,15 мм в карбиде кремния толщиной 2 мм часто приводит к поломке инструмента, разрушению кромок и постепенному изменению диаметра. Лазерное сверление в свободном пространстве, будучи бесконтактным, создает зоны термического влияния, переплавку слоев и заметную конусность. Лазер с водным наведением преодолевает оба набора ограничений:

1. Возможность прохождения через отверстие за один проход– устраняет ошибки выравнивания при двусторонней обработке.

2. Высокое соотношение сторон– обычно достигаются соотношения, превышающие 30:1.

3. Сверхнизкая механическая сила– сила водной струи составляет всего ~1 Н, что позволяет безопасно обрабатывать ультратонкие или хрупкие пластины.

4. Чистые поверхности без шлака.– постоянная промывка удаляет мусор и предотвращает его повторное осаждение.

3. Применение водного лазера для создания микроотверстий с высоким аспектным соотношением в SiC

Фигура6. Прецизионные керамические компоненты, обработанные водным лазером

Типичные возможности включают в себя:

• Диапазон толщины обработки: 0,05–60 мм (SiC, керамика из карбида бора)

• Минимальная апертура: 0,1 мм (в зависимости от толщины)

• Точность размеров: ±0,01 мм.

• Шероховатость поверхности: 0,3–1 мкм.

• Платформы оборудования: WL-DCS200 (рабочая зона 200 × 240 мм, 50–60 Вт) и WL-LCS500 (500 × 500 мм, 100–200 Вт)

Фигура7.Проверка клиентом SEM однородного сквозного отверстия диаметром 0,15 мм от входа до выхода в подложке SiC толщиной 2 мм.

Свидетельство проекта: Отверстие Φ0,15 мм на SiC толщиной 2 мм.

В сотрудничестве с корейским технологическим партнером компания VeTek поставила пять подложек из 4H-SiC N-типа диаметром 35 мм и толщиной 2 мм, каждая из которых содержит прецизионные сквозные отверстия диаметром 0,15 мм. СЭМ-анализ, проведенный конечным заказчиком, подтвердил, что отверстие сопла сохраняет однородную цилиндрическую форму от стороны входа лазера до стороны выхода. Детали были приняты для оценки при разработке анодного материала из кремниевого сплава для литий-ионных батарей нового поколения.

4. Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Может ли лазер с водным направлением обрабатывать отверстия диаметром менее 0,15 мм в SiC толщиной 2 мм?

Ответ: Для отверстий значительно меньше 0,15 мм при толщине 2 мм техническая сложность резко возрастает. Отверстия меньшего размера (например, 0,06 мм) рекомендуются на более тонких носителях (≤0,4 мм) для сохранения текучести и геометрии.

Вопрос 2: Действительно ли этот процесс однопроходный?

А: Да. Балка, направляемая водоструйной системой, проходит на всю толщину за одну непрерывную операцию, исключая риск перекоса при сверлении вперед и назад.

В3: Какие данные проверки могут быть предоставлены?

Ответ: Отчеты об измерениях, оптические и СЭМ-изображения поперечного сечения отверстия, а также данные о шероховатости поверхности поставляются с каждой партией. Полные видеоролики процесса остаются конфиденциальными, но проверка геометрии образца является стандартной.

5. Заключение

Лазерная технология с водным управлением от VeTek Semiconductor предлагает надежный и высокопроизводительный путь к прецизионным микроструктурам в твердых и хрупких полупроводниковых материалах. Если вам требуются специальные подложки SiC с микроотверстиями, керамические компоненты для технологического оборудования или современные покрытия CVD SiC/TaC, наша команда инженеров готова поддержать ваш следующий проект.

Изучите нашРешения для покрытия SiC для получения более подробной технической информации или свяжитесь с нами, чтобы обсудить ваши конкретные требования к обработке.